土木工程現狀與發展趨勢分析

薛中武

摘要：系統分析了當前土木工程在設計理論、技術和材料應用、結構形式等方面的研究與發展現狀，對土木工程的發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展趨勢，分析了土木工程信息化發展的各個方面。

關鍵詞：土木工程；信息化；虛擬技術；發展趨勢

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

1土木工程的發展現狀

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展進入了一個嶄新的階段，隨著新材料、新結構、新工藝、新施工方法的出現，特別是自動化程度的不斷提高，人類更有可能從事更大規模的土木工程修建，高層建筑不僅在數量上越來越多，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排列在世界前列，標志著我國在高層建筑方面的水平已經達到世界較前進水平。

另外，隨著超高層、超大跨橋梁和大跨結構等大型復雜結構的興建，結構設計顯現更長、更高、更柔的發展趨勢。許多情況下風荷載和地震荷載已成為結構設計的控制因素，因此大型復雜結構體系抗風抗震的設計理論及其相關問題正在被極大的關注。相關的研究課題將包括設計地震動及災害性風荷載的作用機理，特大跨度橋梁的結構體系及抗風抗震。同時，“以柔克剛”的抗震思想在結構振動控制技術中將進一步得到體現，現代振動問題正在向著自適應控制、智能控制、吸震減震技術研究方向發展，土木工程結構健康檢測、災害結構相應控制等基礎性的研究將會進一步加強。

地下工程的建設與開發也是土木工程當前關注的一個重點，隨著人口的增長。空間資源越來越緊張，開發地下空間是解決當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地下商業街，深度在100米左右，我國也已有約20個城市進行了地鐵系統的規劃和具體實施階段，先后提出了25項地鐵和輕軌項目，同時地下空間技術也得到了飛速的發展和提高。目前我國城市地下工程建設主要施工方法有明挖法、暗挖法、蓋挖法、盾構法、沉管法、凍結法及注漿法等，這些技術已經達到了國際先進水平，這也為地下空間開發提供了寶貴的經驗。

2土木工程的發展趨勢——信息化發展

加快信息化建設，用信息化帶動工業化，這是我們的國家提出的新時代的奮斗目標。信息化建設是利用計算機技術、網絡通信技術、智能信息處理技術、自動化控制技術等現代化手段對土木工程的施工過程和手段進行改造，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，使信息化覆蓋規劃、勘測、設計、施工、企業和物業管理、物流監控、設備維護、工程維護和保養等土木工程的全過程。在土木工程中的信息化技術的應用，使的傳統控制方式下一些較難實現的高難度項目成為可能，比如高層建筑垂直度的控制，大體積大質量的混凝土結構的質量控制，對于大型構件和設備的整體同步吊裝，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，幕墻的生產和加工控制，高溫高壓的焊接質量控制，建筑物的爆破，整體搬遷，以及沉降觀測和數據采集，大型工業設施的三維空間管線布局的計算機模擬等等。信息化技術將全面革新設計技術和施工技術，其應用領域將越來越廣，應用程度將越來越廣。

首先，“三S”系統，即遙感技術(RS)、全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)的集成綜合，構成整體，實時，動態的對地觀測，判別，分析應用，在土木工程界已發揮了巨大的作用，并具有廣闊的前景。近年來提出的“數字城市”的要領就是在“三S”系統的基礎上發展起來的。即綜合應用GIS、遙感、遙測、網絡、多媒體、及虛擬仿真對城市的基礎設施、功能機制進行自動采集，動態監測管理和輔助決策服務，顯然，“數字城市”是以數字化信息處理技術的網絡通信技術為背景的技術服務系統。這一系統的使用和全國推廣，必將把我國的城市規劃建設與運營提升到一個新的水平。

另外，隨著計算機技術的及網絡技術的發展，工程設計的傳統的單機順序方式逐漸過渡到基于網絡的并行設計和協同控制。對于一個大型的復雜工程項目，可能需要多個成員甚至多個設計部門的參與，也需要其他的在線咨詢與協同工作，或由分布在不同的地域的設計人員，設計分支機構，協作單位或部門使用不同的軟硬件平臺和不同的設計手段在同一規定的時間段完成。解決這一復雜設計系統的管理與協調需要開發和應用工程設計的并行協同技術。

智能建筑與結構檢測也是信息化背景下土木工程發展的一個傾向，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，只能建筑把現代最新技術——智能型計算機、多媒體、現代通訊、智能保安、環境監控等和建筑藝術融匯在一起，通過對設備的自動監控，對信息資源和對使用者的信息服務及其與建筑的優化組合。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。

電子數據與項目管理也是土木工程信息化發展的一個方向。工程施工是土木工程中計算機技術應用的一個重要領域，由于施工時一項復雜的系統工程，從投標報價、工程預算到合同簽定、合同管理、質量評定與分析、竣工驗收等都需要處理大量的信息、數據，整個施工企業管理和輔助施工項目管理，都將被納入計算機輔助施工技術系統之中。針對電子數據與數據管理系統的方便應用，目前國外以開發出系列化的雙向無線電通訊設備，用于工地的聯絡，以及利用GPS技術的人機通訊設備。信息技術的發展，已使得國際承包商可以克服地域的壁壘。

另外，隨著土木工程環境和工程的復雜性日益提高，虛擬現實技術也必將在土木工程中得到廣泛的應用，在傳統的土木工程中，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、知識結構和經驗等的限制，而且隨著新時代土木工程的復雜程度的不斷提高，使得使用這種方法交流起來比較困難。

虛擬現實技術為土木工程中的交流提供了一種新的前景和手段。虛擬現實技術是融合了計算機技術、多媒體技術、網絡技術和傳感器技術等的一種綜合高新科技手段。它把抽象的圖紙和符號等轉化成人的直觀的感受。它是一種新的人機交互技術，能為人提供一種身臨奇境的虛擬環境，讓人仿佛置身于現實世界中。因為這種技術的特征和優勢，在未來的土木工程中，它一方面會廣泛的應用于工程項目的招標投標，這是可視化技術的一個應用，借助虛擬仿真環境，可以將施工過程和方法很好的變現出來，另一方面，它在結構設計中的計算、施工過程的模擬等復雜計算過程中更有其獨特的優勢。通過計算機三維圖形技術實現可視化計算，可以將設計參數變化以后的結果直觀的顯示出來，在結構的優化設計等方面也會出現一個很大的飛躍。通過虛擬技術的應用，將設計時間和施工時間相對縮短，空間相對縮小，通過計算機計算和人機交互．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，對工程施工的質量把握的更為準確、科學。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、和太空領域的拓展，環境作用及其結構反應的研究已經成為國內外的研究熱點。但環境作用的模擬技術以及相應的實驗設備是目前土木工程耐久性研究的瓶頸。通過虛擬技術的實現來解決這些問題是未來最可能的發展方向之一。

3結語

建筑業是我國的支柱產業，土木工程的發展也是影響我國基本建設的行業，本文分析了信息化背景下土木工程的發展現狀和趨勢，從這些現象我們已經感受到高新技術對土木工程這一傳統專業的改造及影響。面對高新技術和信息化浪潮的沖擊，如何迎接挑戰，如何順應這一科技革命與創新的潮流，是我們從事土木工程專業的各界人士值得認真思考和必須回答的。