優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

錢銳

天津天營(yíng)建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 天津 300240

在土木工程項(xiàng)目中，結(jié)構(gòu)種類繁多，結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性是其中最重要的因素。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化技術(shù)有助于整合工程各單位，協(xié)調(diào)施工，保證土木工程施工質(zhì)量和安全，實(shí)現(xiàn)建筑的美觀。然而，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響因素是多方面的，一些設(shè)計(jì)人員對(duì)施工技術(shù)認(rèn)識(shí)不足，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，制約了土木工程結(jié)構(gòu)的更高發(fā)展，將極大地影響土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。因此，推動(dòng)優(yōu)化技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對(duì)于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，促進(jìn)建筑業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方式

1.1 數(shù)學(xué)規(guī)劃法

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)力學(xué)的設(shè)計(jì)水平是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。如果科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)不能得到較高程度的保證，就不能進(jìn)一步保證建筑物在使用過(guò)程中滿足承載能力和穩(wěn)定性的相關(guān)要求，進(jìn)而對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的質(zhì)量造成極其嚴(yán)重的負(fù)面影響。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)學(xué)規(guī)劃方法具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。這種方法是一種基于結(jié)構(gòu)力學(xué)原理的工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。同時(shí)，有必要應(yīng)用最優(yōu)化方法來(lái)尋找最優(yōu)解。在具體工作過(guò)程中，數(shù)學(xué)規(guī)劃方法主要用于處理非線性規(guī)劃問(wèn)題，在不斷研究、歸納、總結(jié)的過(guò)程中，算法逐漸具有了較強(qiáng)的適用性，但在具體應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)算法對(duì)其理論基礎(chǔ)有著嚴(yán)格的要求。通過(guò)科學(xué)的應(yīng)用，最優(yōu)解可以更加準(zhǔn)確。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)工作人員還需要嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體工作，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況科學(xué)選擇優(yōu)化方法，確保其針對(duì)性和有效性，更好地保證整個(gè)工程設(shè)計(jì)的科學(xué)合理[2]。

1.2 優(yōu)化準(zhǔn)則法

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，優(yōu)化準(zhǔn)則法需要以土木工程結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，優(yōu)先考慮一組優(yōu)化設(shè)計(jì)必須滿足的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，然后根據(jù)該準(zhǔn)則建立迭代公式求得最優(yōu)解。借鑒已掌握的工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行進(jìn)一步的理論分析研究而得到的，接近最優(yōu)解。應(yīng)用優(yōu)化準(zhǔn)則方法必須確保有豐富的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)工作中，首先要進(jìn)行科學(xué)的理論研究，在此基礎(chǔ)上保證更準(zhǔn)確的判斷，使設(shè)計(jì)結(jié)果趨于最優(yōu)狀態(tài)，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)。與其他設(shè)計(jì)方法相比，優(yōu)化準(zhǔn)則法具有簡(jiǎn)單、易于理解、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中使用的工作原理也簡(jiǎn)單明了，通常具有較高的計(jì)算效率。

2 優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義

優(yōu)化技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有利于工程資源的整合。依托優(yōu)化技術(shù)，有助于規(guī)范施工，改善現(xiàn)有施工技術(shù)和方法的不足，促進(jìn)土木工程結(jié)構(gòu)施工的合理性。然而，影響工程質(zhì)量的因素很多。在設(shè)計(jì)階段，需要綜合考慮影響質(zhì)量的因素。根據(jù)工程總體情況，綜合控制施工工藝、施工材料和機(jī)械設(shè)備等因素，結(jié)合環(huán)境因素、地質(zhì)條件和水文條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用有助于對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程的監(jiān)控，提高土木工程結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

此外，優(yōu)化技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以在不影響施工質(zhì)量的情況下，有效地降低施工成本。土木工程規(guī)模大，建設(shè)周期長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)高，必然投入大量的人力、物力和財(cái)力，任何環(huán)節(jié)問(wèn)題都可能造成資源損失，增加建設(shè)成本。通過(guò)應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，可以將施工成本控制在合理的范圍內(nèi)，降低成本投入，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。特別是在建筑業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，建筑類型逐漸多樣化，使得新時(shí)期土木工程建設(shè)條件更加復(fù)雜。

因此，優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用有助于深化土木工程各方面的整合，降低資源投入的強(qiáng)度，將施工成本控制在合理的范圍內(nèi)[3]。

3 在土建結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)當(dāng)中優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 大多數(shù)情況下所使用的優(yōu)化方法

目前，土木結(jié)構(gòu)工程的每一個(gè)細(xì)節(jié)都需要采用優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。主要措施有：①抗震節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)合理增加寬度，主要目的是為了在地震作用下提高地震活動(dòng)性，增加寬度以避免這種情況的發(fā)生。②在設(shè)計(jì)懸臂梁時(shí)，采用合理的截面設(shè)計(jì)方法，有效地提高了懸臂梁的承載力。③在連續(xù)梁優(yōu)化設(shè)計(jì)中，主要是保證單梁的設(shè)計(jì)，從而加強(qiáng)梁支座的加固，并制定合理的方案。在構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)中，必須確保承重梁下構(gòu)造柱的合格與否，以及構(gòu)造柱的強(qiáng)度和剛度是否具有較強(qiáng)的承載能力，才能保證土木工程的整體質(zhì)量[4]。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)用性和美觀性

在土木工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，既要考慮到人們?nèi)粘Ｉ罱ㄖ膶?shí)際表現(xiàn)，又要保持其美觀。主要目的是保證人們?cè)谌粘Ｉ钪猩畹氖孢m，以及對(duì)美的追求。運(yùn)用性能與美學(xué)相結(jié)合的兩種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以使人們的日常生活質(zhì)量得到顯著提高。如果建筑結(jié)構(gòu)工程與藝術(shù)相結(jié)合，將使建筑業(yè)得到進(jìn)一步的發(fā)展。

3.3 有效增強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念

一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)中有相應(yīng)的設(shè)計(jì)理念，建筑設(shè)計(jì)理念是為了保證人們?nèi)粘Ｉ畹姆€(wěn)定性和安全性。建筑工程與其他工程相比，其使用壽命更長(zhǎng)，因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)方案時(shí)需要考慮更多的因素。設(shè)計(jì)者必須有相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)思想，才能使建筑的使用能力和質(zhì)量得到明顯的提升。此外，對(duì)于施工過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，必須及時(shí)解決，否則會(huì)給人們的日常生活帶來(lái)不利影響。

4 土建工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

4.1 設(shè)計(jì)人員專業(yè)素養(yǎng)不足

影響優(yōu)化技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的主要因素之一是設(shè)計(jì)人員缺乏專業(yè)素質(zhì)，這在一定程度上影響著土木工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。在具體工程設(shè)計(jì)中，一些設(shè)計(jì)人員的思想陳舊，不能跟上時(shí)代的發(fā)展和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)缺乏對(duì)工程建設(shè)各個(gè)方面的全面考慮，導(dǎo)致局部設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)不夠細(xì)致，不僅影響土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且制約了優(yōu)化技術(shù)的原有效果[5]。

4.2 忽視建筑藝術(shù)美感

為了降低施工成本，提高施工效率，一些設(shè)計(jì)人員過(guò)于重視土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)用性和安全性。建筑物的外觀對(duì)人們的感受有重要的影響。當(dāng)代人民的生活水平得到了顯著提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也逐步提高。土木工程是為人們提供舒適的生活、休息和工作場(chǎng)所，因此，在保證工程質(zhì)量和安全的前提下，應(yīng)重視建筑藝術(shù)的美感，以滿足建筑舒適性的需要。

5 優(yōu)化技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的方法

5.1 強(qiáng)化對(duì)細(xì)節(jié)的優(yōu)化

設(shè)計(jì)人員不僅要對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且要注重優(yōu)化設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，使土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加細(xì)致。例如，在抗震性能設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能增加抗震縫寬，以避免地震時(shí)抗震縫兩側(cè)的碰撞，為了減小懸臂梁界面的應(yīng)力，必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.2 將造價(jià)管理與優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合

任何項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)都需要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行工程造價(jià)管理，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不例外。因此，在進(jìn)行實(shí)際工程建設(shè)之前，必須根據(jù)實(shí)際情況搞好成本管理，將優(yōu)化技術(shù)與成本管理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，注重投資控制，確保工程的順利運(yùn)行。同時(shí)，在進(jìn)行造價(jià)管理時(shí)，必須從工程設(shè)計(jì)的實(shí)際出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的有效控制，建立健全的管理體系，避免管理過(guò)程中出現(xiàn)的其他問(wèn)題，進(jìn)一步提高土木工程結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用優(yōu)化方案，轉(zhuǎn)變工作觀念，整合項(xiàng)目資源，綜合分析存在的問(wèn)題，各環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，同時(shí)提高施工質(zhì)量，降低施工成本，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)優(yōu)化建筑物的詳細(xì)設(shè)計(jì)，結(jié)合工程造價(jià)管理，改進(jìn)工程前期設(shè)計(jì)，提升建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量，確保優(yōu)化技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的科學(xué)應(yīng)用，更好地滿足現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展需要，從而為我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)水平的有效提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。