土木工程现状与发展趋势分析
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作者: 薛中武
摘要：系统分析了当前土木工程在设计理论、技术和材料应用、结构形式等方面的研究与发展现状，对土木工程的发展方向提出了一点见解，提出了土木工程在信息化背景下的信息化发展趋势，分析了土木工程信息化发展的各个方面。
关键词：土木工程；信息化；虚拟技术；发展趋势
中图分类号：TU5 文献标识码：A 文章编号：1672-3198(2009)24-0029-01
1 土木工程的发展现状
目前土木工程研究的对象主要集中在以下几个方面：
首先是高层建筑的发展进入了一个崭新的阶段，随着新材料、新结构、新工艺、新施工方法的出现，特别是自动化程度的不断提高，人类更有可能从事更大规模的土木工程修建，高层建筑不仅在数量上越来越多，而且在高度上也越来越高。中国上海的浦东金茂大厦和上海金融中心高度已经排列在世界前列，标志着我国在高层建筑方面的水平已经达到世界较前进水平。
另外，随着超高层、超大跨桥梁和大跨结构等大型复杂结构的兴建，结构设计显现更长、更高、更柔的发展趋势。许多情况下风荷载和地震荷载已成为结构设计的控制因素，因此大型复杂结构体系抗风抗震的设计理论及其相关问题正在被极大的关注。相关的研究课题将包括设计地震动及灾害性风荷载的作用机理，特大跨度桥梁的结构体系及抗风抗震。同时，“以柔克刚”的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现，现代振动问题正在向着自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展，土木工程结构健康检测、灾害结构相应控制等基础性的研究将会进一步加强。
地下工程的建设与开发也是土木工程当前关注的一个重点，随着人口的增长。空间资源越来越紧张，开发地下空间是解决当前空间和土地资源紧张的一个有效途径，目前世界上最大的地下街是日本东京八重洲地下街，建筑面积70km2，最深的地下街是莫斯科切尔坦沃住宅小区地下商业街，深度在100米左右，我国也已有约20个城市进行了地铁系统的规划和具体实施阶段，先后提出了25项地铁和轻轨项目，同时地下空间技术也得到了飞速的发展和提高。目前我国城市地下工程建设主要施工方法有明挖法、暗挖法、盖挖法、盾构法、沉管法、冻结法及注浆法等，这些技术已经达到了国际先进水平，这也为地下空间开发提供了宝贵的经验。
2 土木工程的发展趋势――信息化发展
加快信息化建设，用信息化带动工业化，这是我们的国家提出的新时代的奋斗目标。信息化建设是利用计算机技术、网络通信技术、智能信息处理技术、自动化控制技术等现代化手段对土木工程的施工过程和手段进行改造，改造的目的是有效提高土木工程施工过程效率，降低施工成本。通过信息化建设，使信息化覆盖规划、勘测、设计、施工、企业和物业管理、物流监控、设备维护、工程维护和保养等土木工程的全过程。在土木工程中的信息化技术的应用，使的传统控制方式下一些较难实现的高难度项目成为可能，比如高层建筑垂直度的控制，大体积大质量的混凝土结构的质量控制，对于大型构件和设备的整体同步吊装，整体大型脚手架的提升和安装控制，整体模具的爬升，大型桥梁悬索受力的控制，幕墙的生产和加工控制，高温高压的焊接质量控制，建筑物的爆破，整体搬迁，以及沉降观测和数据采集，大型工业设施的三维空间管线布局的计算机模拟等等。信息化技术将全面革新设计技术和施工技术，其应用领域将越来越广，应用程度将越来越广。
首先，“三S”系统，即遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)的集成综合，构成整体，实时，动态的对地观测，判别，分析应用，在土木工程界已发挥了巨大的作用，并具有广阔的前景。近年来提出的“数字城市”的要领就是在“三S”系统的基础上发展起来的。即综合应用GIS、遥感、遥测、网络、多媒体、及虚拟仿真对城市的基础设施、功能机制进行自动采集，动态监测管理和辅助决策服务，显然，“数字城市”是以数字化信息处理技术的网络通信技术为背景的技术服务系统。这一系统的使用和全国推广，必将把我国的城市规划建设与运营提升到一个新的水平。
另外，随着计算机技术的及网络技术的发展，工程设计的传统的单机顺序方式逐渐过渡到基于网络的并行设计和协同控制。对于一个大型的复杂工程项目，可能需要多个成员甚至多个设计部门的参与，也需要其他的在线咨询与协同工作，或由分布在不同的地域的设计人员，设计分支机构，协作单位或部门使用不同的软硬件平台和不同的设计手段在同一规定的时间段完成。解决这一复杂设计系统的管理与协调需要开发和应用工程设计的并行协同技术。
智能建筑与结构检测也是信息化背景下土木工程发展的一个倾向，信息化的社会背景为只能建筑的兴起提供了更为广阔的空间，只能建筑把现代最新技术――智能型计算机、多媒体、现代通讯、智能保安、环境监控等和建筑艺术融汇在一起，通过对设备的自动监控，对信息资源和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合。使人们获得投资合理，适合信息社会需要的且具有安全、高效、舒适、便利、灵活的建筑空间。
电子数据与项目管理也是土木工程信息化发展的一个方向。工程施工是土木工程中计算机技术应用的一个重要领域，由于施工时一项复杂的系统工程，从投标报价、工程预算到合同签定、合同管理、质量评定与分析、竣工验收等都需要处理大量的信息、数据，整个施工企业管理和辅助施工项目管理，都将被纳入计算机辅助施工技术系统之中。针对电子数据与数据管理系统的方便应用，目前国外以开发出系列化的双向无线电通讯设备，用于工地的联络，以及利用GPS技术的人机通讯设备。信息技术的发展，已使得国际承包商可以克服地域的壁垒。
另外，随着土木工程环境和工程的复杂性日益提高，虚拟现实技术也必将在土木工程中得到广泛的应用，在传统的土木工程中，人们不得不用一些平面图纸，用特定的符号传递大量的信息，这种方法受到信息接收者的行业、知识结构和经验等的限制，而且随着新时代土木工程的复杂程度的不断提高，使得使用这种方法交流起来比较困难。
虚拟现实技术为土木工程中的交流提供了一种新的前景和手段。虚拟现实技术是融合了计算机技术、多媒体技术、网络技术和传感器技术等的一种综合高新科技手段。它把抽象的图纸和符号等转化成人的直观的感受。它是一种新的人机交互技术，能为人提供一种身临奇境的虚拟环境，让人仿佛置身于现实世界中。因为这种技术的特征和优势，在未来的土木工程中，它一方面会广泛的应用于工程项目的招标投标，这是可视化技术的一个应用，借助虚拟仿真环境，可以将施工过程和方法很好的变现出来，另一方面，它在结构设计中的计算、施工过程的模拟等复杂计算过程中更有其独特的优势。通过计算机三维图形技术实现可视化计算，可以将设计参数变化以后的结果直观的显示出来，在结构的优化设计等方面也会出现一个很大的飞跃。通过虚拟技术的应用，将设计时间和施工时间相对缩短，空间相对缩小，通过计算机计算和人机交互．对最佳方案的选择使得获得最佳工期、最低费用和对资源的最有效合理利用成为可能，对工程施工的质量把握的更为准确、科学。另外，随着土木工程耐久性的问题的日益突出和深入研究以及土木工程往地下、海洋、和太空领域的拓展，环境作用及其结构反应的研究已经成为国内外的研究热点。但环境作用的模拟技术以及相应的实验设备是目前土木工程耐久性研究的瓶颈。通过虚拟技术的实现来解决这些问题是未来最可能的发展方向之一。
3 结语
建筑业是我国的支柱产业，土木工程的发展也是影响我国基本建设的行业，本文分析了信息化背景下土木工程的发展现状和趋势，从这些现象我们已经感受到高新技术对土木工程这一传统专业的改造及影响。面对高新技术和信息化浪潮的冲击，如何迎接挑战，如何顺应这一科技革命与创新的潮流，是我们从事土木工程专业的各界人士值得认真思考和必须回答的。
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