土木工程現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

薛中武

摘要：系統(tǒng)分析了當(dāng)前土木工程在設(shè)計理論、技術(shù)和材料應(yīng)用、結(jié)構(gòu)形式等方面的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，對土木工程的發(fā)展方向提出了一點見解，提出了土木工程在信息化背景下的信息化發(fā)展趨勢，分析了土木工程信息化發(fā)展的各個方面。

關(guān)鍵詞：土木工程；信息化；虛擬技術(shù)；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TU5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198(2009)24-0029-01

1土木工程的發(fā)展現(xiàn)狀

目前土木工程研究的對象主要集中在以下幾個方面：

首先是高層建筑的發(fā)展進(jìn)入了一個嶄新的階段，隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新施工方法的出現(xiàn)，特別是自動化程度的不斷提高，人類更有可能從事更大規(guī)模的土木工程修建，高層建筑不僅在數(shù)量上越來越多，而且在高度上也越來越高。中國上海的浦東金茂大廈和上海金融中心高度已經(jīng)排列在世界前列，標(biāo)志著我國在高層建筑方面的水平已經(jīng)達(dá)到世界較前進(jìn)水平。

另外，隨著超高層、超大跨橋梁和大跨結(jié)構(gòu)等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的興建，結(jié)構(gòu)設(shè)計顯現(xiàn)更長、更高、更柔的發(fā)展趨勢。許多情況下風(fēng)荷載和地震荷載已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素，因此大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系抗風(fēng)抗震的設(shè)計理論及其相關(guān)問題正在被極大的關(guān)注。相關(guān)的研究課題將包括設(shè)計地震動及災(zāi)害性風(fēng)荷載的作用機(jī)理，特大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)體系及抗風(fēng)抗震。同時，“以柔克剛”的抗震思想在結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)中將進(jìn)一步得到體現(xiàn)，現(xiàn)代振動問題正在向著自適應(yīng)控制、智能控制、吸震減震技術(shù)研究方向發(fā)展，土木工程結(jié)構(gòu)健康檢測、災(zāi)害結(jié)構(gòu)相應(yīng)控制等基礎(chǔ)性的研究將會進(jìn)一步加強。

地下工程的建設(shè)與開發(fā)也是土木工程當(dāng)前關(guān)注的一個重點，隨著人口的增長?？臻g資源越來越緊張，開發(fā)地下空間是解決當(dāng)前空間和土地資源緊張的一個有效途徑，目前世界上最大的地下街是日本東京八重洲地下街，建筑面積70km²，最深的地下街是莫斯科切爾坦沃住宅小區(qū)地下商業(yè)街，深度在100米左右，我國也已有約20個城市進(jìn)行了地鐵系統(tǒng)的規(guī)劃和具體實施階段，先后提出了25項地鐵和輕軌項目，同時地下空間技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展和提高。目前我國城市地下工程建設(shè)主要施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構(gòu)法、沉管法、凍結(jié)法及注漿法等，這些技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，這也為地下空間開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗。

2土木工程的發(fā)展趨勢——信息化發(fā)展

加快信息化建設(shè)，用信息化帶動工業(yè)化，這是我們的國家提出的新時代的奮斗目標(biāo)。信息化建設(shè)是利用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、自動化控制技術(shù)等現(xiàn)代化手段對土木工程的施工過程和手段進(jìn)行改造，改造的目的是有效提高土木工程施工過程效率，降低施工成本。通過信息化建設(shè)，使信息化覆蓋規(guī)劃、勘測、設(shè)計、施工、企業(yè)和物業(yè)管理、物流監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)、工程維護(hù)和保養(yǎng)等土木工程的全過程。在土木工程中的信息化技術(shù)的應(yīng)用，使的傳統(tǒng)控制方式下一些較難實現(xiàn)的高難度項目成為可能，比如高層建筑垂直度的控制，大體積大質(zhì)量的混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制，對于大型構(gòu)件和設(shè)備的整體同步吊裝，整體大型腳手架的提升和安裝控制，整體模具的爬升，大型橋梁懸索受力的控制，幕墻的生產(chǎn)和加工控制，高溫高壓的焊接質(zhì)量控制，建筑物的爆破，整體搬遷，以及沉降觀測和數(shù)據(jù)采集，大型工業(yè)設(shè)施的三維空間管線布局的計算機(jī)模擬等等。信息化技術(shù)將全面革新設(shè)計技術(shù)和施工技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，應(yīng)用程度將越來越廣。

首先，“三S”系統(tǒng)，即遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)的集成綜合，構(gòu)成整體，實時，動態(tài)的對地觀測，判別，分析應(yīng)用，在土木工程界已發(fā)揮了巨大的作用，并具有廣闊的前景。近年來提出的“數(shù)字城市”的要領(lǐng)就是在“三S”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。即綜合應(yīng)用GIS、遙感、遙測、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、及虛擬仿真對城市的基礎(chǔ)設(shè)施、功能機(jī)制進(jìn)行自動采集，動態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策服務(wù)，顯然，“數(shù)字城市”是以數(shù)字化信息處理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為背景的技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的使用和全國推廣，必將把我國的城市規(guī)劃建設(shè)與運營提升到一個新的水平。

另外，隨著計算機(jī)技術(shù)的及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計的傳統(tǒng)的單機(jī)順序方式逐漸過渡到基于網(wǎng)絡(luò)的并行設(shè)計和協(xié)同控制。對于一個大型的復(fù)雜工程項目，可能需要多個成員甚至多個設(shè)計部門的參與，也需要其他的在線咨詢與協(xié)同工作，或由分布在不同的地域的設(shè)計人員，設(shè)計分支機(jī)構(gòu)，協(xié)作單位或部門使用不同的軟硬件平臺和不同的設(shè)計手段在同一規(guī)定的時間段完成。解決這一復(fù)雜設(shè)計系統(tǒng)的管理與協(xié)調(diào)需要開發(fā)和應(yīng)用工程設(shè)計的并行協(xié)同技術(shù)。

智能建筑與結(jié)構(gòu)檢測也是信息化背景下土木工程發(fā)展的一個傾向，信息化的社會背景為只能建筑的興起提供了更為廣闊的空間，只能建筑把現(xiàn)代最新技術(shù)——智能型計算機(jī)、多媒體、現(xiàn)代通訊、智能保安、環(huán)境監(jiān)控等和建筑藝術(shù)融匯在一起，通過對設(shè)備的自動監(jiān)控，對信息資源和對使用者的信息服務(wù)及其與建筑的優(yōu)化組合。使人們獲得投資合理，適合信息社會需要的且具有安全、高效、舒適、便利、靈活的建筑空間。

電子數(shù)據(jù)與項目管理也是土木工程信息化發(fā)展的一個方向。工程施工是土木工程中計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，由于施工時一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從投標(biāo)報價、工程預(yù)算到合同簽定、合同管理、質(zhì)量評定與分析、竣工驗收等都需要處理大量的信息、數(shù)據(jù)，整個施工企業(yè)管理和輔助施工項目管理，都將被納入計算機(jī)輔助施工技術(shù)系統(tǒng)之中。針對電子數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的方便應(yīng)用，目前國外以開發(fā)出系列化的雙向無線電通訊設(shè)備，用于工地的聯(lián)絡(luò)，以及利用GPS技術(shù)的人機(jī)通訊設(shè)備。信息技術(shù)的發(fā)展，已使得國際承包商可以克服地域的壁壘。

另外，隨著土木工程環(huán)境和工程的復(fù)雜性日益提高，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也必將在土木工程中得到廣泛的應(yīng)用，在傳統(tǒng)的土木工程中，人們不得不用一些平面圖紙，用特定的符號傳遞大量的信息，這種方法受到信息接收者的行業(yè)、知識結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗等的限制，而且隨著新時代土木工程的復(fù)雜程度的不斷提高，使得使用這種方法交流起來比較困難。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為土木工程中的交流提供了一種新的前景和手段。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是融合了計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感器技術(shù)等的一種綜合高新科技手段。它把抽象的圖紙和符號等轉(zhuǎn)化成人的直觀的感受。它是一種新的人機(jī)交互技術(shù)，能為人提供一種身臨奇境的虛擬環(huán)境，讓人仿佛置身于現(xiàn)實世界中。因為這種技術(shù)的特征和優(yōu)勢，在未來的土木工程中，它一方面會廣泛的應(yīng)用于工程項目的招標(biāo)投標(biāo)，這是可視化技術(shù)的一個應(yīng)用，借助虛擬仿真環(huán)境，可以將施工過程和方法很好的變現(xiàn)出來，另一方面，它在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算、施工過程的模擬等復(fù)雜計算過程中更有其獨特的優(yōu)勢。通過計算機(jī)三維圖形技術(shù)實現(xiàn)可視化計算，可以將設(shè)計參數(shù)變化以后的結(jié)果直觀的顯示出來，在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計等方面也會出現(xiàn)一個很大的飛躍。通過虛擬技術(shù)的應(yīng)用，將設(shè)計時間和施工時間相對縮短，空間相對縮小，通過計算機(jī)計算和人機(jī)交互．對最佳方案的選擇使得獲得最佳工期、最低費用和對資源的最有效合理利用成為可能，對工程施工的質(zhì)量把握的更為準(zhǔn)確、科學(xué)。另外，隨著土木工程耐久性的問題的日益突出和深入研究以及土木工程往地下、海洋、和太空領(lǐng)域的拓展，環(huán)境作用及其結(jié)構(gòu)反應(yīng)的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點。但環(huán)境作用的模擬技術(shù)以及相應(yīng)的實驗設(shè)備是目前土木工程耐久性研究的瓶頸。通過虛擬技術(shù)的實現(xiàn)來解決這些問題是未來最可能的發(fā)展方向之一。

3結(jié)語

建筑業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，土木工程的發(fā)展也是影響我國基本建設(shè)的行業(yè)，本文分析了信息化背景下土木工程的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，從這些現(xiàn)象我們已經(jīng)感受到高新技術(shù)對土木工程這一傳統(tǒng)專業(yè)的改造及影響。面對高新技術(shù)和信息化浪潮的沖擊，如何迎接挑戰(zhàn)，如何順應(yīng)這一科技革命與創(chuàng)新的潮流，是我們從事土木工程專業(yè)的各界人士值得認(rèn)真思考和必須回答的。