大數(shù)據(jù)技術(shù)及其在土木工程中的應(yīng)用

郭云樟 江西省萬(wàn)安縣建筑設(shè)計(jì)院

1 前言

目前我國(guó)的社會(huì)在每一個(gè)方面都持續(xù)穩(wěn)步的進(jìn)步形式下，社會(huì)對(duì)土木工程的需求正在增加，對(duì)每一個(gè)方面的需求也不斷提升，這使得土木工程科學(xué)合理施行以及為了實(shí)現(xiàn)建設(shè)從而得到了促進(jìn)的積極作用。因此發(fā)展也是非常必要的，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以有效的保證目前社會(huì)上的需求。 因此，加深對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的理解，提高土木工程建設(shè)水平和土木工程水平，非常有必要，值得同行參考學(xué)習(xí)。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

什么叫大數(shù)據(jù)？大數(shù)據(jù)又可以稱(chēng)為巨量資料，意義是只能通過(guò)使用新的模型從而去處理所需要的信息的產(chǎn)品，并且目前正在相對(duì)較快地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。在大數(shù)據(jù)的背景下，其特征主要是大容量，多功能性，高速和高價(jià)值。這里面，大容量通常是說(shuō)記錄大數(shù)據(jù)的的TB或PB級(jí)，而常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法不能滿(mǎn)足實(shí)際需求。當(dāng)前情況下有三種主要類(lèi)型的大數(shù)據(jù)：它們是結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。高速是指需要保證大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)，高速處理。價(jià)值是指對(duì)大數(shù)據(jù)的完全挖掘。更好地了解大數(shù)據(jù)的隱藏價(jià)值。大數(shù)據(jù)技術(shù)與其研究和處理有關(guān)。簡(jiǎn)而言之，大數(shù)據(jù)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中包含的大量信息的分辨和處理。基于此，可以檢索并實(shí)際應(yīng)用更多有價(jià)值的信息。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析主要是選擇和分析隨機(jī)抽樣方法，并且大多數(shù)統(tǒng)計(jì)都是通過(guò)人為手段進(jìn)行的。這種統(tǒng)計(jì)分析方法可以使數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)收集中變得單一，在實(shí)際的大數(shù)據(jù)處理當(dāng)中通常使用更多的人力和物力。與以往的數(shù)據(jù)分辨和使用的處理方法來(lái)說(shuō)，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可以使數(shù)據(jù)處理更加迅速，更準(zhǔn)確，從而有效地提高數(shù)據(jù)處理效率，可以有效地達(dá)到您的所需要的要求。

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

在土木工程的實(shí)際建筑過(guò)程當(dāng)中，建筑物能耗的產(chǎn)生與許多因素密切相關(guān)，其中更多的包含是空間以及使用面積和照明方面上的多種情況。當(dāng)前，相關(guān)研究人員正在使用數(shù)據(jù)挖掘框架來(lái)分析詳細(xì)的辦公區(qū)域占用數(shù)據(jù)。基于此，可以使用各種更為先進(jìn)的方式來(lái)研究與建筑物所占據(jù)的相關(guān)問(wèn)題。獲得的結(jié)果可以提出各種節(jié)能方案，并給到建筑物能耗的分辨順便給到更多有意義的想法。此外，對(duì)于消耗模式來(lái)說(shuō)，可用于研究討論建筑的能耗問(wèn)題。電力數(shù)據(jù)是建筑能耗分析中最重要的類(lèi)型和大數(shù)據(jù)之一，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的方法無(wú)法成功。只有利用建筑物的使用空間的各種電氣儀器來(lái)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，可以收集大量電氣數(shù)據(jù)。基于此方面，我們使用相關(guān)的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)（例如特征提取，聚類(lèi)和相關(guān)分析）對(duì)不同應(yīng)用和類(lèi)型的不同用電設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以創(chuàng)建通用的用電模式。使用此模型可以預(yù)測(cè)未來(lái)建筑物的實(shí)際功耗，從而更好地了解能耗并更好地執(zhí)行工程施工。

3.1 軟件的更新升級(jí)

軟件通過(guò)研究用戶(hù)的使用習(xí)慣和一些問(wèn)題的反饋來(lái)改進(jìn)和更新。例如，巖土工程設(shè)計(jì)人員需要檢查斜坡的穩(wěn)定性。當(dāng)利用軟件分析和處理梯度的時(shí)候，他們更傾向于利用更簡(jiǎn)潔明了的2D模型，并且更喜歡使用Spencer計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行分析研究。PKPM用戶(hù)建議使用此軟件來(lái)配置連接梁，并配置交叉的傾斜桿和對(duì)角線(xiàn)隱藏的連接梁，以解決連接梁超出限制的問(wèn)題。各個(gè)企業(yè)迅速獲取到了用戶(hù)所反饋的問(wèn)題。根據(jù)版本的升級(jí)從而解決用戶(hù)所遇到的相關(guān)問(wèn)題并改善軟件的使用。除了對(duì)用戶(hù)的使用感受手機(jī)之外，企業(yè)還需要收集其他相關(guān)數(shù)據(jù)。例如，此軟件導(dǎo)入了多個(gè)地震波數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)工程師將其用于結(jié)構(gòu)地震研究，以進(jìn)行地震彈塑性分析。這些數(shù)據(jù)可以為施工工程中的地震設(shè)計(jì)給到了有效地設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并發(fā)揮除了非常重要的作用。沒(méi)有這種地震數(shù)據(jù)，用戶(hù)單方面進(jìn)行人工地震擬合將非常耗時(shí)費(fèi)力，并且實(shí)施起來(lái)并不容易。

3.2 企業(yè)數(shù)據(jù)收集

土木工程行業(yè)中的所有公司都可以將其作為單個(gè)單元進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集。通過(guò)集成每個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)收集，公司可以建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)。構(gòu)建新項(xiàng)目時(shí)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)從而獲得有用的的信息。比如說(shuō)，如果公司在特定區(qū)域執(zhí)行類(lèi)似的建設(shè)項(xiàng)目，則它將檢索該區(qū)域的數(shù)據(jù)，例如地質(zhì)，地形和站點(diǎn)信息。當(dāng)在此區(qū)域中構(gòu)建新項(xiàng)目時(shí)，那數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的使用歷史可以給到非常有用的參考信息。例如，選擇一種在每個(gè)區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)中反映土壤質(zhì)量的基本系數(shù)M 值的方法。法規(guī)要求，在信息豐富的地方，可以直接選擇經(jīng)驗(yàn)值。然而沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，智能使用標(biāo)準(zhǔn)中所給到的公式從而去計(jì)算M 值。一種更準(zhǔn)確的方法是使用靜態(tài)圓錐體滲透測(cè)試來(lái)測(cè)試和分析該區(qū)域的土壤質(zhì)量并獲得相關(guān)的M 值。但是，工程技術(shù)人員可能無(wú)法在勘探數(shù)據(jù)中對(duì)此值進(jìn)行測(cè)試，或者可能在同一區(qū)域的不同地塊上重復(fù)進(jìn)行相同的測(cè)試。您可能沒(méi)有數(shù)據(jù)，或者浪費(fèi)了資源成本。如果關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)是在本地建立的，則設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)候，從而對(duì)公司成本得到節(jié)約。

3.3 檢測(cè)建筑破壞結(jié)果

震后地區(qū)通常有無(wú)人機(jī)的身影。專(zhuān)家使用無(wú)人機(jī)圖像檢測(cè)建筑物損壞情況時(shí)候。無(wú)人機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)獲取數(shù)千張圖像，從而高效，快速的圖像處理對(duì)建筑物受損后的救援和評(píng)估工作具有重大影響。一些專(zhuān)家建議，通常使用大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)分析無(wú)人機(jī)所拍攝的照片，并盡快獲得建筑物損壞檢測(cè)的結(jié)果。該處理鏈接實(shí)際上使用地震前的數(shù)據(jù)信息來(lái)模擬坐標(biāo)，高度和區(qū)域范圍內(nèi)的地震前建筑模型，并使用地震后無(wú)人機(jī)拍攝的圖像，并提取連續(xù)的測(cè)量值，設(shè)定點(diǎn)，修改攝像機(jī)定義，執(zhí)行密集的匹配和還原任務(wù)以及模擬地震后的建筑模型。然后比較地震前和地震后的建筑模型數(shù)據(jù)以找出差異。這樣，可以得到三維立體的建筑所破壞的情況，這在災(zāi)后重建的情況上有一定程度的幫助，從而有效重建。另一方面，檢測(cè)建筑物損壞的大數(shù)據(jù)技術(shù)比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理和分析速度快10倍以上，并且高效，快速可以對(duì)由這些建筑物破壞結(jié)果形成的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類(lèi)和匯總，可以分析相關(guān)的破壞形態(tài)，可以對(duì)各種形態(tài)，位置和高度的建筑物破壞進(jìn)行分類(lèi)和存儲(chǔ)，以用于類(lèi)似新項(xiàng)目的抗震性。也具有很高的參考價(jià)值。

3.4 工程造價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)

工程成本行業(yè)擁有大量數(shù)據(jù)信息資源，可以使用于數(shù)據(jù)的收集，分辨以及統(tǒng)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，因此可以更好的利用這些有效地資源，并可以在行業(yè)內(nèi)共享信息，還可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)意義上的成本分辨通常使用工程量清單進(jìn)行工程核算，但是工程量清單會(huì)發(fā)布并提供給用戶(hù)。但是，由于項(xiàng)目成本的性質(zhì)，同一材料的單價(jià)會(huì)因地區(qū)而異，并會(huì)隨市場(chǎng)變化而波動(dòng)。因此，成本的如何有效的利用，相關(guān)的數(shù)據(jù)分析至關(guān)重要。便捷的分析是非常必要的，可以對(duì)成本大數(shù)據(jù)不光光可以由成本設(shè)計(jì)人員使用，而且可以由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師使用。例如，二次鋼筋從北京和天津市場(chǎng)撤出。當(dāng)然可以更加及時(shí)的更新大型數(shù)據(jù)庫(kù)，那么設(shè)計(jì)人員人員可以使用更新后的數(shù)據(jù)庫(kù)更加詳細(xì)準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，而不會(huì)選擇使用輔助鋼筋。同時(shí)，成本數(shù)據(jù)庫(kù)可以反映不同地區(qū)相似材料的價(jià)格差異以及所用材料的地區(qū)偏好。比如說(shuō)，某些地區(qū)有許多加氣混凝土制造商，其成本低于互鎖混凝土塊的成本。因此，本地的企業(yè)更喜歡使用加氣混凝土塊。如果成本數(shù)據(jù)庫(kù)可以反映出這種差異并確定本地建設(shè)項(xiàng)目的偏好，則可以節(jié)省資金并避免由于溝通不當(dāng)而進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

3.5 減少能源的消耗

在施工過(guò)程中，使用照明，起重設(shè)備等將增加能源消耗以及電力，水等的消耗。人工方式來(lái)說(shuō)，這是一種手動(dòng)方法，很難執(zhí)行并且統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。它的工程量很大，可以通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，計(jì)算和處理來(lái)減少能耗。通過(guò)傳感器將各種電氣設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)，大數(shù)據(jù)可以計(jì)算其能耗。通過(guò)這種方式，我們知道了能量消耗點(diǎn)在哪里，并進(jìn)行節(jié)約。

3.6 減少人力消耗

數(shù)字計(jì)算任務(wù)本身已傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)上的大數(shù)據(jù)可以獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)十或數(shù)百個(gè)工作，因此它們可以顯著減少勞動(dòng)力消耗，減少對(duì)人才的需求，減少其財(cái)務(wù)支出，并且相較于人工計(jì)算更加敏感。相比與人工，計(jì)算機(jī)不會(huì)引起錯(cuò)誤，因此錯(cuò)誤和錯(cuò)誤更少。

4 大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用前景

如今，大數(shù)據(jù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土木工程當(dāng)中，相關(guān)研究也逐漸增加，但其整體應(yīng)用和發(fā)展卻落后于基礎(chǔ)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。中國(guó)土木工程中的傳感器應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其數(shù)據(jù)采集也越來(lái)越頻繁。它可以為土木工程建設(shè)，維護(hù)和管理中的土木工程創(chuàng)新提供更科學(xué)合理的基礎(chǔ)。另外，在土木工程實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中增加控制方面可以提供有效的技術(shù)支持。未來(lái)建筑業(yè)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大數(shù)據(jù)技術(shù)將不可避免地在建筑物，道路，橋梁等各種土木工程中得到廣泛使用，并將成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要技術(shù)。

眾所周知，隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，建筑工地迎來(lái)了“智慧工地”，以中建八局為典型的20項(xiàng)“智慧工地”實(shí)施內(nèi)容，涵蓋了人、機(jī)、材、安全、質(zhì)量等環(huán)節(jié)，大數(shù)據(jù)深度共享，BIM應(yīng)用推動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目聯(lián)動(dòng)性管理，逐步建立及推廣智慧工地管理系統(tǒng)，用BIM 手段推動(dòng)“智慧工地”更“智慧”。要想真正做到“智慧”，大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等信息化手段必不可少。工程質(zhì)量管理APP 已經(jīng)成為“智慧工地”的標(biāo)配了，項(xiàng)目管理人員可以通過(guò)手機(jī)，對(duì)質(zhì)量、安全、進(jìn)度、變更、物料、成本進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，最關(guān)鍵的是管理記錄直接進(jìn)行云端存儲(chǔ)，管理痕跡實(shí)時(shí)可見(jiàn)的同時(shí)永久保存，這種數(shù)據(jù)也許在未來(lái)會(huì)變得至關(guān)重要；這是這個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，值得深度借鑒。

5 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前土木工程建設(shè)和實(shí)際發(fā)展過(guò)程中，現(xiàn)代技術(shù)方法已成為社會(huì)的必然趨勢(shì)和必然需求，大數(shù)據(jù)技術(shù)是各種技術(shù)中更為中心和有利部分。作為土木工程專(zhuān)家或研究人員，加深對(duì)土木工程的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)的了解，充分了解大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用，掌握其應(yīng)用前景，使其更適合大數(shù)據(jù)技術(shù)，為土木工程的發(fā)展給到更加良好的奠定。