大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在土木工程中的應(yīng)用

朱之宇 黃程

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷革新，信息化時代的到來，各種信息的處理更是十分的復(fù)雜，但是隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，信息處理的速度和能力變得更強大，一方面大數(shù)據(jù)能夠廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，對于其他行業(yè)的發(fā)展有著很大的幫助，同樣也能作用于土木工程方面。土木工程本身又是相對比較傳統(tǒng)的行業(yè)，在技術(shù)上發(fā)展到一個階段是有瓶頸期的，發(fā)展的速度也會相對比較緩慢，如果能夠借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，將會使土木工程取得很大的進步。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；土木工程；應(yīng)用

引言

進入信息化社會以來，各種信息通過互聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)更加快速的傳播，人們接觸到的信息量也出現(xiàn)爆發(fā)式增長，這給許多企業(yè)和行業(yè)迎來了信息化管理和大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的良好契機。在信息化和大數(shù)據(jù)潮流中，土木工程領(lǐng)域也迎來了新一輪的技術(shù)革新，開始廣泛應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)來對其中的設(shè)計、施工、決策和管理服務(wù)，大大提升了我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和住房建設(shè)的效率和質(zhì)量。因此，對大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用進行全面分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1大數(shù)據(jù)的概念

不同的機構(gòu)和團隊對于大數(shù)據(jù)的概念的解釋不同，對于“大數(shù)據(jù)”（Bigdata）研究機構(gòu)Garter給出了這樣的定義?！按髷?shù)據(jù)”是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力來適應(yīng)海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。麥肯錫全球研究所給出的定義是：一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低四大特征。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進行專業(yè)化處理。換而言之，如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)盈利的關(guān)鍵，在于提高對數(shù)據(jù)的“加工能力”，通過“加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。從技術(shù)上看，大數(shù)據(jù)與云計算的關(guān)系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數(shù)據(jù)必然無法用單臺的計算機進行處理，必須采用分布式結(jié)構(gòu)。它的特色在于對海量數(shù)據(jù)進行分布式數(shù)據(jù)挖掘。但它必須依托云計算的分布式云計算、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲、數(shù)據(jù)化管理。隨著云時代的來臨，大數(shù)據(jù)也吸引了越來越多的關(guān)注。分析師團隊認為，大數(shù)據(jù)（Bigdata）通常用來形容一個公司創(chuàng)造的大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在下載到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用于分析時會花費過多時間和金錢。大數(shù)據(jù)分析常和云計算聯(lián)系到一起，因為實時的大型數(shù)據(jù)集分析需要像MapReduce一樣的框架來向數(shù)十、數(shù)百或甚至數(shù)千的電腦分配工作。大數(shù)據(jù)需要特殊的技術(shù)，以有效地處理大量的容忍經(jīng)過時間內(nèi)的數(shù)據(jù)。適用于大數(shù)據(jù)的技術(shù)，包括大規(guī)模并行處理（MPP）數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫、云計算平臺、互聯(lián)網(wǎng)和可擴展的存儲系統(tǒng)?？傮w來說，大數(shù)據(jù)是一個先進的技術(shù)，在信息的處理上有著很強的能力。

2大數(shù)據(jù)在土木工程行業(yè)應(yīng)用的意義

2.1減少能源的消耗

在施工過程中，照明燈的使用、挑點起設(shè)備、辦公設(shè)備等的使用都會加大在能源方面的消耗，電力、水力等個方面的消耗，而且如果是人力的方式進行統(tǒng)計和計算難度是非常之大的。通過大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進行整理、計算和處理可以減少能源的消耗。通過傳感器將各種電氣設(shè)備與計算機相連接，大數(shù)據(jù)可以計算出相應(yīng)的能源消耗。這樣就知道了能源消耗點所在，并進行節(jié)制。

2.2縮短制作周期

傳統(tǒng)的土木工程不借助計算機或者互聯(lián)網(wǎng)的方式，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、計算、處理都是人為的，這樣就會使周期變長，加入大數(shù)據(jù)技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)對于數(shù)據(jù)的整合、計算、處理的速度都要比人力快很多，這樣就能縮短制作周期?？s短了制作周期，就可以加快工程完成的速度，可以給企業(yè)節(jié)省很多的時間，時間就是財富。

2.3減少人力消耗

本身由認為的數(shù)字計算的工作交給了大數(shù)據(jù)，交給了計算機。一臺計算機的大數(shù)據(jù)技術(shù)可以抵消幾十人甚至幾百人的工作，這樣就大大減少了人力的消耗，需要的人才少了，相應(yīng)的財力的支出就變少了。并且人為的計算是有可能出現(xiàn)錯誤的，但是計算機是不會出現(xiàn)錯誤的，這樣就會減少誤差和錯誤的出現(xiàn)。

3大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

3.1建筑能耗分析

建筑能耗與建筑物的占地面積、空間布局、光照條件等眾多因素都有著密切的關(guān)系。當(dāng)前已有學(xué)者通過數(shù)據(jù)挖掘框架的應(yīng)用，對辦公室區(qū)域的占用數(shù)據(jù)進行了深入分析，然后通過決策樹挖掘、規(guī)則歸納和聚類分析等先進的大數(shù)據(jù)技術(shù)計算出建筑占用模式以及相應(yīng)的時間表，并以此為依據(jù)提出了許多能源節(jié)約方案，為建筑能耗分析提供了有價值的思路。還有學(xué)者通過消耗模式來分析建筑的能耗問題，而電力數(shù)據(jù)顯然也是一種大數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法是不可能完成的。通過對大量的建筑空間樣本的各類用電設(shè)備進行定時數(shù)據(jù)采集，獲取大量的用電數(shù)據(jù)。接著采用特征提取、聚類和關(guān)聯(lián)分析等大數(shù)據(jù)處理技術(shù)分別統(tǒng)計不同用途、不同類型的耗電設(shè)備的數(shù)據(jù)，提出了一種通用的電力消耗模式。該模式可以實現(xiàn)對未來建筑物內(nèi)的電力消耗情況預(yù)測。

3.2工程造價數(shù)據(jù)庫

在土木工程建設(shè)中，工程造價領(lǐng)域會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，為了使其價值得到充分的發(fā)揮，必須對其進行完整有效的采集、分類及統(tǒng)計分析，為信息共享奠定基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)工程造價工作中，通常采用工程量清單開展核算工作，而考慮到不同地區(qū)之間相同材料價格的差異性以及市場波動，因此有必要對工程造價資源進行及時有效的數(shù)據(jù)分析。工程造價大數(shù)據(jù)不僅可以用于相關(guān)造價工作，在工程其他領(lǐng)域也發(fā)揮著一定的作用，如結(jié)構(gòu)設(shè)計師可以根據(jù)造價數(shù)據(jù)庫對市場上的材料情況進行掌握，從而避免設(shè)計中出現(xiàn)市場上已經(jīng)消失的材料。此外，工程造價數(shù)據(jù)庫還能體現(xiàn)出一類材料在不同地區(qū)的價格差異，這樣以來，各類工程就可以對材料進行合理的選擇，達到節(jié)省成本的目的。

3.3對建筑破壞結(jié)果進行檢測

某地區(qū)發(fā)生地震之后，專家會利用大量的無人機對建筑破壞結(jié)果進行檢測，從而獲得數(shù)量龐大的圖像數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行一定的處理之后可以為后續(xù)的救援和評估工作提供極大的幫助。這同樣是大數(shù)據(jù)的一種應(yīng)用形式，具體是根據(jù)建筑破壞前的各項數(shù)據(jù)信息，如坐標、海拔等構(gòu)建震前模型，之后將無人機拍攝獲得的圖像與其進行匹配還原獲得震后建筑模型，通過兩個模型的差異對比，獲得三維建筑破壞結(jié)果，為災(zāi)后重建工作提供幫助。這種基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的建筑破壞檢測方法在效率上遠遠超過傳統(tǒng)的計算機處理分析法。此外，還可以將這些建筑破壞檢測數(shù)據(jù)整合起來構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，對不同形式、場地和高度建筑的破壞形式進行分析，為類似條件下新建建筑項目的抗震設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。

3.4編制建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范

在建筑工程項目中，設(shè)計、建造、監(jiān)理等工作的開展都需要遵循相應(yīng)的規(guī)范，這些規(guī)范中涉及到的參數(shù)基本上都是由實際工程和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集總結(jié)而來的，其中包括地震動參數(shù)、風(fēng)荷載參數(shù)等。將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用其中可以使參數(shù)的設(shè)置更加精確完整。

結(jié)語

大數(shù)據(jù)時代下，我國土木工程的發(fā)展還未能很好地適應(yīng)時代的需求，造成大數(shù)據(jù)技術(shù)不能很好地服務(wù)于土木工程建設(shè)工作，對建設(shè)企業(yè)的發(fā)展帶來了一定的阻礙。不難預(yù)計，隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，我國將更加重視大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，并在土木工程新技術(shù)上不斷尋求突破，充分發(fā)展大數(shù)據(jù)時代背景下土木工程技術(shù)的革新，促進土木工程技術(shù)及相關(guān)企業(yè)的長遠健康發(fā)展。

參考文獻

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（1.作者身份證號碼：21122319900504101X；

2.作者身份證號碼：211223199002071045）