建筑与工程 ｌ■ Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 关于土木工程的研究及未来发展趋势的探讨 韩彦国 （河北剑桥冶金建设有限公司） ［摘要］土木工程可以说是一种文明，随着社会的产生而产生，当今的土木工程已经得到了一定的发展，土木工程是不可缺少的存在形式，未来的生活中更 会得到大力的发展，以满足人们更多的需求。纵观人类文明史，土木工程建设在和自然斗争中不断地前进和发展。在我国的现代化建设中，土木工程业越来越成为 国民经济发展的支柱产业。同时，随着社会和科技的发展，建筑物的规模、功能 造型和相应的建筑技术越来越大型化、复杂化和多样化，所采用的新材料、新设备、 新的结构技术和施工技术日新月异，节能技术、信息控制技术、生态技术等日益与建筑相结合，建筑业和建筑物本身正在成为许多新技术的复合载体。现代土木工 程不断地为人类社会创造崭新的物质环境，成为人类社会现代文明的重要组成部分。本文论述了土木工程的涵义 现状及未来的发展趋势。 ［关键词］土木工程涵义中图分类号：Ｔｕ一１ 特点未来发展方向 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１４）０４—０１３０－０１ 一．土木工程的涵义 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 土木工程是指建造各类工程设施的科学、技术和工程的总称。土木工程 的含义可从两方面去理解。一层含义是指与人类生活、生产活动有关的各类工 程设施，如建筑工程、公路与城市道路工程、局坝水电和水利工程、铁路工程、桥 梁工程、隧道工程、地下空间开发利用工程等。另—层含义是指为了建造工程设 施应用材料、工程设备在土地上所进行的勘察、设计、施工等工程技术活动。经 过多年的发展，目前土木工程的实践和研究己取得显著成就，无论是结构的力 学分析，还是结构设计的理论和方法以及结构的施工手段，都有了非常大的突 破；特别是近若干年，在高层、大跨结构和钢结构方面成绩尤其惊人 但展望未 来，土木工程领域中仍然有许多课题需要我们进一步探讨。 ＝．现代土木工程的特点 （一）建筑材料方面 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。可见，在结 构智能化演化过程中，按其智能化程度的不同可划分为如下三个层次：第一层 次：自感知土木结构（Ｓｅｌｆ－ｓｅｎｓｏｌｙＣｉｖｉｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ），它是智能结构的最低级形 式；第二层次：自诊断智能土木结构（Ｉ ｎ ｔ ｅ １ １ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｅ ｌ ｆ— ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃＣｉｖｉｌＳｔｍｃｔｕｒｅ），具有对前一层次结果的智能化加工处理，包括结构 内部力学物理场的自我计算，对结构特定目标参数的自我诊断，以及以做出结 构自身行为的应对策略为目标的自我推理等功能。第三层次：智能控制土木结 构（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＣｉｖｆｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ），它是智能土木结构的最高形式。 （三）发展高新技术，应用结构健康监测，实现可持续发展？ 土木工程在实际使用过程中，会出现不同程度的损伤或性能退化，这将影 响起承载能力和耐久性，甚至引发严重的工程事故，带来重大的人员伤亡和经 济损失，产生严重的社会影响。因此，从建筑建成的一刻起，就要做好健康监测、 修复和加固的准备。 随着现代传感技术、计算机与通讯技术、信号分析与处理技术及结构动力 分析理论的迅速发展，人们提出了结构健康监测的概念，给土木工程的发展带 来性的变化。 高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑 料 璃钢）已开始应用。但是这些材料有些弹性模量偏低，有些价格过高，应用 范围受到，因而尚待作新的探索。另外，对提高钢材和混凝土的强度和耐久 性，虽已取得显著成果，仍继续进展。 （二）工程地质和地基方面 建设地区的工程地质和地基的构造及其在天然状态下的应力情况和力学 性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体 系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技 术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的。为适 应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。 （三）工程规划方面 结构健康监测系统通过在结构上安装各种传感器，自动、实时地测量结构 的环境、荷载、响应等，对结构的健康状况进行评估，科学有效地提供结构养护 管理的决策依据，确保结构安全运营，延长结构使用寿命。 近年来，大型土木工程特别是大跨度桥梁结构的健康监测技术成为国内外 以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工 工程界和学术界关注的热点，通过科研和工程技术人员的努力取得了卓有成效 的研究成果。国内外近年新建的许多大型桥梁都安装了结构健康监测系统，如 我国的上海徐浦大桥、江阴长江公路大桥、东海大桥、地区的青马大桥，韩 国Ｓｅｏｈａｅ桥和ＹｏｕｎＮｏｎｇ￣、美国Ｃｏｍｍｏｄｏｒｅ Ｂａｒｒｙ￣和加拿大Ｃｏｎｆｅｄｒａｔｉｏｎ 桥等。 程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以 提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝，会引起自然环境的改变，影响 生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋 利避害要作全面的考虑。 三．土木工程的发展趋势 （一）高性能材料的发展 像这样，通过发展结构健康监测与安全预警，在第一时间发现建筑可能出 现的问题，及时进行修复与加固，既避免了可能出现的建筑事故，也基本解决了 建筑过快老化损坏，不得不拆去重修的尴尬局面，及由此造成的大量经济、资 钢材将朝着高强、具有良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。日本、美国、俄 罗斯等国家已经把屈服点为７００Ｎ／ｒａｍ２以上的钢材列人了规范，如何合理利 源、时间上的浪费，实现建筑使用的可持续发展 四，结语 此外，由于我国是一个发展中国家，经济还不发达，基础设施还远远不能满 足人民生活和国民经济可持续发展的要求，所以在基本建设方面还有许多工作 要做。并且在土木工程的各项专业活动中，都应考虑可持续发展。这些专业活动 包括：建筑物、公路、铁路、桥梁、机场等工程的建设，海洋、水、能源的利用以及 用高强度钢也是一个重要的研究课题。高性能混凝土及其它复合材料也将向着 轻质、高强、良好的韧性和工作性方面发展。 （二）智能土木结构理论的体系构成 传统的土木结构是一种被动结构，一经设计、制造完成后，其陛能及使用状 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 废弃物的处理等。 参考文献 ［１］段树金．土木工程概论［Ｍ】．北京：中国铁道出版社，２００５． 【２］刘西拉等．关于我国工程建设技术发展的战略思考【Ｊ］．土木工程学 报版，２００５．１２，３８（１２）． １３０ ｌ科技博览
