土木工程智能化范文1
关键词：建筑工程；土建技术；现代土木结构；建筑施工
Abstract: The modern structure application in the civil architecture is called the modern civil structure, the modern civil structures is the product that the computer science, materials science and automation control technology develop to a certain extent, it is also the traditional structure function sublimation. Modern civil structure relates to the cutting-edge technology of the structure major changes, as well as the computer software and hardware technology, civil engineering materials science, information and communication, artificial intelligence, automatic control and many other fields. Combined with the in-depth analysis of the construction to the civil technology, it has a certain reference value in the industry.
Key words: construction; civil engineering technology; modern civil structure; building construction
中图分类号：TU7 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
现代材料技术、计算机技术、自动化控制系统的发展进步促使人类社会进入了崭新的信息时代。由于信息材料的设计、制造、销售一体化的体制的建立，各种具备信息采集、传输、储存功能的材料及配件正逐步走进土木工程师的视野，各种控制电路、功率放大器、传感器驱动材料、逻辑电路信号放大器、现代计算机集成结构被人们用于现代土木结构中，使现代土木结构飞速发展，不仅有承受建筑荷载的能力，而且具有分析计算、自我感知、推理预测、自我控制的能力。
1.现代土木结构的概念
现代结构是传统结构功能的升华。现代结构可进行不同参数（例如温度、声音、压力、应变、化学反应、物理形变等）的检测及数据传送，同时具有包括人工智能推断处理的数据处理能力，即现代结构自身拥有处理、诊断、学习、分析、修复等功能。将现代结构运用于土木结构中，称为现代土木结构。
2.建筑工程土建技术常见问题
建筑工程施工项目一旦发生质量问题，轻者回应此昂建筑工程施工的进展，拖延工期导致增加工程费用，重者可能会为后续工程埋下安全隐患，导致人身财产的损失。由于引发土建工程施工项目的质量问题的因素复杂，对于这些问题的性质、原因、危害的分析判断以及处理也十分复杂。即使针对同一质量问题，引起的原因也不尽然相同。例如，盲目套取不正确方案的图纸结构，计算理论值与实际受力不符；内力分析错误导致结构的稳定性、刚度、强度差；施工时偷工减料造成质量低劣；使用不合格的建筑材料等多方面因素都会导致建筑工程施工项目的质量差。
在处理建筑施工质量问题时，必须要进行充分深入的调查研究，针对质量问题的不同外在表现做具体分析。例如，建筑物发生不自然沉降现象，可能是因为地基的容许承载力与持力层不相匹配，也可能是因为未处理好不均匀地基导致不自然沉降。同一类型的质量问题，也能会因为不同原因而重复发生，因此，一定要认真细致地考察分析建筑工程中的各项施工条件和因素。
3.现代土建技术分析
3.1土建结构的智能化
传统的土建结构是被动结构，在设计制造完成之后，其性能、使用状态存在着严重的不可控制和不可预知性，为土建结构的使用和维护带来不便。为了解决这一难题，结构智能化的第一层次得到了极大的发展更新。在线监测结构的发展可以赋予传统的土建结构以在线监测的功能机制，是工作人员探知土建结构内部的性能，便捷快速地掌握结构的内部物理形变以及化学反应的演变情况。在线监测结构的发展基础上，我们进一步增加数据的只能处理体系，使土建结构自身拥有自我感知、自我诊断的能力，实现结构智能化的第二层次。
3.2现代土木结构的分类
按照材料的不同，现代土木结构可分为嵌入式土木结构与基体、智能材料耦合结构两大类。
3.2.1嵌入式土木结构
嵌入式土木结构是指在基体材料的结构中（例如钢筋混凝土）嵌入具有控制处理和传感动作功能的材料或者仪器，利用现代化计算机高端软件硬件的技术，将传感元件采集、检测的结构内部信息进行加工处理，并且将处理结果通知控制处理器，最终由控制处理器激励指挥驱动元件以执行相应动作。这种智能结构建立在传统土木结构上，只需要稍微加以改进，无需额外研究分析结构的力学性能，由于其便捷、易操作，可充分做到传统结构与智能结构的平稳过渡，因此已经成为研究的焦点所在。
3.2.2基体、智能材料耦合结构
部分土木结构材料本身带有智能功能，可以随着物理状态的变化而改变自身的相关性能，例如碳纤维混凝土材料，可以随着自身的受力情况不同改变导电性能，只要外界能探测出导电性的变化，便可以推测出受力情况以及内部结构的改变。
3.3现代土木结构研究内容
3.3.1土木结构的智能化设计
现代土木结构研究的主要方向和内容和对于传统结构实现智能化的概念性设计。针对不同的结构类型以及相关性能，利用现有的经济水平和科技水平，在兼顾现代技术先进性、节约经济费用以及实用性等前提下，合理地确定现代土木构件研究的智能化目标，
在智能化目标确定之后，需要对土木结构在使用中可能会发生的各种行为进行预测，对土木结构在受力环境下可能出现的各种反应进行预估，研究确定结构中需要实现智能化监控的关键部位，最终确定整体监控方案。
3.3.2利用传感元件实现智能控制
传感元件是现代土木结构研究的另外一项重要研究内容。利用在传统建筑材料中安装性能稳定、可靠耐久、抗外界干扰能力强、与基体结构有着相同的使用寿命的传感元件或者传感结构耦合材料，采集各种信息，将信息经过处理，则可以实现自我诊断、自我控制的功能。
3.3.3对于作动材料分析
现代土木结构研究的最终目标是实现结构智能控制。作动材料可以实现这种控制，它利用拥有物理耦合现象的材料，尤其是拥有机械量与热、光、电、磁等非机械量的耦合材料作为结构的作动件，通过控制非机械量的变化来控制位置、形状、应变状态、刚度、阻尼、频率、摩阻等结构特性，最终达到作动目的。
3.3.4现代土木结构的智能结构信息处理
现代土木结构必需借助于信息的流动控制、加工处理才能成为有机的整体。只有让信息在传感器信息处理中枢和作动系统之间有序地流动并进行处理计算，结构才能具有智能功能。
建筑业是现代国民经济各部门发展的原动力。现代土木结构依托于计算机科学、材料科学、自动化控制技术得发展，可以影响到结构和建造的重大变革。现代土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，由于它涉及到当今材料科学、土木工程、计算机软硬件技术、人工智能、自动化控制、信息通讯等领域内的前沿科技，它的研究和发展必将进一步带动此类高科技领域的进一步提高。
参考文献：
[1] 胡国海. 浅谈在建筑工程中对土建技术的探析[J]. 科技致富向导, 2010,(05)
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简单来讲智能土木结构是智能结构应用于土木结构的产物，现代社会的人们对于建筑的要求越来越高了，而其中最为重要的就是土木结构智能化。智能结构可以说是一种仿生结构体系，集合了驱动器、主结构、传感器和控制器，具有环境适应力、结构自监控和损伤自修复的特点，甚至智能结构能够在危险发生的状况下保护自身结构不受到伤害。建筑行业的飞速发展对建筑提出了智能化需求，土木工程师们会将仿生功能材料融入到基体材料中，使得传统建筑结构拥有智能化的工程，人们在习惯上将其称为智能土木结构。智能土木结构出现了之后，进一步解决了结构评估的完整性、耐久性、强度和安全性等等的问题，更大程度上减少了建筑结构维修费用，增强了土木结构预测能力。比如说智能土木结构具有自内而外预报方式，主要的原理就是在传统土木结构的内部植入一些传感器，组成一个网络，进而对结构性能进行实时监测。智能土木结构在建筑结构中的应用前景还是十分良好的，到目前为止智能土木结构主要应用于了高层建筑、桥梁和大坝等工程。近几年来的民用建筑和结构都采用了大规模、高性能的分布式智能检测系统。这些智能检测系统都能够为智能大厦发展建立坚实基础，我国的智能大厦，到目前为止，我国智能大厦已经如同雨后春笋般不断涌现。
2现代建筑结构中智能土木结构的应用
2.1智能传感元件在现代建筑结构中的应用
土木工程中通常会在建筑结构中粘贴或者是埋入一些传感元件来对建筑物进行健康检测，在确保检测结果正确性的同时，还要对建筑物的稳固性和安全性进行更为确切检测和评价，获取最为精准的数据，从而对建筑物的命运做出判决，进行维修或者是直接报废。对于一些比较重大的土木工程建筑来说，由于其结构的修建时间比较长，设备相对来说都比较陈旧，传统传感器并不能够适应这种内部环境，这个时候选择高性能的传感器检测结构健康是十分有效的。利用智能材料、光纤等制作成传感器并且应用于土木工程的发展历程当中已经具有了划时代的意义，使得土木工程的发展史开辟出了全新的篇章。
2.2建筑工程健康监测的具体实施过程
智能土木结构在建筑工程的结构损伤和健康检测方面都起到了十分重要的作用。在土木工程当中，建筑物的检测通常会采用目测的方法，除此之外还会利用到声发射、超声波以及X射线等无损性的检测，利用这种方法能够有效杜绝很多弊端，在建筑物的内部结构中出现了破损情况，或者是建筑物的实时动态都能够得到准确检测，在满足了人们对建筑整体了解的需求之上还能够保证检测效率和检测准确率。比如说当建筑物发生了损伤，内部就会出现裂纹，这些裂纹在外部力量的作用下会加大损伤的力度，并且会以声速扩散，而这些都会被特殊材料制成的传感元件所感知到，让相关的工作人员能够更加及时准确地掌握整个建筑物的内部情况，对建筑物进行更为及时的整体规划，采取一些措施来避免建筑物事故的发生。
2.3现代建筑节能支持
智能土木结构不仅仅为普通建筑提供了安全检测的功能，还能够为智能建筑提供节能技术，并且已经在实际中得到了逐步的推广使用，建筑师们也在此基础上提出了节能建筑的概念。所谓节能建筑其实就是在设计和建造的过程中，均尽量采用节能型的材料和器具，利用智能土木结构使得建筑本身具备监测控制能力，随着外部环境的变化而适当地做出调整，把建筑的自身能耗降低到最低的水准。智能土木结构为现代建筑节能提供的技术支持能够更好地实现绿色建筑，更加有利于环境友好和可持续发展。
3智能土木结构提升策略
3.1提高智能传感的技术
传感元件的应用是绝对离不开传感技术，所以提高智能传感技术已经是势在必行的了。从仿生学的角度来看，传感器就像是建筑物自身的感受器官，要想提高智能传感技术就必须要从传感技术的系统性入手，提高传感器的处理、感知、识别的能力，并且在这个基础上要提高传感器系统的灵敏度和可靠性，实现整体传感技术智能化。在建筑工程当中，传感元件要保证不影响建筑外形结构，要同建筑材料形成较好的相容性，把对建筑物的影响尽可能地降低到最低的水平，提高建筑物当中信号的抗干扰能力。
3.2发展智能控制集成
智能控制系统是一个相当于人类大脑神经中枢的最高级部分，这不仅仅取决于运动系统和感觉系统的运行程序，还担负着整个脑神经的高级功能运转。在土木工程的内部安装集控系统中，能够对一些强降雨和风暴做出迅速的应急，尽可能地降低损失，因此，相关建筑人员应该重视对于智能控制集成的开发和利用。例如说，在一些强台风的天气，各地方都会重视安全预警，而智能建筑中发展集成控制就能够更加及时地对整个环境进行控制，确保整个建筑的安全。
4结束语
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【关键词】智能材料;土木工程;现实应用
土木工程是以建筑施工和建筑结构为研究对象的重要学科。在当今的时代，人们对于建筑的要求越来越高，从一开始的安全性与舒适性的有机结合，到安全舒适前提下的美观和环保，再到现在上述所有前提下的智能化是人们对建筑不断变化的高标准和高要求。其中，智能化是随着科学技术发展越来越被人们重视和追求的建筑的特色。具体到土木工程领域，智能体现在各种计算机技术的应用和各种智能材料的应用。建筑的结构是固定的，建筑施工工程完工，建筑成型，除非外力干扰，其结构就稳定下来。但是当结构出现问题时，很难以一种简单的方式去解决。智能材料就能够解决这个难题。
一、智能材料概述
智能材料的兴起和发展距今并没有太长时间，严格意义上来说对智能材料的研究兴起于上个世纪最后二十年，直到新世纪以后才有了长足的发展。距今各国对智能材料也还处于研究的萌芽阶段，所以智能材料迄今并没有一个官方的统一的定义，我们这里可以将智能材料定义为具备智能特性的能够自主地对外部环境进行感知并且不断适应环境的高科技材料。智能材料是建筑材料届最新的宠儿，成为了天然材料和合成材料之后的新一代的优秀材料。智能材料具备天然材料和合成材料不具备的一些特点：它能够对周围环境进行感知，最常见的是对光、热、力的感知;它能够对周围环境的变化做出应对，随之变化;当周围的环境恢复到初始状态时，智能材料也能够恢复如初。
二、智能材料当前在土木工程中的应用
由于土木工程正是对建筑结构进行研究的学科，所以智能材料在土木工程中的作用是极大的。举例来说，运用智能材料能够对建筑本身的结构进行科学的检测。运用传统的材料，要想对建筑的结构性能进行检测，必须要充分地运用外力，加入外部的很多信息。在这种情况下，加入很多干扰的信息是无可避免的情况。而运用智能材料能够从内部将检测结果传导给检测终端，不会受到外部的干扰，也更能够反应建筑的结构性能。
其实智能材料严格意义上来说并不是只有一种，我们上文中所说的智能材料的感知和反馈其实是两种智能材料的应用，能够感知刺激的材料我们称之为感知材料，而能够根据外部刺激做出反馈或者变化的我们称之为驱动材料。前者能够智能地检测建筑内的各种刺激例如火、烟;后者则能够更多地在建筑安全问题上给予更高层次的保障例如记忆合金在建筑结构中的应用。
三、智能材料在土木工程中应用的局限性和未来发展
智能材料当前在土木工程中应用还是存在着一些局限性的：首先，成本过高。智能材料由于研发和制造本身的成本就高，要想大规模地应用到土木工程中还存在着建筑成本上的考虑。毕竟智能材料属于高科技产品，在相关原材料和制造工艺无法达到量产的情况下，成本是限制其应用的首要问题;其次，智能材料的发展还处于萌芽阶段，能够应用到土木工程中的智能材料种类少，功能少。尽管当前智能材料已经研究出许多种类也能够给建筑工程带来很多的便利，但是我们并不能称智能化的时代已经到来，智能材料还需要不断地向前发展;最后，智能材料的研究和发展没有一个确定的目标，这也抑制了其可持续地发展。当前智能材料依托于相关的技术，技术发展了，智能材料随之得到发展，而没有系统的研究规划。在未来，智能材料必将成为建筑工程的最基本的材料，那么在研究和应用的时候就应当有系统的目标，以建筑工程的需求为主研究各种智能材料的应用;并且尽可能地降低成本，使其能够广泛应用到一般民用建筑中去;进一步研究，与其他的学科综合起来交叉研究，研发出更多的真正智能化的智能材料，从而在建筑工程中解放大量的人力，能够切实给人们带来便捷，享受到科技的乐趣。
四、结语
第一次工业革命和第二次工业革命之间隔了一个多世纪的时间，第二次工业革命和第三次工业革命之间隔了也是一个多世纪的时间。我们无法预言第四次工业革命什么时候能够到来，但是我们现在正身处一个技术大爆炸的时代，所有领域的技术都呈现出火箭式的增长。土木工程领域的智能材料应用亦是如此。当前的智能材料其实正在萌芽阶段，材料的智能化还没有被充分开发出来，随着人们的需求越来越高和相关技术的不断发展，未来会有更多更智能的材料出现在土木工程中，为人们的生活带来更多的便利。
参考文献
[1]淘宝w，熊克等.智能材料结构[M].北京：国防工业出版社，2011
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【关键词】智能土木结构，智能材料，智能控制
1.引言
建筑起初是为了满足人类生活的舒适要求和安全要求而产生的。原始时代的建筑物是利用天然材料制造而成的能蔽风雨防侵袭的封闭空间。随着社会生产力水平的不断发展，人类对建筑的要求也日益复杂和多样化，结构作为建筑的核心骨架，人们也对其提出了更高水平的要求。现代大型建筑物如高层建筑、大跨桥梁、大型水坝、地下建筑等都要求其土木结构能提供更高的强度，以及更好的可靠性、耐久性及安全性。同时，在现代社会中，这些大型建筑物在整个国民经济中所发挥的作用已日益重要，这也尤其要求它们应具有更强的防止灾害的能力。
2.智能土木结构（IntelligentCivilStructure）概念的形成及研究现状
2.1智能土木结构（IntelligentCivilStructure）概念的形成
文献将智能结构定义为：“将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中，使制成的构件（结构）具有人们期望的智能功能，这种结构称之为智能材料结构”。可见，智能结构是传统结构的功能的升华。智能结构在土木结构中的应用便称之为智能土木结构。
2.2研究现状
如前所述，智能土木结构概念是为了解决评估结构强度、完整性、安全性及耐久性问题而提出的。对土木建筑结构的性能进行监测及预报，不仅会大大减小维修费用，而且能增强预测的能力。近来出现的无损检测技术均不能对结构进行实时监测，也不能很好地预报结构的破损情况和进行完整性的评估。这些方法的致命缺点是预报方式是自外而内的，从信息传播角度看，难免会夹杂进种种干扰信息，从而使检测结果失真、低效率，甚至会导致完全错误的检测结果。在结构内部埋入传感器，组成网络，就可实时监测结构的性能，这就是智能土木结构的自内而外的预报方式。
3.智能土木结构理论的体系构成
3.1结构智能化历程的层次划分
传统的土木结构是一种被动结构，一经设计、制造完成后，其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性，这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题，发展出了在线监测结构，它赋予传统土木结构以在线监测机制，从而为探知结构内部性能打开了窗口，使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况，这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上，进一步增加了监测数据的智能处理机制，使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力，从而使结构实现了第二层次的智能化。
进一步在结构中引入自适应及自动控制机制，即根据自诊断自推理的成果，由在结构中耦合的作动系统做出必要的反应，从而实现智能控制结构，这就是第三层次的智能化。比如，对结构的开裂、变形行为，结构的锈蚀、老化、损伤行为，以及结构的动力振动行为做出抑制性控制，在更高层次上对结构起到保护和维修作用。
3.23.2智能土木结构分类
智能土木结构按其材料可分为两种类型，分述如下：
1）嵌入式智能土木结构：在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器，并集成进现代计算机硬件软件技术，由传感元件采集和检测结构内部信息，由计算机对这些信息进行加工处理，并将处理结果通知控制处理器，由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。
2）基体、智能材料耦合结构：
某些结构材料本身就具有智能功能，它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能，只要探测到这一改变，便可以间接获得结构的内部力学信息。
3.3智能土木结构的研究内容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同，以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素，合理地确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的智能土木结构。确定了智能化目标以后，就需要着手做一些准备工作，它们是：对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测，对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估，以确定结构中需要实现智能化监控的部位，确定整体监控方案。
3.3.2传感元件（Sensor）研究
另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是智能土木结构的基础，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感、结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸细微，不影响结构外形；
2）与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小；
3）性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命；
4）传感的覆盖面要宽；
5）信号频率响应范围要宽；
6）能与结构上其它电气设备兼容；
7）抗外界干扰能力强；
8）能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
可列入研究范围的元件有：光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。
3.3.3作动材料（Actuator）研究
智能土木结构的最终目标是实现结构的智能控制，而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料，尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料，作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性（形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等）的改变，从而达到作动目的。对它的要求主要有：
1）与基体结构耦合良好，结合强度高；
2）作动元件本身的静强度和疲劳强度高；
3）驱动方法简单安全，对基体结构无影响，激励能量小；
4）激励后能产生高效稳定的控制，反复激励下性能稳定；
5）频率响应范围宽，响应速度快，并可控制；
4.结论及研究建议
智能土木结构是材料科学、计算机科学、自动控制技术发展到一定程度的产物。它涉及到结构和建造的重大变革，涉及到当今土木工程、材料科学、自动控制、计算机软硬件技术、信息通讯、人工智能等众多领域内的前沿技术。正如建筑业是国民经济各部门原动力一样，智能土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，而且对于目前主要的高科技领域而言也具有重要的意义，它的研发及实现必将进一步带动其它高科技领域的进一步提高，是土木工程界的知识经济。毋须置言，对它的研究工作应首先要求结构工程师投入极大的努力，更新观念，注意吸取其它领域的思想，成为智能土木结构研究的主体，同时还需结构工程师同相关领域的专业人员紧密配合，建立科学化的研究管理机制，才能完成这个系统工程。
【参考文献】
1 淡丹辉，何广汉；智能桥梁结构的智能计算方案及其初步实现[J]；四川建筑科学研究；2002年04期
2 淡丹辉，马德云，何广汉；嵌入式智能桥梁结构总体研究（Ⅰ）――技术现状及总体方案规划[J]；四川建筑科学研究；2003年02期
作者简介：
土木工程智能化范文5
关键词：智能材料；土木工程；应用；发展趋势
中图分类号：O434 文献标识码： A
一、土木工程建设项目智能材料的特征和概念
针对土木工程建设项目当中所应用到的智能材料的种类、特性和基本的概念进行分析，是加强技术操作水准的一个首要步骤。在上个世纪七十年代，美国率先的提出了关于在建筑项目之中使用智能材料的理念和想法，并且通过试验测试，得出材料的基本特性。而在今后的几十年发展当中，随着技术的不断改进以及各大部门对建筑项目研究的重视程度增加，先后的出现了机敏材料、建筑结构自适应材料以及智能材料等项目。
首先，当前针对建筑项目当中的智能材料并没有一个统一的、标准的定义。总体的来讲，在土木工程施工当中应用的智能材料指的是可以对外界的环境和内部环境进行感知的、可以以此来对建筑进行准确的处理分析和判定的、具有适度相应的智能材料。智能材料是高分子材料、人工合成材料、天然材料等之后出现的一种新型建筑施工材料，并且在今后的建筑行业当中将发挥出巨大的效应。另外还需要明确的是土木工程施工建设当中所使用到的智能材料的基本特征，一般的来讲，智能材料特性有以下几点：反馈功能、传感功能、自诊断功能、相应功能、信息的积累以及识别功能、建筑结构的自我修复功能、自适应功能等。
而当前所使用的智能材料还具有以下几个方面的特性：第一，在土木工程建设施工项目当中应用的智能材料可以对外界的环境进行准确的感知，可以精准的检测出环境当中的刺激和刺激所产生的强度，诸如应变量、应力、光、热能以及核辐射和化学能等；第二，智能建筑材料还具有一定的驱动能力，可以对外界的变化进行适当的相应；第三，智能材料可以按照事前设计好的方式，来对自身的相应进行控制，同时还可以选择相应的具体方式；第四，智能建筑材料对于外界刺激所产生的反应非常的快捷，并且非常恰当：最后，智能材料受到外界的刺激并且当刺激消除之时，可以迅速的、在短时间之内恢复至最初始的状态。
二、土木工程中智能材料的应用
1、形状记忆合金的应用
形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。
2、压电材料的应用
传统结构中集成压电体，采用压电传感元件对结构的振动模态进行感知，利用其输出结果，采取适宜控制算法对压电体的输入进行确定，以主动控制结构振动的实现，是开展压电类智能结构应用研究的一个较为前沿的领域。很多研究人员在任意复杂激励下，采用压电陶瓷作为加速度传感器与驱动体开展基于压电层合结构的主被动阻尼及主动振动控制等相关问题的研究工作，随着近年来不断发展的压电材料与堆技术，使研究应用压电类智能结构的领域更为广泛。主要应用在土木工程结构的噪声主动控制、静变形控制能、安全评定、健康监测等众多领域都获得良好的控制效果。
3、光导纤维的应用
光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。
4、压磁材料的应用
在外加磁场作用下，磁流变液悬浮体系的各项流变性能会产生明显的可逆变化。同时在外加场强高于临界值后，磁流变液将迅速从液态转变为固态，在显微镜下能够观察到磁流变液的分散相颗粒在磁场作用下结成沿磁场方向的链状结构。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。在土木工程领域，电视塔、高层建筑、大跨度桥梁等结构中都采用该材料用于实现对地震的半主动控制。此外，磁致伸缩智能材料也在相关研究中日益的得到重要关注。磁致伸缩智能材料具有强烈的磁致伸缩效应，电磁/机械能能够进行逆转换。在智能材料领域中应用前景较为广阔，该材料可用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等多个领域。
三、智能材料的前景
目前在土木工程领域内，智能材料的研究主要在以下三方面的应用研究最受重视：（1）结构健康的实时检测与监控。这主要是指将先进的传感元件和驱动元件集成在传统的土木结构中，利用它们构成的网络对结构的裂缝、损伤、疲劳、冲击、缺陷、腐蚀等状态进行实时监测和控制，以确保重大土木工程结构和基础设施的安全可靠，降低其维修费用。（2）形状自适应材料与结构。智能材料的研究与出现不仅可使土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程结构相结合这一重大的学科研究发展方向。自适应结构既具有承受荷载和传递运动的能力，同时还兼有检测（应力、应变、裂缝、损伤、温度等）、动作（改变结构内部应力应变分布和结构外形及位置等）和改变结构特性（结构阻尼、固有频率、光学特性、周围电磁场分布）诸多智能功能，因此其应用前景非常广阔。（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。结构的动力响应一直是土木工程设计中的一个非常重要的问题，特别是对于高层建筑和桥梁等大型土木工程结构的抗震抗风问题更是如此，而智能材料的开发与应用就可为之提供一个更为有效的新途径，从而使结构的自适应控制成为可能。目前，虽然智能材料还有这样或那样的不足，但是，随着研究的深入，智能材料的性能将得到进一步的改善。智能材料在许多领域都具有巨大的潜在应用前景，其研究涉及材料科学、化学、力学、生物、微电子技术、分子电子学、计算机控制、人工智能等学科与技术。
结束语
综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用，为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。
参考文献
[1]阎平，智能材料在土木工程中的应用[J].现代物业.2013.
土木工程智能化范文6
关键词：土木工程，现状，发展趋势。
中图分类号：S969.1 文献标识码：A 文章编号：
随着人们对建筑要求的不断提高，需要建构高层、大规模，甚至是大跨度的建筑，并且要求既要满足工程进度以及质量的要求，同时也需要保证成本的控制。
一、 土木工程发展现状
1.土木工程理论的发展
随着科学技术的不断发展和进步，与建筑相关的学科，包括:力学、结构动力学、统计学等等学科的不断发展和进步，为土木工程的发展提供了重要的理论基础和技术支持。信息化的不断普及和深入发展，大型计算机在土木工程上的充分应用，包括结构抗力计算到极限状态理论、材料特性结构分析等，使得土木工程在强大的理论基础之上快速、全面地提升和进步。
2. 建筑设计的发展
随着土木工程的不断发展和进步，使用概率统计来设计和分析各种数据，如: 荷载值、材料强度值。通过对风力、阳光、地震等不同自然情况的综合分析，结合工程的选址、结构体系等实际情况，进一步研究出可靠度极限状态的设计，得到工程的应力情况和力学性能等，以确保其满足现代土木工程的需要。随着土木工程理论的不断深入和技术的逐步发展，土木工程的设计和规划已经改变了以往凭借经验设计工程方案的惯例，特别是大规模的土木工程，运用了系统工程的理论和方法，趋利避害地全面考虑土木工程的安全、环境、经济等所有因素。
3.土木工程施工的发展
1) 建筑材料的发展。
复合材料高强钢材等全新建筑材料在土木工程中得到了不断发展和应用。如: 碳纤维、铝合金、镁合金、镀膜玻璃、双层中空玻璃、玻璃纤维增强塑料( 玻璃钢) 、各种节能混凝土等新型工程材料已在工业和民用建筑中得到广泛使用，它们在强度和耐久性上表现出优越性，为高层、大跨和结构复杂的大型土木工程建设提供了重要物质基础。但是，这些材料也有其缺陷，如: 有些弹性模量偏低，有些成本太高，应用范围比较窄，所以还需要进一步研究。
2) 土木工程实施工艺的发展。
工程实施的设备、工具不断地向自动化、机械化、科学化发展，如: 同步液压千斤顶、直升机安装技术、滑模等先进技术的出现，使得大规模的、高层的、复杂的土木工程不断发展并得以实现。预应力技术是施工工艺中最为突出的技术之一，可以应用在大跨度、大开间等多层和高层建筑，还可应用于核电站、预应力储仓、桥梁结构、公路工程等等。
二、 土木工程发展趋势
1.精密化的理论研究
未来土木工程的理论发展趋势集中在力学，利用物理、化学、计算机技术对土木工程的不断应用，重点为解决数学分析与处理。现阶段，有些领域还不够完善，比如: 对于结构复杂的、流体介质等受力分析，需要进一步精密研究。对于土木工程中复杂的数值问题，还需要专门化的数学来解决。土木工程的信息化，可以模拟更复杂的施工情况。
2.土木工程材料的发展
土木工程的施工材料不仅要求质量高、安全性高、使用寿命长，而且随着生态型建筑理念的发展，对建筑材料造成污染、资源浪费等问题上要求更高，需要发展新型的、高新技术、生态建筑材料，以适应人和自然环境的协调发展。
1) 生态建材的发展。
为了实现绿色建筑，在保证工程质量的前提下，选用生态建材是最首要和有效的途径。比如选用环保材料、净化材料、可再生材料、循环使用材料等等成为未来发展的趋势。生态建材的发明和使用，大大提高了人们居住品质，减少对环境的破坏，有效降低建筑垃圾的产生，避免建筑材料的浪费，实现用最少的资源实现最高的品质要求。新型生态材料的使用，在节水节电上进一步优化，节省资源，实现人与自然的可持续发展。
2) 抗震强度高的钢材。
随着高层建筑、大跨度结构建筑的不断增多，对抗震材料的要求也越来越高。因此，要求建筑结构使用的钢材逐渐向高强度化、极厚化、低屈服比、低屈服点等方向发展。日本的建筑抗震效果较好，值得借鉴。他们研究的具有高抗震设计的低屈服比和低屈服点的钢板，它们是采用调整化学成分和改建热处理工艺等方法制成。生产出来的低屈服点钢材可辅助结构和减震控震装置。当地震发生时，首先达到屈服点开始变形，吸收了地震能，从而防止主体结构的破坏。高强度的抗震材料的使用，不仅可以减少钢材的使用量，还为抗震提供了安全保障，是未来钢材发展的趋势。
3) 智能化的混凝土。
目前使用的高性能的混凝土，具有体积稳定性好、强度高、工作性强、耐久性好等等优点。这些混凝土，具有高抗渗性、抗腐蚀性、抗冻性等优势，所以它们能够在恶劣的环境下较长时间的使用。最新设计的混凝土甚至可以使用100 年或者200 年以上。随着科学的不断进步和发展，智能化的混凝土将成为未来发展的趋势。智能化混凝土工程材料是指混凝土工程材料能够接受某些环境信息，自觉地进行逻辑判断，同时做出能够相适应的混凝土相关材料。这种智能性的混凝土材料，可以根据工程的需要，维持和调整混凝土的性质，比如: 流动性、保水性、粘聚性等，这样可以防止建筑受到侵害，或者对破坏进行修补，或者当有危险时也可以警报。这种智能化的混凝土是未来建筑材料发展的关键技术，但目前还比较昂贵，研究的人也不多。相信随着信息科学、生命科学的不断进步，智能化材料也将逐渐进入到土木工程的市场。
3.土木工程信息化的发展
近年来，信息化已经普及，并且逐渐带动工业的信息化，必然也会对土木工程造成较大影响。土木工程的信息化包括智能信息处理技术、计算机技术、自动化控制技术、网络技术等等，这些信息化技术不断渗透到土木工程中，并且涵盖了土木工程的全过程，不仅限于设计和施工，还有工程的物业管理、物流管理、设备维护和建筑全方位的实时监控等等各个方面。也可以利用计算机模拟管道空间布线，也可以利用信息化技术实现大型设备的整体吊装、大型桥梁悬索受力的控制、高温高压的焊接控制、建筑物的爆破等等。
4.防震与减灾
随着当前超大跨桥梁、高层建筑和大跨结构建筑物的兴起，结构设计呈现更高、更长的发展趋势。在很多的情况下，地震荷载已经成为结构设计的控制因素。所以大型复杂的结构系的抗震设计及其相对应的问题也得到了进一步的关注。相关的研究包括地震动的作用机理，建筑结构的抗震机理等。
三、 结语
我国正处于土木工程大力兴建时期，而随后的30 年后，将进入建筑物的维护时期，这就需要我们将土木工程信息化做大做强，才能为今后的建筑物的维护、监控等耗费较大的工作做足准备，土木工程的全程信息化具有重要意义。相信土木工程在科学进步和人类智慧的共同发展下将会不断地前进，并将实现一个又一个飞跃，未来的土木工程将更好地为人类服务，再创高峰。
参考文献:
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［2］ 武月刚． 浅谈土木工程建设发展前景的几点思考［J］． 科技致富向导，2012( 3) : 156．
［3］ 任秋荣，叶龙，李向召． 土木工程发展现状及趋势［J］． 制造业自动化，2011，33( 5) : 151-152．
