淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)在土木工程中運(yùn)用

1、    淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)在土木工程中運(yùn)用    黃未來 張巍瀛摘要：在當(dāng)今的信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到各個(gè)領(lǐng)域。隨著土木工程規(guī)模和投資的日益增大，土木工程中迫切需要引入計(jì)算機(jī)技術(shù)。本文就計(jì)算機(jī)技術(shù)在土木工程的具體運(yùn)用和展現(xiàn)進(jìn)行了分析探討，具有一定的理論價(jià)值和意義，供參考。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)技術(shù)；土木工程；運(yùn)用中圖分類號(hào)：k826.16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)之中，建筑工程的規(guī)模和高度也日益擴(kuò)大。因此，土木工程中迫切需要計(jì)算機(jī)技術(shù)作為支撐，并取得了良好效果。1 計(jì)算機(jī)在土木工程中的具體運(yùn)用與展現(xiàn)1.1 計(jì)算機(jī)在土木設(shè)計(jì)里的運(yùn)

2、用計(jì)算機(jī)的普及，是人類智力解放道路上的重大里程碑，它極大地提高了人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件和運(yùn)用軟件也經(jīng)歷了由初級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程，有力地支持了計(jì)算機(jī)技能的發(fā)揮。土木工程的設(shè)計(jì)，特別是大型、復(fù)雜工程的設(shè)計(jì)，需要大量的計(jì)算，運(yùn)用計(jì)算機(jī)可以節(jié)省大量的人力和時(shí)間，提高效率，更重要的是提高了計(jì)算精度，做成了以往認(rèn)為不可能做的事情。具體運(yùn)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先是制圖，現(xiàn)在都是用計(jì)算機(jī)繪圖，通用軟件是 a u t o c a d ； 其次就是用計(jì)算機(jī)來做結(jié)構(gòu)的計(jì)算，通用軟件是：p k p m 。當(dāng)然還有其它的軟件，不過我目前用得最多的就是這兩個(gè)，這里主要講到的是 cad。c

3、a d 即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制圖，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助一項(xiàng)設(shè)計(jì)的建立、修改、分析或優(yōu)化的過程。通過多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐 c a d 技術(shù)以簡單、快捷、存儲(chǔ)方便等優(yōu)點(diǎn)已在工程設(shè)計(jì)中承擔(dān)著不可替代的重要作用。許多工程都運(yùn)用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和輔助繪圖，尤其建立了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)計(jì)與管理后，不僅能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，而且創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，c a d 技術(shù)的運(yùn)用使工程設(shè)計(jì)人員如虎添翼，在更加廣闊的天地里施展才華。c a d 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)：(1)勞動(dòng)強(qiáng)度降低，圖面清潔；(2)設(shè)計(jì)工作的高效及設(shè)計(jì)成果的重復(fù)利用；(3)精度提高；(4)資料保管方便；1.2 計(jì)算機(jī)在材料檢測中的運(yùn)

4、用在建筑材料質(zhì)量檢測中推廣運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將對(duì)提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，起到重要作用。當(dāng)前，建筑材料質(zhì)量檢測中的計(jì)算機(jī)運(yùn)用已經(jīng)有了比較大的發(fā)展，出現(xiàn)了一批用于試驗(yàn)管理和報(bào)表打印的計(jì)算機(jī)軟件。1.3 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)許多工程結(jié)構(gòu)是毀于臺(tái)風(fēng)、地震、火災(zāi)、洪水等災(zāi)害作用。在這種小概率、大荷載作用下的工程結(jié)構(gòu)性能很難一一去做實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，一是參數(shù)變化條不可能全模擬，二是實(shí)體試驗(yàn)成本過高，三是破壞實(shí)驗(yàn)有危險(xiǎn)性，設(shè)備難以跟上。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)上模擬原型大小的土木工程構(gòu)筑物在災(zāi)害荷載作用下變形到倒塌的全過程，從而揭示結(jié)構(gòu)不安全的環(huán)節(jié)和因素。用此指導(dǎo)設(shè)計(jì)可大大提高土木工程的可靠性。1.3.1

5、 計(jì)算機(jī)模擬仿真在土木工程教學(xué)中的運(yùn)用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗(yàn)是土建類專業(yè)學(xué)生在學(xué)期間必修的課程。但是利用計(jì)算機(jī)模擬仿真同樣可以獲得試驗(yàn)的效果。如果能夠采用計(jì)算機(jī)模擬的方法，利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)模擬的試驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生向計(jì)算機(jī)輸入構(gòu)件數(shù)據(jù)后。就可以在屏幕上觀察到構(gòu)件破壞的全過程及其內(nèi)外部的各種變化。而且，這比單純讓學(xué)生看教學(xué)試驗(yàn)更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生更有動(dòng)手參與的機(jī)會(huì)，能在計(jì)算機(jī)上操作、“破壞”和“修復(fù)”。1.3.2 計(jì)算機(jī)模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中的運(yùn)用工程結(jié)構(gòu)在各種外加荷載作用下的反應(yīng)，特別是破壞過程和極限承載力，是工程師們關(guān)心的課題，當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊、荷載及材料特性十分復(fù)雜時(shí)，人們常常借助于結(jié)構(gòu)的

6、模型試驗(yàn)來測得其受力性能。但是當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，這種試驗(yàn)有時(shí)就受到場地和設(shè)備的限制。利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上做模擬試驗(yàn)就方便多了。結(jié)構(gòu)工程的計(jì)算機(jī)還用于事故的反演，尋找事故的原因，如核電站、海洋平臺(tái)、高壩等大型結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生事故，損失巨大，又不可能做真實(shí)試驗(yàn)來重演事故。計(jì)算機(jī)仿真則可用于反演，從而確切地分析事故原因。同時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真對(duì)結(jié)構(gòu)工程有極大的實(shí)用價(jià)值。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)試驗(yàn)的費(fèi)用較高，而且一般屬于破壞性試驗(yàn)，一個(gè)試件不能多次重復(fù)作同樣的試驗(yàn)，而且模型的尺寸較大，即便是做縮尺模型試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求也相當(dāng)高，且結(jié)構(gòu)工程材料的縮尺模型試驗(yàn)與足尺試驗(yàn)的物理、力學(xué)和其它對(duì)應(yīng)關(guān)系是一個(gè)復(fù)雜的問

7、題，有許多方面尚待更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；另外，由于不確定因素很多，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的結(jié)果一般離散性很大，動(dòng)力試驗(yàn)更是如此。如果研究某些參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響時(shí)，往往需要做多個(gè)類似的構(gòu)件，試驗(yàn)費(fèi)用較高。有些結(jié)構(gòu)試驗(yàn)如核反應(yīng)堆安全殼的事故反演分析，顯然不可能做真實(shí)的試驗(yàn)，只有采用計(jì)算機(jī)仿真分析才能進(jìn)行。隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程趨向超大型、超高型發(fā)展和結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的通過大量實(shí)物模型尋求規(guī)律的研究方法已不再適用，發(fā)展結(jié)構(gòu)工程的計(jì)算機(jī)仿真勢(shì)在必行。1.3.3 計(jì)算機(jī)模擬仿真在巖土工程中的運(yùn)用巖石處于地下，往往難于觀察，而幾筍雞仿真則可以把內(nèi)部過程展示出來，有很大的實(shí)用價(jià)值。例如，美國斯坦福大學(xué)研制了一個(gè)河口三角洲泥沙沉

8、積的模擬軟件，給頂河口條件后，可以顯出不同粒徑泥沙的沉積區(qū)域及相應(yīng)的厚度，這對(duì)港口設(shè)計(jì)及河道疏通均有指導(dǎo)意義。2 信息化施工所謂信息化施工，就是指在施工過程中所涉及的各部分各階段廣泛運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，對(duì)工期、人力、材料、機(jī)械、資金、進(jìn)度等信息進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、處理和交流，并加以科學(xué)地綜合利用，為施工管理及時(shí)、準(zhǔn)確地提供決策依據(jù)。例如，在隧道及地下工程中將巖土樣品性質(zhì)的信息，掘進(jìn)面的位移信息收集集中，快速處理及時(shí)調(diào)整并指揮下一步掘進(jìn)及支護(hù)，可以大大提高工作效率并可避免不安全的事故。信息化施工還可通過網(wǎng)絡(luò)與地區(qū)或國家的工程數(shù)據(jù)庫聯(lián)系，在遇到新的疑難問題時(shí)可及時(shí)查詢解決。信息化施工可大幅度提高施工效

9、率和保證工程質(zhì)量，減少或杜絕工程事故，有效控制成本，實(shí)現(xiàn)施工管理現(xiàn)代化。3 智能化建筑智能化建筑是為了適應(yīng)現(xiàn)在信息社會(huì)對(duì)建筑物的功能、環(huán)境和高效率管理的要求，特別是對(duì)建筑物應(yīng)具備信息通信、辦公自動(dòng)化、建筑設(shè)備自動(dòng)控制和管理等一系列功能的要求而在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。3.1 智能化建筑的定義目前智能化建筑還沒有確切的定義，但有兩個(gè)方面的要求應(yīng)予滿足。1 ) 房屋設(shè)備用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)測與控制，并可通過自動(dòng)優(yōu)化或人工干預(yù)來保證設(shè)備運(yùn)行的安全、可靠高效。例如有客來訪，可遠(yuǎn)距離看到形象并對(duì)話，又如供暖制冷系統(tǒng)，可根據(jù)主人需要調(diào)至一標(biāo)準(zhǔn)溫度，室溫高了送冷風(fēng)，室溫低了送暖氣。2 ) 安裝了對(duì)居住者的自

10、動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)。如早晨準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)叫醒主人，并可根據(jù)需要放送新聞或提醒主人今天的主要日程，同時(shí)早餐在自動(dòng)加工，當(dāng)你洗漱完畢后即可用膳。3 ) 智能建筑的設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)。設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是采用計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，自動(dòng)控制技末和通信技術(shù)組成的高度自動(dòng)化的綜合管理系統(tǒng)，保證建筑物內(nèi)舒適、安全的辦公環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能要求。設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)從功能上可以分為： 物業(yè)管理，提供運(yùn)行管理和樓宇經(jīng)營管理，包括大樓內(nèi)各種空間服務(wù)設(shè)施的預(yù)約、使用分配、調(diào)度及費(fèi)用管理； 節(jié)能控制，包括空調(diào)供配電、照明、冷排水等系統(tǒng)的控制管理； 安全防范，包括消防報(bào)警系統(tǒng)、防盜保安系統(tǒng)、出入管理系統(tǒng)等。結(jié)論與展望計(jì)算機(jī)技術(shù)的大力發(fā)展必然會(huì)加速建筑業(yè)的大力發(fā)展，我們的計(jì)算機(jī)人才可以編制出適合專門建筑結(jié)構(gòu)的軟件，比如2 0 0 8 年奧運(yùn)會(huì)的鳥巢體育館，縱觀世界也沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)、模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)類型，但是我們的設(shè)計(jì)師完成了設(shè)計(jì)，并且已經(jīng)建造成功，準(zhǔn)備 2 0 0 8 年投入使用。計(jì)算機(jī)技術(shù)為土木工程的發(fā)展提供了