土木工程的技能匯總十篇

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中圖分類號:CT642.0 文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)02-0215-03

當代土木工程專業學生的能力結構已經落后于時代的發展,主要表現在:(1)采用傳統的“灌輸式”教學方法,教學手段落后,限制了學生個性的發展,學生缺乏創造性思維和主動獲取知識的能力;(2)部分學生缺乏將來就業所必須的計算機應用和外語應用能力;(3)部分學生只忙于學習,缺乏必要的人際交際能力和組織管理能力;(4)學生所學專業知識、專業基礎知識和基礎理論無法在學生頭腦中形成統一的體系,基礎知識、專業基礎知識沒有真正起到基礎和鋪墊的作用;(5)學生解題能力強,處理實際問題能力弱,理論和實踐嚴重脫節;(6)學生在實踐教學環節中只是盲目地服從,缺乏主動性;(7)多數學校沒有建立實踐(訓)教學基地,使得學生工程素質培養不足,缺乏分析、判斷和解決實際問題的能力。

基于以上原因,我們認為很有必要結合目前國際、國內土木工程領域的發展形勢,以東北農業大學土木工程專業為研究平臺,以學生就業為導向,以“強基礎、寬口徑、多方向”為原則[1],對土木工程專業核心能力培養進行深入細致的研究。采用層次分析法,確定適應21世紀需求的土木工程專業人才的核心能力,并提出土木工程專業人才核心能力培養的實施方案。

一、層次分析法簡介

層次分析法(AHP)是由美國運籌學家T. S. Satty教授于20世紀70年代提出的,它是一種處理多準則、多目標復雜問題的簡單決策工具。經過多年的發展,層次分析法已經在能源系統分析、城鎮規劃、經濟管理、科技成果評價以及工程技術等眾多領域得到了廣泛應用[2]。

(一)層次分析法基本原理

層次分析法的基本原理是:把復雜問題分解成各個組成要素,將這些要素按照支配關系分組形成遞階層次結構(即目標層、準則層、方案層等層次),在此基礎上對各層次中諸因素進行定性和定量分析,最后綜合決策者的判斷確定各決策方案相對重要性的總排序[3]。

(二)層次分析法基本步驟

采用AHP進行決策時,一般包括以下四個主要步驟[4,5]:

1.構造層次結構模型

根據所研究問題的性質的決策目標,分析各組成要素之間的關系,建立遞階層次結構。

2.構造判斷矩陣

采用問卷調查的方法,要求受調查者按照1-9標度法,對同一層次中各因素相對于上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較,從而可以構造判斷矩陣。

3.建立權重集

首先進行層次單排序,根據判斷矩陣推算各層次中諸因素相對于上一層問題的相對重要性系數(也稱為權重)即為層次單排序。

4.一致性檢驗

為了評價層次排序的有效性,還必須對判斷矩陣的評價結果進行一致性檢驗。采用T. L. Seaty提出的隨機一致性比值 (Consistency Ratio)的概念進行一致性檢驗。

二、土木工程專業應用型人才能力分析

高等學校本科畢業生應當成為社會的高層次人才,其應具備的能力應主要包括獲取知識的能力、綜合運用知識的能力和創新能力[6]。

1.獲取知識能力

主要包括:(1)外語應用能力;(2)計算機應用能力;(3)非智力因素。

2.綜合運用知識能力

主要包括:(1)工程勘測能力;(2)規劃設計能力;(3)施工管理能力。

3.創新能力

主要包括:(1)跨學科知識融匯能力;(2)綜合分析能力;(3)初步科研能力。

4.拓展能力

即學生通過在校期間積極參與社會實踐、校園文體活動、班級及學生日常事務管理等活動,主動接觸社會,自我鍛煉提高,所獲得的適應社會的能力。

三、實例分析

采用層次分析法(analytical hierarchy process,AHP),通過構造判斷矩陣、建立權重集及一致性檢驗等程序,對應用型土木工程專業人才的能力進行優選,對應用性土木工程專業人才能力結構進行評價分析,確定施工管理能力是應用型土木工程專業人才所應具備的核心能力,為提高土木工程專業人才培養質量提供依據。

(一)應用型土木工程專業人才能力識別

在查閱大量文獻并對有豐富教學和工程經驗的土木工程專家進行訪談的基礎上,對應用型土木工程專業人才能力進行識別,見前述。

(二)構造應用型土木工程專業人才能力結構評價模型

按照目標層、準則層、方案層幾個層次將已經識別出的應用型土木工程專業人才能力結構層次化,從而構成應用型土木工程專業人才能力結構評價模型,見下圖。

(三)構造判斷矩陣

根據問卷調查的結果,對專家意見匯總后進行加權平均,就可以給出第二層B中各因素對應于第一層A的判斷矩陣及第三層C中各因素對應于第二層B中各因素的判斷矩陣。

(四)建立權重集

1.層次單排序

(1)在應用型土木工程專業人才能力結構中,綜合運用知識能力最為重要,其次是獲取知識能力,第三是拓展能力,第四是創新能力,見表1。

(2)在應用型土木工程專業人才獲取知識能力結構中,計算機應用能力最為重要,其次是外語應用能力,第三是非智力因素,見表2。

(3)在應用型土木工程專業人才綜合運用知識能力結構中,施工管理能力最為重要,其次是規劃設計能力,第三是工程勘測能力,見表3。

(4)在應用型土木工程專業人才創新能力結構中,綜合分析能力最為重要,其次是跨學科知識融匯能力,第三是初步科研能力,見表4。

(5)在應用型土木工程專業人才拓展能力結構中,社會交往能力最為重要,其次是組織管理能力,第三是書面及口頭表達能力,見表5。

2.層次總排序

根據層次單排序的計算結果,計算第三層C中各因素對于A的權重,即層次總排序。由層次總排序可知在應用型土木工程專業人才能力結構中,施工管理能力最為重要,其次是計算機應用能力,第三是規劃設計能力,第四是社會交往能力,第五是外語應用能力,第六是工程勘測能力,第七是綜合分析能力,第八是組織管理能力,第九是非智力因素,第十是書面及口頭表達能力,第十一是跨學科知識融匯能力,第十二是初步科研能力。具體見表6。

(五)一致性檢驗

經過計算,各判斷矩陣均符合一致性要求,說明層次排序有效。

三、提出土木工程專業人才核心能力的培養方案

(一)優化課程體系,突出學生施工管理能力的培養

在課程體系設置中側重學生施工管理能力的培養,設置《建筑施工技術與組織》、《工程建設監理》等10門相關課程、1個相關課程設計及3個相關實習,有利于強化施工管理能力(包括施工現場的圖形表達能力、識圖能力、及土木工程材料的應用能力)及工程素養。

(二)引導學生選課

由于大部分學生對于土木工程專業缺乏足夠的了解,因此,在選課時具有很大的隨意性。為使學生學到更多將來在生產一線需要用到的知識,可嘗試引導學生選課。例如,嘗試引導學生選修《建筑工程經濟學》、《建設監理》、《建筑法規》及《工程項目管理》等與學生施工管理能力密切相關的課程。

(三)強化認識實習、建筑施工實習等實踐教學環節

實踐教學是培養學生施工管理能力的重要環節,應重視認識實習、建筑施工實習等實踐教學。

土木工程專業的認識實習采用校外集中實習和分散實習相結合方式。由學院安排統一參觀施工現場,學生分組獨立參觀已建工程,學生在實習過程中或利用假期可以進行拓展實習,參觀道路、鐵路、橋梁工程及水利工程。

四、結束語

21世紀土木工程專業人才的培養面臨著新的嚴峻挑戰和前所未有的機遇。如何培養新一代的土木工程專業人才,對能力進行定位是個關鍵問題,這使得核心能力培養的研究已經迫在眉睫。本文應用層次分析,通過構造判斷矩陣、建立權重集及一致性檢驗等程序,對應用型土木工程專業人才的能力進行優選,確定各層次各元素相對重要性的排序權值,總結提出培養應用型土木工程專業人才核心能力的培養方案,即如何提高土木工程專業人才施工管理能力,為構建高校土木工程專業核心能力培養體系及提高人才培養質量提供科學依據。

參考文獻:

[1] 董事爾,趙渝林,明承林,李文淵.寬口徑土木工程專業人才培養模式研究[J].高等建筑教育,2002,(1):19.

[2] 葛慧明.層次分析法在專業技能評估中的應用[J].無錫南洋學院學報,2008,7(1):19.

[3] 李允為.層次分析法簡介[J].學校衛生1989,(4):26.

[4] 馮浩.工程設計方案的最佳選擇――介紹層次分析法的原理及其應用[J].機械設計與制造,1989,(5):7-8.

篇（2）

高等院校的培養目標要求本科畢業生掌握本專業的基礎理論、專業知識和基本技能，具有分析與解決實際問題的能力，具有從事本專業工作的能力和初步的科學研究能力。近年來，我國建筑經濟發展較快，社會對高等學校土木工程專業的人才需求量增大，對其質量的要求也逐步提高。土木工程專業畢業設計是反映學生綜合運用大學四年所學的基礎理論和專業知識獨立分析和解決問題的能力，及進行工程設計和科學研究的能力。如何抓好畢業設計這一實踐環節，提高畢業設計質量，應引起高校專業課教師的高度重視。為提高學生畢業設計的質量，更好地適應社會，各項教學改革均應考慮畢業設計的教學效果，并采取相應的改革措施，使畢業設計環節充分發揮應有的作用。在畢業設計的教學工作中，還存在一些問題。

一是教師自身創新能力有限，責任心不夠。教師課堂教學任務繁重，投入到畢業設計實踐環節的時間遠遠不夠，更無精力要求學生畢業設計創新。

二是畢業設計過程中忽視對學生進行創新能力的培養。畢業設計選題及內容單一，不靈活。

三是畢業設計模式僵化，學生發揮創新思維的條件受限。僅局限于校內做畢業設計，反對校企結合的模式，不利于學生創新能力的拓展。

四是畢業設計過程檢查和考核評價體系有待創新。畢業設計開題報告、中期檢查等環節只注重形式，沒有起到應有的作用，畢業設計成績給定標準需要細化。

一、實施方案和實施方法

1.提高教師自身的創新能力和責任感

高校教師自身的創新能力對創新教育起著重要作用。在這方面，學校應積極支持并出臺鼓勵教師進行創新的政策，鼓勵專業課教師深入現場，解決社會生產實際中的具體問題，在教學和科研中提高創新能力，養成創新的良好教風，不斷積累開展創新教學工作的經驗。鼓勵教師積極申報國家級、省級教學改革及科學研究項目，充分發揮創新能力，并帶動學生把畢業設計融入到科研項目中。畢業設計不像課堂教學，它可以巧妙加入個人對以前所學知識的充分理解。在這個過程中，教師思路靈活，思維開闊，不斷創新才能帶動學生有更開闊的思路。另外，高校教師應把創新教育當作一種責任教育，充分認識到創新給學生帶來的效益。學校在安排教學任務時，盡量減輕有指導畢業設計教師的課堂工作量；或者課堂教學任務重的教師指導畢業設計學生數盡量控制在可指導的范圍內。保證教師有足夠的時間指導畢業設計并進行創新能力發揮。

2.培養學生的創新意識，抓好畢業設計選題工作，發揮教師和學生的創新能力

畢業設計作為大學教育最后一個實踐教學環節，必須更好地體現創新能力的培養與訓練。在進行專業課教學計劃過程中，結合認識實習、生產實習及課程設計，一方面由各專業教師結合自己參加的科研課題，組織學生參加本專業的科研活動，進行創新能力和實踐能力的鍛煉；另一方面在進行畢業設計之前，利用4周的畢業實習時間，由學生結合畢業實習基地，在專業教師的指導下，結合專業方向對土木工程企業單位和設計院的新材料和新技術進行調研，學生自己選題后，由指導教師根據選題和研究的內容是否具有創新性而確定是否開題。這樣可以有效調動學生發揮創新能力的積極性和主動性。

有計劃的提前進行設計也是培養學生創新能力的一種途徑。為了使學生的專業課學習與畢業設計緊密結合，可以在專業課學習和畢業實習過程中就逐步引入畢業設計。例如，在第八學期讓學生熟悉和掌握畢業設計所涉及的相關專業知識，明確設計任務，查閱相應文獻資料，提前進入畢業設計工作狀態，學期末做出初步設計方案。提前進行畢業設計某種程度上變相延長了畢業設計時間，使學生有足夠的時間進行創新思考，為正式的畢業設計打下良好基礎，也有助于激發學生的學習積極性和主動性，既有利于專業課學習質量的提高，也促進學生增加對畢業設計工作的投入。提前進入畢業設計也可以使學生與專業教師有較多的接觸機會，有更多的時間向教師請教設計方法和設計思路，有利于學生創新精神和創新能力的培養。

畢業設計選題是否合適，對畢業設計的質量、學生能力的發揮以及學生知識水平的提高有很大影響。總結起來，選題應符合以下要求：（1）選題要符合培養目標要求，覆蓋專業主干課程內容；（2）選題要聯系生產實際，或者結合教師的科研項目，提高就業后的科研能力；（3）選題應新穎，不要局限于歷年的單一模式，可以擴展到本專業相近的專業題目，例如施工組織設計、建筑概預算等，如果工作量不夠可以增加部分結構構件的計算作為補充。設計結束后學生創新能力有明顯的提高。

3.改革畢業設計模式，校企結合，設計與就業相結合，營造良好的創新條件

為了適應社會的快速發展，必須改變傳統的畢業設計模式。在教學過程中，教師可以與建筑工程企業或者設計院相結合，采取統一安排、學生根據就業意向自主安排的模式，一方面可以使理論更好地聯系實際，另一方指導教師和學生可以學到一些課本上涉及不到的專業具體細節問題。結合現場做畢業設計的學生可以在建筑公司相關專業技術負責人的指導下進行畢業設計工作，不僅可以拓寬知識面，還可以解決具體的生產實際問題。但需要教師嚴格把關，要求學生定期匯報畢業設計的階段性成果，對這些學生的要求要比在校學生更高，對學生具有一定的挑戰性和創造性。這可以改善學生在畢業設計中被動接受自己不感興趣的課題的現狀，從而最大限度開發了學生潛在創新能力。

同時，學校和學院應加快土木學院產、學、研結合步伐，鼓勵教師通過校友及有渠道的學生與大型建筑企業或者設計院聯系，建立合作關系，學院主動與這些單位磋商，達成聯合辦學，簽訂學生在單位進行畢業實習和畢業設計的有關協議。這樣的改革措施可以為專業課程設置，教學內容改革方向提供依據，也可以縮短學校教學與企業需求之間的差距。

4.加強畢業設計過程檢查和成績考核體系的創新

畢業設計進行過程中，指導教師是主導，學生是主體，組織管理是保障。畢業設計應是嚴格的、規范化的過程。

（1）教師編寫畢業設計指導書和任務書。任務書應明確設計題目范圍、設計內容、設計進度安排及對設計成果的要求等。指導教師應注意培養學生獨立工作能力、查閱和使用工具書的能力，教師按設計進度，有針對性地對學生進行啟發式輔導。

（2）定期檢查。畢業設計開始一周后，要求每位學生寫好開題報告和設計計劃，并向指導教師匯報，教師要對設計方案、工作計劃、進度安排等進行全面指導，提出明確要求。校、院可以對開題的情況進行抽查。在畢業設計全過程中，指導教師要保證有足夠的時間與學生直接見面，應對本組學生每周進行一次工作進程和質量的抽查。每月進行一次階段檢查，提出指導意見。畢業設計的中期檢查對扎實開展畢業設計工作，減少“前松后緊”的現象，起到督促和推動作用。

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（一）塑料土工格柵性能分析

塑料土工格柵分為單、雙向格柵。在經擠壓制出的聚合物板材上沖孔，然后縱向（沿板材方向）拉伸便制成單向格柵；在此基礎上，再在其長度垂直方向拉伸便制成雙向格柵。塑料土工格柵的規格品種較豐富，其基本性質如下：

1、力學性能：制造過程中，經過定向拉伸，使聚合物分子沿拉伸方向定向排列，加強了分子鏈間的聯結力，大大提高了其抗拉強度。

2、抗溫度性能：由于拉伸作用，使其抗高溫性能也提高。

3、耐久性能：由于土工格柵中加入炭黑等老化材料，使它具備較好的耐酸、耐堿、耐腐蝕、抗老化等耐久性。

4、施工性能：土工格柵重量輕，與土或碎石咬合力強；抗酸堿、耐腐蝕、耐老化，性柔、質輕易施工。

塑料土工格柵是有一定柔性的塑料平面網材，易于現場裁剪和連接（可用聚乙烯繩或連接棒連接），也可重疊搭接，便于現場組裝成所需形狀，折曲影響小，施工簡單，不需要特殊的施工機械和專業技術人員。

（二）經編土工格柵性能分析

經編格柵是近十幾年才發展起來的，它是以高強度纖維或滌綸為原料，經襯緯雙軸向經編機織成雙軸向經編網格，再經PVC浸漬涂層加工制成的一種土工格柵。經編土工格柵有著優良的工程性能：抗拉強度很高（大于6OKN/m）延伸率較小（10%左右）、抗撕裂強度大、縱橫向強度差異小，變形均勻。

（三）玻璃纖維土工格柵性能分析

玻璃纖維土工格柵是以玻璃纖維為原料，采用一定的編織工藝制成的網狀結構材料，該產品采用纖維長絲雙面涂覆而成。嚴格來說，玻纖格柵是經編格柵的一種，但由于所采用纖維性質的獨特性，而把它單獨歸為一類。其優良工程性能如下。

1、抗拉強度極高，延伸率很低：抗拉強度能達到100KN/m，斷裂延伸率為3%左右。

2、沒有長期蠕變性：玻纖格柵不發生蠕變。

3、高溫穩定性：玻纖格柵的熔點在1000℃以上，在160℃熱鋪瀝青混凝土上不受任何影響。

4、與路面混合料具有很好的相容性：玻璃纖維土工格柵經表面有機涂層處理以后與混凝土混合料有機物具有很好的相容，從而改善了玻纖土工格柵不耐磨、不耐折的缺點。

5、化學穩定性：經過特殊處理后，玻纖格柵能防止各類化學侵蝕，抵抗生物侵蝕和氣候變化。

6、嵌鎖和限制作用：瀝青混凝土混合料穿過玻璃纖維土工格刪結構，形成了復合嵌鎖結構。限制阻止瀝青混凝土混合料運動，可得到更好的壓實，獲取更大的承載力，提高傳遞荷載能力，減少變形。

（四）三種格柵性能比較

上面分析了三種格柵的性能，下面再對它們的一些重要的工程性質進行比較（見表1）。

從表1可以得出以下結論：

1、土工格柵的極限抗拉強度從高到低排列依次是：玻纖格柵、經編格柵、塑料格柵。而極限延伸率從高到低排列依次是：經編格柵、塑料格柵（經編格柵的延伸率視原材料有較大變化范圍，有的可能比塑料格柵的小）、玻纖格柵。且玻纖格柵沒有蠕變性。

2、玻纖格柵耐溫性明顯較其它格柵好，經編格柵由于經過涂層浸漬，耐溫性有所提高。

3、塑料格柵的縱、橫向接點是直接成型做成，故強度和縱、橫向肋條的強度相當，而經編、玻纖格柵接點為編織而成，故強度較本身材料強度低很多。

二、三種格柵在工程中的不同應用

（一）塑料格柵的應用

塑料格柵視單、雙向應用場合分別如下。單向格柵：單向土工格柵適用于公路及鐵路路基、路堤、邊坡加筋、擋墻加筋、橋臺加筋、較淺層基礎的加筋。廣泛應用于各類加筋擋土墻。雙向格柵：雙向格柵適用于公路及鐵路路基、路堤加筋、淺層基礎加筋，大型廣場、車碼頭貨場等永久性承載的地基增強，河道路基加筋，防治瀝青混凝土路面反射裂縫等。

（二）經編格柵的應用

經編土工格柵應用范圍為：軟土上的地基、堤壩加筋，均化應力，提高基底穩定性，調整沉降，減少不均勻沉降，提高承載力：路堤邊坡加筋，提高斜坡穩定性；加筋橋臺，提高橋臺的整體性和強度，防止橋頭跳車；防治瀝青混凝土路面反射裂縫，增強路面基層的強度。

（三）玻纖格柵的應用

玻纖格柵適用于瀝青和混凝土路面加筋、路面反射裂縫防治及新舊路面的銜接等變形量不是很大的場合。玻纖格柵用于瀝青道路時發揮的作用有：抗疲勞開裂、抗低溫收縮、耐高溫車轍和延緩反射裂縫。

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1節能環保技術在土木工程施工中的重要性

節能環保技術，從字面意義來看，就是兩個意思，一個是節能，盡可能減少資源浪費，提高資源的利用率，另一個就是環保，就是在施工中減少對環境的污染。以下是該技術在施工中的重要性分析：

1.1促進社會經濟的良性發展

節能環保技術對于當前階段生態環境不斷惡化的狀況有很好的改善作用，將其運用在土木工程施工中，不僅是減少了資源的浪費和環境的破壞，還能真正幫助企業減少成本投入，增加效益，最終促進土木工程行業的良性發展，有力推動整個經濟社會的發展。

1.2滿足人們的生活需求

另一方面，節能環保技術的應用也與人們追求高質量生活水平的需求相匹配，隨著經濟水平的提升，人們的生活質量逐步提升，對于生活水平質量的要求也越來越高，但是與之相反的卻是外界環境的持續惡化，這與人們的要求背道而馳。節能環保技術能夠有效提高資源的利用率，減輕污染，對于環境生態的保護具有重要的意義，可以明顯改善環境惡化的狀況，為人們的高質量生活要求奠定了基礎。因此綜合這兩方面的作用，節能環保技術在土木工程施工中具有的意義就不言而喻了。

2土木工程施工中節能環保技術的應用現狀

2.1節能環保意識不足

在現階段要想推廣節能環保技術，就得讓土木工程企業擁有節能環保的覺悟，但是在實際的執行中，這些企業缺乏必要的節能環保觀念，自然也不會將其付諸實施。由于一些施工企業自身的意識不足，致使在施工中依舊使用傳統的施工技術，不積極改進自身的不足，沒有做到新時代施工的要求。具體表現在，管理層沒有認識到節能環保的重要性，在制定管理制度和下發指令之時，沒有考慮到工程對資源和環境的破壞；而施工人員本身也沒有相關意識，要么是不肯接受新型技術的學習，要么是在節能環保技術的應用中，不嚴格按照規范去操作，最終影響施工情況，還是不利于節能環保技術的應用推廣。

2.2缺乏新型設備

不少企業雖然初步認識到了節能環保技術的重要性，但是在實際的執行中卻沒有跟進觀念的改進，依舊使用陳舊的施工設備，想以此降低施工成本投入。但是舊設備的使用雖然大大節省了資金投入，卻不利于資源的有效利用，而且舊設備也不能很好地匹配節能環保技術，導致施工過程中容易出現一些資源配置不當、施工技術不合理的狀況，進而影響到施工的進度與質量，既沒能發揮出節能環保的作用，又降低了企業的施工能力，不利于企業的核心競爭力發展，企業最終反而失去了更多的利益。

2.3管理機制不完善

不少企業在開展施工之時，只注重技術的應用，卻沒有將相應的管理機制納入其中，導致施工人員在操作時，沒有嚴格按照應有的標準和步驟去施工，讓節能環保施工的效果大打折扣。這種管理機制的不完善包括管理制度的混亂和管理制度的形式化，前者在具體的管理中沒有明確的管理責任，對于施工人員很難起到監督考核，后者則是脫離實際，只注重體系的建設，卻忽略了與實際狀況的協調。這兩個問題都在一定程度上反映了管理機制的不完善，落實到實際就是不能形成有效的監管機制，影響施工的整體質量。

3土木工程施工中節能環保技術的應用措施

3.1制定科學系統的施工方案

土木工程一般都是復雜的大型工程，在設計以及施工中會涉及到很多領域，這些復雜的涉及領域就相當于復雜多變的影響因素，因此土木工程的施工不僅是復雜的，更是動態的，各種因素都可能會影響施工的良好開展。針對這種情況，施工負責人應該結合施工技術、施工進度、施工質量要求以及實際的施工環境，制定好一個科學的施工方案，確保節能環保技術能夠與施工方案有效融合，充分發揮它的作用。除此之外，施工負責人還應該注重人員的分配調度以及資源的有效配置，實現科學配置，從各個環節減少資源的浪費。

3.2做好施工現場的保護工作

土木工程一般都是大型工程，經常會對施工地表進行巨大的改造，有些施工場地地質比較穩定，在施工后不易遭到破壞，有些施工場地生態環境比較薄弱，一經動工就可能會造成嚴重的生態破壞，所以做好施工現場的保護工作十分有必要。施工企業在施工前，一定要做好施工現場的勘察工作，熟悉掌握當地的地質環境，研制合理的施工方案，爭取將破壞降至最低。另外在施工過程中，施工人員一定要減輕對周邊環境的影響，比如說在人員比較密集的地方施工，施工方要做好機械的降噪工作，并將施工產生的廢棄物進行分組安置。在施工結束后，施工人員還要做好修復工作，將遭到破壞的地表進行填土修復等。

4節能環保技術在土木工程施工中的具體應用

4.1墻體節能技術

土木工程中的墻體節能技術是應用一種新型的墻體材料，它能將原材料對于環境的污染降到最低，并能將建筑物的整體保溫性進行提升。在工程施工中，采用蒸壓加氣空心磚能夠使建筑物的透氣性大幅度增強，并且具有可觀的隔熱作用和阻燃性能。在土木工程建筑施工中運用這種材料，能夠為人們提供更為舒適的建筑空間。

4.2門窗節能技術

門窗是建筑物重要的構造部分，處理好門窗的施工設計，對于土木工程的質量會有一個顯著的提升。門窗節能技術屬于土木工程節能環保技術中的一個重要分支，它的重點在于處理門窗框的接縫，應用門窗節能技術，能夠有效增強建筑物的保溫性，根據不同季節的需要，將寒流與熱氣阻擋在外，減輕了建筑物內部的用電需求，實現了節能環保。

4.3層面保溫技術

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中圖分類號：O434 文獻標識碼： A

一、土木工程建設項目智能材料的特征和概念

針對土木工程建設項目當中所應用到的智能材料的種類、特性和基本的概念進行分析，是加強技術操作水準的一個首要步驟。在上個世紀七十年代，美國率先的提出了關于在建筑項目之中使用智能材料的理念和想法，并且通過試驗測試，得出材料的基本特性。而在今后的幾十年發展當中，隨著技術的不斷改進以及各大部門對建筑項目研究的重視程度增加，先后的出現了機敏材料、建筑結構自適應材料以及智能材料等項目。

首先，當前針對建筑項目當中的智能材料并沒有一個統一的、標準的定義。總體的來講，在土木工程施工當中應用的智能材料指的是可以對外界的環境和內部環境進行感知的、可以以此來對建筑進行準確的處理分析和判定的、具有適度相應的智能材料。智能材料是高分子材料、人工合成材料、天然材料等之后出現的一種新型建筑施工材料，并且在今后的建筑行業當中將發揮出巨大的效應。另外還需要明確的是土木工程施工建設當中所使用到的智能材料的基本特征，一般的來講，智能材料特性有以下幾點：反饋功能、傳感功能、自診斷功能、相應功能、信息的積累以及識別功能、建筑結構的自我修復功能、自適應功能等。

而當前所使用的智能材料還具有以下幾個方面的特性：第一，在土木工程建設施工項目當中應用的智能材料可以對外界的環境進行準確的感知，可以精準的檢測出環境當中的刺激和刺激所產生的強度，諸如應變量、應力、光、熱能以及核輻射和化學能等；第二，智能建筑材料還具有一定的驅動能力，可以對外界的變化進行適當的相應；第三，智能材料可以按照事前設計好的方式，來對自身的相應進行控制，同時還可以選擇相應的具體方式；第四，智能建筑材料對于外界刺激所產生的反應非常的快捷，并且非常恰當：最后，智能材料受到外界的刺激并且當刺激消除之時，可以迅速的、在短時間之內恢復至最初始的狀態。

二、土木工程中智能材料的應用

1、形狀記憶合金的應用

形狀記憶合金是具有形狀記憶效應的一種智能合金材料，作為新型功能性材料，最主要的優點就是在激發材料的形狀記憶效應過程中，材料可以產生高于700兆帕的回復應力及8%左右的回復應變，同時具有較強的能量傳輸儲存能力。該特性的應用能夠將材料置于各種結構中，實現結構的自我診斷、增韌、增強與適應控制的應用研究，而且還可以將材料研制為智能型驅動器，在結構變形、損傷、裂縫及振動等方面開展應用研究工作。相變偽彈性與相變滯后性能是形狀記憶合金的另一個優點，在加卸載過程中其應力-應變曲線構成環狀，表明材料在此過程中能夠吸收耗散較多的能量。形狀記憶合金具有高達400兆帕的相變回復力，結合該特性能夠研制開展形狀記憶合金被動耗能控制系統，該系統可實現相變偽彈性性能，可在土木工程結構中用于耗能抗震的被動控制。通常在結構層間或底部安置形狀記憶合金被動耗能控制系統，用于實現耗能系統對結構的層間變形的感知，進而起到消耗地震能量的作用。有關研究結果顯示，耗能器安裝形狀記憶合金結構后，耗能器可吸收約為三分之二的地震能量，并顯著抑制結構的位移。

2、壓電材料的應用

傳統結構中集成壓電體，采用壓電傳感元件對結構的振動模態進行感知，利用其輸出結果，采取適宜控制算法對壓電體的輸入進行確定，以主動控制結構振動的實現，是開展壓電類智能結構應用研究的一個較為前沿的領域。很多研究人員在任意復雜激勵下，采用壓電陶瓷作為加速度傳感器與驅動體開展基于壓電層合結構的主被動阻尼及主動振動控制等相關問題的研究工作，隨著近年來不斷發展的壓電材料與堆技術，使研究應用壓電類智能結構的領域更為廣泛。主要應用在土木工程結構的噪聲主動控制、靜變形控制能、安全評定、健康監測等眾多領域都獲得良好的控制效果。

3、光導纖維的應用

光導纖維由外包層與內芯構成，是一種纖維狀光通信介質材料，該材料采用先進的信息傳輸技術起初用于通信傳輸系統，由于作為信息載體的光子在速度與容量上高于電子，因此得到較為迅速的發展。光子所具有的高并行處理能力與高信息率，潛力在信息容量與處理速度得到充分發揮。光纖材料在監測、傳感及信息遠距離傳輸等方面得到應用，將光纖作為傳感元件埋入傳統混凝土結構中針對結構方面各項指標實現自動監測、診斷、控制、預報及評價等功能，而且將形狀記憶合金等驅動元件埋入，有機結合信息處理系統與控制元件，使混凝土結構具有智能功能，進而實現混凝土結構自我診斷與修復。在土木工程結構診斷及主動控制地震響應中，光纖材料一直作為設計傳感器的一種比較理想的材料，我國目前也已將其用于檢測評定三峽大壩。

4、壓磁材料的應用

在外加磁場作用下，磁流變液懸浮體系的各項流變性能會產生明顯的可逆變化。同時在外加場強高于臨界值后，磁流變液將迅速從液態轉變為固態，在顯微鏡下能夠觀察到磁流變液的分散相顆粒在磁場作用下結成沿磁場方向的鏈狀結構。在介于固液體之間可根據磁流變液特點具有的快速、可控及可逆性質，控制流體特性實施時需要較低的能量，因此在智能結構中通常將磁流變液作為動器件的主要材料。在土木工程領域，電視塔、高層建筑、大跨度橋梁等結構中都采用該材料用于實現對地震的半主動控制。此外，磁致伸縮智能材料也在相關研究中日益的得到重要關注。磁致伸縮智能材料具有強烈的磁致伸縮效應，電磁/機械能能夠進行逆轉換。在智能材料領域中應用前景較為廣闊，該材料可用于大功率超聲器件、聲納系統、精密定位控制等多個領域。

三、智能材料的前景

目前在土木工程領域內，智能材料的研究主要在以下三方面的應用研究最受重視：（1）結構健康的實時檢測與監控。這主要是指將先進的傳感元件和驅動元件集成在傳統的土木結構中，利用它們構成的網絡對結構的裂縫、損傷、疲勞、沖擊、缺陷、腐蝕等狀態進行實時監測和控制，以確保重大土木工程結構和基礎設施的安全可靠，降低其維修費用。（2）形狀自適應材料與結構。智能材料的研究與出現不僅可使土木工程設計人員所期盼的自適應結構的誕生成為可能，而且更重要的是它代表著先進的新型材料與傳統的土木工程設計人員所期盼的自適應結構的誕生成為可能，而且更重要的是它代表著先進的新型材料與傳統的土木工程結構相結合這一重大的學科研究發展方向。自適應結構既具有承受荷載和傳遞運動的能力，同時還兼有檢測（應力、應變、裂縫、損傷、溫度等）、動作（改變結構內部應力應變分布和結構外形及位置等）和改變結構特性（結構阻尼、固有頻率、光學特性、周圍電磁場分布）諸多智能功能，因此其應用前景非常廣闊。（3）結構減振抗震抗風降噪的自適應控制。結構的動力響應一直是土木工程設計中的一個非常重要的問題，特別是對于高層建筑和橋梁等大型土木工程結構的抗震抗風問題更是如此，而智能材料的開發與應用就可為之提供一個更為有效的新途徑，從而使結構的自適應控制成為可能。目前，雖然智能材料還有這樣或那樣的不足，但是，隨著研究的深入，智能材料的性能將得到進一步的改善。智能材料在許多領域都具有巨大的潛在應用前景，其研究涉及材料科學、化學、力學、生物、微電子技術、分子電子學、計算機控制、人工智能等學科與技術。

結束語

綜上所述，隨著智能材料的廣泛應用，同時元件逐漸向小型化、多功能化及高功率化方向發展，在建筑結構中復合控制、傳感、驅動系統及耦合/連接元件，建筑結構將發展成為主動式智能建筑結構，對于有效利用太陽能、抵御地震、風振等嚴重自然災害影響具有重要作用，為人們工作生活提供更為舒適安全的環境，對于提高土木工程結構建設質量具有十分重要的意義。

參考文獻

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中圖分類號：TE08 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）34-0063-01

1 建筑節能概述

1.1 建筑節能的內涵

多數建筑工程開發商不重視節能住宅，甚至為了得到更多的經濟效益而盲目地建設新奇的建筑物，不合時宜地聘請國外設計師來設計國外風格的建筑物，進而忽略本地的自然條件、發展狀況，并導致了建筑資源浪費現象的出現。

1.2 建筑節能技術的重要意義

由于我國社會主義市場經濟的逐步提升，人們的生活方式和生活水平均得到了極大地提高，建筑行業也逐步發展為我國的重要支柱產業之一，由于我國城鎮化進程的加速，每年對于建筑物的需求也相當大，因而建筑耗能也隨之增加。相關調查研究顯示我國每年的建筑能耗達20億平方米，接近全球同行業總能耗的一半。我國建筑行業耗能量非常大，且已經成為重要的能耗主體，建筑行業的節能減排已經迫在眉睫，建筑行業能耗既會浪費大量的能量資源，也會嚴重污染國內居住環境。我國的房屋建筑屬于一種長期用品，可以反復使用多年，房屋的使用壽命決定了建筑工程的建設目標，要想隨意地改變所消耗的能源很困難，即使能夠改變這種能源消耗，也需要大量的資金投入；因受到區域性限制，不同地區的節能建筑也各不相同，例如我國的北方城市的主要建筑能耗為“保溫問題”，多數區域仍然借助墻體保溫技術來降低能耗，但是效果甚微，能量耗損嚴重，因而應綜合運用多種新型技術，如處理建筑細節、建筑施工技術、節能設計等及術來降低建筑能耗，這也表明我國建筑節能的發展空間較大。

2 設計建筑工程結構的注意事項

2.1 選取合適的設計方案

設計某座樓房的整體結構時，首先應選擇框架、確定結構措施和基礎性布置，設計方案如下：⑴選擇框架：柱和梁是建筑框架結構的基礎構件，通過節來連接每個構件，使之可以承載橫向和縱向的荷載，而在多層或者高層建筑中，每個構件還要承載橫向過來的風荷載；設計框架結構時應優先選擇柱、混凝土等桿性剛接系統，憑此承載重物、抗震。⑵基礎布置：首先，應實地考察施工現場的水文、地質以及其他施工條件，當建筑層數較少的樓房時，樓房上部的承載力較小，因此可以選取獨立基礎結構模式；當建筑多樓層樓房時可以選擇綜合性基礎結構模式。⑶結構措施：依據抗震設計標準先計算地震作用力，然后再采用相應的抗震措施，例如，在高度相同的位置埋設一樣的單位基礎，或者運用整體澆筑法澆筑梁柱，接著再選擇相應的配筋構件。⑷內力組合設計：該項設計是抗震設計與承載力設計的關鍵環節，應著重調整抗震系數，并將其作為設計基礎；設計建筑結構的抗震性能時建筑材料的強度設計值應高于不抗震材料的值。

2.2 配筋與板設計

對配筋和板設計進行結構設計時，應著重分析板的各邊長度，當長、短邊的差距小于2mm時，需運用雙向板計算方式；當長、短邊的長度差距在2-3mm之間時，應依據短邊單向板進行設計計算。依據建筑結構的荷載狀況來布置間隔、分解荷載，以此計算板跨的彎距通常將板格固定在支撐柱上，然后依據支撐狀況，計算每個部位的格板彎矩，疊加這些彎矩可以得到最大的跨中彎矩。

3 降低土木建筑工程耗能的措施

我國是一個人口眾多的發展中國家，人均資源占有量遠遠低于世界平均水平。同時我國經濟發展迅速，與之相伴的能量消耗量也在逐步提升，這加深了環境資源與經濟發展不平衡之間的矛盾，所以，作為我國支柱產業的建筑行業，必須尋求新的措施以促進社會經濟的可持續發展，為節約型社會的建設貢獻自己的力量。

3.1 轉變節能意識

建筑企業必須清醒地認識到建筑節能不能一味的盲目節約，還應提升建筑物質量。人們普遍認為建筑工程節能就是降低建筑項目的水平和標準，就是要建設簡易房、低標準房；隨著社會的快速發展，建筑企業應該正確認識建筑節能，并增強節能意識，既不能犧牲建筑物的舒適度，也不能降低建筑物的綜合性能，將建筑高品質、滿足人們需求的作為最終目標。

3.2 創新節能技術

建筑企業應緊隨時展潮流，依靠科技進步創新節能技術，以提高建筑工程的質量和性能；逐步探尋長效發展策略，避免各類浪費現象的發生，提升建筑資源重復利用率。選取技術含量高的節能型建筑材料，例如多選取可再生資源材料和性能較高的建筑材料，以此應選擇耐用性好、強度高的節能材料，以增強隔熱保溫效果；避免使用污染性的建材，嚴格控制有害建筑物質的排放量，多使用清潔型能源。

3.3 倡導綠色施工和綠色建筑

⑴綠色施工是指在確保建筑安全、質量前提下，依托科技進步極大地節約建筑資源、降低建筑污染，實現環境保護、節約建材、節約能源、節約水資源等。綠色節能施工主要包括節約施工用地、節約能源、節約水資源、節約建筑材料、保護環境、管理施工等方面，它們不僅包含綠色施工的主要指標，還涵蓋了采購材料策劃施工驗收工程等指標；綠色施工不僅影響建筑物的使用壽命，也影響建筑行業的節能減排和節約資源等環節。當前，綠色施工已經受到社會大眾的極大關注，例如在施工現場要全封閉、綠化、硬化、覆蓋運輸材料、使用環保型施工機械等。⑵綠色建筑是指運用生態學、建筑學等理論成果，將生態環境和建筑工程融合在一起，以改善人們的生活環境和居住環境，綠色建筑的主要理念是：在建筑物的使用壽命期限內，僅可能降低資源消耗和能源消耗量，進而減少污染、保護環境，為人們提供高校的、健康的使用空間，促進人與自然的和諧相處。

3.4 健全管理機制

國家應健全建筑節能監管機制，為建筑節能工作的順利開展提供一定的制度保障。然而，國內監管建筑節能問題的機制極不健全，主要表現在以下幾方面：相關部門立法力度和執法力度均較弱，欠缺扶持節能技術、鼓勵節能技術創新的相應政策，同時也未全部落實建筑資源節約項目。因而政府和企業均應改善與建筑節能相關的控制管理制度，以促進建筑企業節能工作的順利開展；有關部門應強化執法力度，嚴格落實國家制定的各項建筑節能發法律法規，并完善相應的法律體系，形成具有強大約束力的監管機制。另外，政府還應給予適度的建筑節能技術的政策支持和技術服務，借助獎懲制度來表揚節能工作突出的單位、懲罰節能工作滯后的單位。

4 結語

總的來說，土木建筑工程結構會直接影響建筑物的安全性和穩定性。而建筑物的安全性會受到建筑施工質量和結構設計的影響，縱觀我國建筑市場現狀，建筑部門對建筑物結構設計的安全性監督方面較為薄弱，與國外安全性管理之間的差距較大。所以，建筑企業應密切關注建筑工程，逐步運用新型節能技術、節能設計來提高建筑水平和建筑質量。

參考文獻

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1 空間設計與建筑節能

要想實現建筑節能就要從建筑設計入手，作為建筑設計的重要組成部分，空間設計直接影響著建筑節能目標的實現，如果空間設計合理，可以最大限度的實現建筑節能。在建筑設計過程中，要盡可能保證建筑的通風功能，通過合理的設計可以滿足房間的通風需要，增加房屋的空氣流通速度，改善室內空氣質量。因此，在進行空間設計時要在建筑物上部增加出風孔，使建筑能夠更好的通風。還要重視房屋的平面設計，合理安置門窗位置，創造過堂風。此外，在設計門窗時要盡可能增加出風口的面積，合理設計門窗的開啟方法，使室內始終保持通風。從建筑的外部設計看，要將建筑與周圍的環境融為一體，不能過于突兀，使建筑可以更加和諧，達到平衡的效果。因此，在建筑設計選址時要全面分析周圍的環境因素，包括土地、氣候、環境等等。在建筑周圍要注意綠化工程的建設， 這樣不僅可以有效調節建筑周圍的空氣，還可以降低噪音污染。

2 建筑節能施工遵循的基本原則

2.1 尊重自然，科學選址

我國國土面積遼闊，無論在地形、氣候、土壤等各方面都存在極大的差異。因此，在建筑建設時應該全面考察建筑周圍的環境，使建筑能夠與周圍的環境融為一體，充分尊重自然和當地文化，這樣才能進一步實現資源節約的目的。

2.2 科學設計建筑外部環境，保證經濟安全一旦確定建筑地址，就要對建筑周圍的環境進行全面、合理的改造。在不妨礙室內采光的情況下可以在建筑周圍布置樹木花草等綠化帶。這樣不僅可以改善空氣質量，還可以有效降低噪音。另外，在建筑周圍可以安置小溪或者假山等景觀， 這樣能夠有效降低建筑室內溫度，減少空調使用量，實現資源節約的目標。

3 科學應用房屋建筑節能技術的方法

3.1 房屋節能工程施工技巧

3.1.1 保溫隔熱屋面技巧

在房屋建設時要保證室內保溫效果，因此在設計保溫隔熱層時必須要嚴格按照相關標準進行，要保證板材質量，不能出現褶皺、傾斜、不穩定等問題。保證板材不出現縫隙。在施工過程中如果出現材料松散等問題，要及時將其壓實，并且分層將其鋪整齊。這樣才能真正起到房屋保溫作用，實現資源節約。

3.1.2 架空隔熱層面的施工方式架空隔熱層施工過程需要注意很多問題，這種格局一般適用于通風效果比較好的建筑，如果建筑通風不好，或者氣候比較寒冷，應用這種方法會降低房屋的保溫作用，應該選擇其他保溫方式。

3.2 房屋地面節能技術

3.2.1 在進行房屋地面施工時要盡可能保證施工質量，要一次性完成地面施工任務。因為地面施工如果出現問題，第二次修復工作非常復雜，還會影響建筑質量。

3.2.2 在建筑施工時必須嚴格按照相關標準來進行保護層和防潮層的施工。只有保證保溫層和防潮層的質量，才能提高房屋抵御寒潮沖擊的能力，防止房屋受潮。

3.3 墻體保溫節能施工方式

在建筑建設過程中墻體保溫是墻體建設的重要內容，而在這一過程中可以通過合理的技術實現建筑節能要求。在制作保溫層時可以在墻體外部安置，也可以在墻體內部安置。在內部安置從技術上來說更為簡單，但是在外部安置的保溫效果更好。在外部安置保溫墻可以減少材料用量。但是如果在施工過程中存在技術問題很容易造成保溫層開裂等問題，外部安置的成本更高。因此要想實現建筑節能就要將兩者結合起來，采用復合的方法制作保溫墻。

3.4 采暖節能施工技巧

3.4.1 防潮層與保溫層的施工要保證防潮層的牢固、良好，不能存在縫隙、褶皺等不良現象，而且需要內部封存嚴密；要確保保溫材料無論是厚度、大小都符合設計規格。要確保保溫管殼平整鋪設、牢固穩定、防止松動、斷裂的現象發生，總之就是要確保保溫材料沒有任何的破損和縫隙。

3.4.2 散熱器的設置在對這一系統進行安裝時，需要多加注意其與墻體之間的空隙，要盡量使用方便拆卸與安裝的鏈接零件來連接管道與散熱器。而且要確保支撐散熱器的架子對稱設置、整齊而緊密地排列開來。

3.5 門窗節能施工技巧

3.5.1 外部門窗框的安裝可以利用密封膠來封存外門窗框與洞口，也可以使用彈性材料來填充孔隙。3.5.2 門窗玻璃的安裝在沒有裝設玻璃之前，需要鋪設一定規模的底油灰，并嚴格依照規范進行操作，一定要全面確保施工質量，在安裝玻璃時需要在窗框內定準位置，確保窗框內外間隙平等。3.5.3 門窗保溫密封條施工要根據門窗縫隙的尺寸來科學選擇密封條的規格，需要將門窗縫隙周圍的贓物清除，確保沒有污塵存在時再粘貼封條。

3.6 太陽能等新能源的合理利用

3.6.1 節能理念的應用

在建筑施工過程中，離不開對各種新能源的利用，離不開對各種新型節能設備的采用。在遵循建筑節能理念的基礎上，要根據建筑所在地的實際情況，綜合對各種清潔能源進行開發利用，比如可以安裝太陽能熱水器、太陽灶，進行太陽能的開發，水能、地熱能、風能比較豐富的地區可以安裝相關設備加強對各種新能源的利用效率。本文將從太陽能建筑技術的應用做出分析。

3.6.2 太陽能建筑技術

在建筑施工節能技術的應用中，對太陽能進行充分的利用是現階段節能應用發展的主要方向之一。太陽能技術的應用具有眾多優點，具體有以下幾個方面。首先，在建筑頂層設置太陽能發電設備，能夠充分利用建筑的空間， 然后將太陽能轉化為電能與熱能供用戶進行使用。對于剩余的能源，也可以儲存在太陽能電池中，以備不時之需。太陽能轉化為電能之后，可以滿足用戶日常照明、供電設備等方面的使用；太陽能轉化為熱能之后，也能夠滿足用戶日常暖氣供應、熱水供應方面的需求。這樣能夠充分的利用太陽能，降低建筑內部對電力能源的消耗，在保證建筑內部良好運轉的同時，起到了節能環保的作用。其次，太陽能的采集與轉化已經有了較為完善的系統，能夠一定程度上滿足建筑節能發展的需求，并且太陽能采集轉化設備的結構經過多次優化，施工成本也較為低廉，適合在建筑節能領域進行普及與應用。在建筑工程建設過程中建筑節能已經逐漸成為主導趨勢，這種建筑不僅可以有效降低能源的耗費量，還可以提高施工經濟效益，滿足人們低碳環保的生活理念。因此，在建筑建設過程中應該合理考慮建筑的節能功能，從各方面入手，采用先進的技術實現建筑節能。

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中圖分類號：TN818文獻標識碼： A 文章編號：引言

通常情況下，土木工程作為基礎設施對任何國家來說是都是一筆不小的開支，屬于國家資產的一部分。并且，與其他商品相比，土木工程建筑壽命較長，一旦竣工，維修和重建代價甚高。另外，土木工程包括不同的建筑，建筑結構不同，建筑材料、設計方案和施工方式都會迥然不同。最重要的建筑結構包括橋梁、高層建筑、電力、核能和大壩。所有民用建筑都會隨著時間老化和損壞，主要原因是材料的老化、持續使用、過載、過多暴露在有害環境、保護力度不夠以及沒有使用正確的檢測方式。一旦受到內或外部侵害或二者同時作用，所有這些因素都會導致建筑材料和結構的老損并加重受損程度。

為保證建筑物的完整性和安全性，必須對建筑進行結構安全監測（SHM），通過自動化體系，對建筑物結構進行可持續的監和受損部位的檢測。行之有效的結構安全監測系統可及時檢測到各種受損部位并監測其壓力和溫度，從而優化建筑物維護效果，確保建筑物的安全，延長使用壽命。通常情況下典型的建筑安全監測系統包括三個主要組成成分：傳感系統、數據處理系統（包括數據采集、傳輸和儲存）和安全評估系統（包括診斷演算和信息管理）。要建立該系統，首先應使該系統具有一個穩定且可靠的結構傳感系統。因此，本文主要討論結構安全監視系統的第一個組成部分：由智能裝置/傳感器組成的傳感系統。智能裝置/傳感器：如光纖傳感器(FOS)、壓電傳感器、磁致伸縮傳感器和自診纖維增強結構復合材料，都具有非常重要的功能，可感應各種建筑結構安全方面的物理和化學參數。

光纖傳感器（FOS），由于體積小，不會影響土木工程結構物本身的特點。通過使用多路復用或分布式傳感技術，僅需一個光纖便可以對不同地區建筑的結構性能進行有效監測。并可避開電磁干擾的影響。光波適合在信號較弱的情況下進行長距離傳輸。壓電和磁致傳感器既可以作傳感器，又可以作致動器，使結構安全監視成為一個積極的監測系統。此外，他們大小各異，便于存放，就算是放在較遠的地方，也可對各種類型的結構進行積極監督。

過去幾年人們對結構安全監測日益關注和重視，文本將重點評析智能裝置/傳感器在土木工程上的不同運用。本文涵蓋光纖傳感器，壓電傳感器、自我診斷纖維增強復合材料和磁致伸縮傳感器的主要方面。

2.光纖傳感器（FOS）

光纖傳感器有諸多分類方式。第一種是按照待測參數經調制后得到的光特性（強度、波長、相位或極化等）進行的分類。第二種則是根據光發生調制的位置位于光纖內部還是外部（內部或外部）進行分類。光纖傳感器還可根據傳感范圍分為點式（法布里-珀羅光纖傳感器或長標距光纖傳感器等），積分式（光纖布喇格光柵傳感器）和分布式傳感器（布里淵分布式光纖傳感器）。本文主要討論這種分類方法。光纖傳感器一般都安裝在現成結構表面，或嵌入新建土木結構中，包括橋梁、建筑物和大壩，顯示應力（靜態和動態）、溫度、損害（分層、裂紋和腐蝕）和氯離子濃度等信息。獲得的數據可被用來評估新建和修復結構，診斷損害部位和損害程度。本節主要探討光纖傳感器在監測土木工程結構的應力、位移和損害方面的應用。

2.1.監測應變和位移

實驗研究已闡明光纖傳感器被應用于土木工程結構后所表現的基本傳感特性。在對混凝土橫梁樣本進行測試的實驗中，與應力計輸出信號相比，法布里-珀羅光纖傳感器輸出信號更加良好。與應力計相比，光纖傳感器有更好的信噪比。對嵌入混凝土中的法布里-珀羅光纖傳感器的性能進行評估。

圖1：混凝土應變與各種傳感器的對比

圖1是壓力高于混凝土抗壓強度40%時，光纖傳感器與絲式應變儀、電測應變儀和線性差動變壓器測量結果對比圖。由圖可見，光纖傳感器的測量壓力、電測應變儀、線性差動變壓器的測量壓力具有高度一致性。在嵌入光纖傳感器的混凝土平板上進行重復加載試驗。頻率為2 Hz-3 Hz，加載周期達四百萬次。傳感器在振幅為兩千、加載周期為四百萬的情況下仍可使用，且對動態加載反應良好。復合型波形傳感器可以使光纖和混凝土的強度相互融合。如此一來，不僅應力大為減少，而且不用考慮理論校準因素。這個傳感器還實現了對混凝土的持久粘連，并可在任何接觸環境對伸縮裝載給予相應的響應。

使用一種單模式光纖，又叫布里淵分布式光纖，對1.65m強化混凝橫梁的壓力進行測試。布里淵分布式光纖可同時測量溫度和壓力。結果顯示，在5cm的可分解距離內，壓力精確度達到± 5 με 。基于電纜中電磁波的電動時域反射計對兩種分布傳感器進行比較。將他們置于80%的橫梁鋼筋混凝土表面。試驗結果表明，電纜傳感器可以測量壓力的局部巨大變化，而分布式光纖傳感器可測量出長距離情況下壓力的緩慢變化。電纜傳感器在幾秒甚至更短時間內就可測得應變分布，因而適用于動態信號監測。相比之下，光纖傳感器完成測量任務需要數分鐘的時間。安裝了布里淵分布式光纖傳感器以評估完全預應力下混凝土橫梁的性能。同應變計的測量結果相比，光纖傳感器更能很好地顯示拉伸應變的測量結果。然而，光纖傳感器對壓縮應變的測量誤差很大，這點在壓縮應力很小的時候尤為明顯。加拿大的卡爾加里貝丁頓的索道橋是世界上第一個引用光纖光柵傳感系統，也是第一個在部分橋梁處使用碳纖維增強聚合物復合材料的構筑物。這座橋的部分鋼筋在1993年經過預應力后，配上了光纖布拉格光柵傳感器，總計18個。經過對預應力處理后的鋼筋在混凝土收縮徐變、橋面恒載和橋梁后張等各種破壞力共同作用下的松弛狀態進行評估，結果發現，鋼筋預應力后的混凝土梁松弛度高于碳纖維復合材料的松弛度，并且在開放通行8個月后，這座橋的所有梁都存在著持續松弛的現象。另一動態測試表明，雖然這些傳感器在6年后仍在工作，卻沒有監測到任何結構問題。首先，研究的重要價值在于該項目表明結合光傳感技術、創新性電纜強化材料和結構工程所能帶來的優勢和益處。對纖維增強材料組成成分進行實時監測能夠增強將這些材料用于混凝結構中的信心，因為目前就纖維增強材料來說，還沒有設計標準出臺。另一方面，光傳感器可以嵌入纖維鋼筋的表面，既保護了傳感器及其線纜，又便于對這一類的土木工程結構進行控制和監測。

當前，世界上的很多橋梁都裝有光纖傳感器。法布里-珀羅光纖傳感器用于加拿大魁北克若夫爾橋梁的修復工程。將這些傳感器綁在由碳纖維復合材料制成的欄桿和鋼梁上，以監測纖維復合塑料結構的性能、橋板和橋梁的應變。結果表明，大橋通行情況下，溫度是影響應變的最重要因素。橋通行一年后，又進行了現場觀測。使用3輛25噸校準卡車對纖維增強塑料加固處進行應力評估，結果發現纖維增強塑料加固處的應力小于20με,，鋼梁應力小于120με。這就解釋了加拿大聯邦大橋嵌入光纖光柵傳感器，但是并沒有收到來自傳感器的任何數據的原因。在泰勒大橋上，將63個光纖增強傳感器、26個電測計加載在預應力處理后的碳纖維復合欄桿上，監測加固處在承受負荷時的最大應力。但是即使應變計密封良好，60%的電測計仍不能正常工作，原因是蒸汽養護后的混凝土梁橋濕度過大。當36噸重的卡車通過橋面時，纖維增強傳感器記錄的應力小于15με。

光纖光柵傳感器被應用在瑞士兩個橋梁上的實驗情況：在溫特圖爾，將光纖光柵傳感器捆置于碳纖維增強聚合物復合材料電線上來測量吊索的應變情況。截止1999年3月，光纖光柵傳感器已經在2000με的應力下穩定工作了三年。另一個實驗則是對一座行人天橋展開的。天橋的鋼索是由碳纖維復合材料構成的預應力鋼索，具體過程就是在碳纖維復合材料擠壓過程中將光纖維嵌入到碳纖維混合材料中。大多數的光纖光柵傳感器都可以承受170–190◦C的高溫樹脂固化處理和8000 με,的預應力處理，只有兩個由于脫落失敗。錨圈和索具在預應力處理過程中和其后的一年時間，都有令人滿意的應力監測結果。

使用長標距電纜傳感器得到橋梁整體變形和曲率的方法：將96根4m的長標距傳感電纜嵌入維何斯瓦大橋的兩端。根據提出的物理模式，當在橋面進行靜態載重實驗時，可測量總長度為一百米以上的橋的整體橫向和縱向變形情況。并且測量結果非常吻合。

跨越佛蒙特州的沃特伯里的威努斯基河67米長的鋼桁梁安裝光纖光柵傳感器，46個光纖光柵傳感器被嵌入橋板，只有一個傳感器損壞。并研制出了一種基于頻域的多路復用傳感器同時進行應力和振動的測量的工作。美國佛蒙特州威努斯基河的水力發電廠就是應用的這種光纖光柵傳感器。對發電設備進行首次低功耗測試監測時，監測到了一個異常頻率，這表明，傳動系中的某個主要齒輪失圓了。

光纖光柵應用于中國，哈爾濱理工大學的橋梁監測工作的情況報告表明，光纖光柵傳感器被裝在10座以上的橋梁上以監測應變、應力和溫度。例如，中國天津的永和大橋上就安裝了40個光纖光柵應變傳感器、10個光纖光柵溫度傳感器，以及96個光纖光柵電纜傳感器用于對主梁的應變、預應力鋼筋和鋼索的應力的監測。同時一種結構安全檢測系統用于監測第一座橫跨中國長江的斜拉橋，并成功運行光柵光纖超載車輛識別系統和遠程實時鋼索應力監測系統。

準分布式光柵光纖傳感器嵌入巖石錨栓以監控固定錨固長度內巖石的應變。為了提高德國埃德爾大壩的穩定性，對大壩進行了垂直錨固。這種準分布光柵光纖傳感器的制作過程是沿著光纖每隔一段距離就插入纖維拼接，使每一段都可充當應變計。配有光纖光柵傳感器的桿被放置在錨的中心。光纖光柵傳感器的數據表明，10m固定錨索長度中只有2-2.5m可以起作用并且這個值隨水位變化而變化。傳感系統在錨力為4500 kN的環境中仍然有效。

光纖監測系統也可用于極端暴露條件下的土木結構。例如，碼頭大廳的光纖光柵安全監控系統。該系統位于浪花區和潮汐區，并受從冬天-35◦C到夏天+ 35◦C溫度的影響。令人遺憾的是，光纖光柵傳感器的實用性并不高。傳感器嵌入后的一年，17個傳感器中的10個已經無法運作。傳感器失效的主要原因是連接器失效。制造缺陷、鹽晶體或其他污物導致了粘接劑連接器無法繼續粘合連接器外皮和光纖電纜。

一般土木建筑的應用：將光纖光柵傳感器安裝在一個五層65000平方英尺的混凝土結構上，主要用于施工階段應力監測、混凝土養護以及內部裂縫傳感。使用布里淵分布式光纖光柵傳感器對一幢建筑進行溫度分布監測。將1400米的光導纖維安裝在建筑物的表面。其表面的溫度變化一天之內通常維持在4◦C。

圖2：試件底部光纖的“交錯”布置

2.2 缺陷檢測

光纖傳感器用于土木工程的結構安全監測涉及對諸如裂縫、腐蝕和剝離等缺陷的檢測。裂縫檢測的依據是光傳輸的損失和以光纖傳感器為基礎的超聲波。腐蝕、酸堿值和氯化物含量的檢測則主要借助調色法實現。

使用光纖監控混凝土的裂紋尖端的形狀。其操作方法依據的原理是當纖維發生斷裂，混凝土中會出現裂縫并且裂縫程度會擴大，最終會影響光學纖維。然而,這個方法的適用范圍是有限的,因為裂縫區域纖維的聚合物涂層必須在混入混凝土中之前被移去，如果不能提前獲悉裂紋的位置則很難做到。

監測混凝土梁彎曲裂縫的方法：將光學纖維“交錯”置于混凝土梁底部(參見圖2)。當建筑結構中出現裂縫，除了90度以外，其他角度的交叉光學纖維都出現了彎曲。對混凝土標本的初步實驗結果顯示，該方法能檢測到裂縫寬度小于0.1mm的裂縫。最近,此方法被用來監視靜態加載下的多重彎曲裂縫、循環荷載下的裂縫和混凝土梁中應力作用下的收縮裂縫。然而,這種方法并不適用于檢測平行于建筑物表面的裂縫。還有一種基于光纖傳感器的技術，可以用來監測平行于建筑物表面的剝離情況。這個方法將單頻激光干涉儀置于物體表面，對被測試梁進行移動負載實驗。干涉儀的輸出代表了光學相移，且沿嵌入纖維和綜合應力成正比，當加載位置移動時，便可測得位移的曲線與負載的位置。實驗發現，位移與剝離位置和剝離程度密切相關。

光纖傳感器也可以被當作超聲波/聲學傳感器來檢測裂縫。利用分布式光纖傳感定位系統監測混凝土梁中的缺陷的方法，通過壓電陶瓷傳感器生成壓力波。光纖傳感器被置于梁的表面以監測超聲信號回聲。初步實驗研究表明，基于共振法，發現梁中有兩處模擬缺陷。

光纖傳感聲學傳感器可以監聽到混凝土結構裂縫中發射出的聲音信號。實驗表明，光纖光柵傳感器已經能夠接收到超聲波。

總的來說，這一領域的主要研究成果都是源于初步實驗。提出的方法要求預先了解裂紋的位置。超聲波方法不受裂紋方向的影響。以往的研究表明了超聲波能夠檢測混凝土結構中的剝離、空隙及裂紋現象。

關于腐蝕檢測，報告表明使用光纖傳感器的鋼筋腐蝕檢測技術是以顏色調制為基礎。當纖維極度接近（

光纖氯化物感應器用鉻酸銀粉末固定在光纖末端。在氯化物把紅褐色的鉻酸銀轉變成白色的氯化物的情況下適合使用這種感應器。顏色的變化增強了擴散在纖維中的光的強度。試驗結果顯示了氯化物濃度與光輸出斜率及時間曲線圖成比例。然而這種傳感器的缺點在于其并不是一種雙向傳感器，因此很難檢測不斷增加或減少的氯化物濃度。

分布式濕度和酸堿度檢測方法使用了表面貼裝了凝膠聚合物涂層和光纖的電纜。由于凝膠吸附水在水介質中膨脹，所以需要調制光纖維的損失。系統是在模擬實驗中測試的，目的是為了檢驗灌入后張混凝土結構鋼管道中的水泥漿的范圍。試驗可以確定出無水的空心區域。這種類型的傳感器通過選擇恰當的凝膠系統作為響應酸堿度變化的指示劑，能檢測出水泥漿酸堿度降低的區域。酸堿度的降低可能會造成鋼的腐蝕。光線傳感器系統用于測量混凝土中的酸堿度，這里的混凝土是指含有固定在高親水聚合物基質上的酸堿指示劑染料。酸堿度的變化由染料/聚合物系統的顏色變化來表示。即使在酸堿度12-13的腐蝕介質中，這種傳感器系統也表現出了穩定性。

2.3 光纖傳感器總結

與局部的準分布式（或多路復接）及分布式傳感器一樣，光纖傳感器在實驗室及實地測試中都有傳感能力。光纖傳感器在土木工程結構中的各種應用，如檢測應力、位移、震動、裂縫、腐蝕和氯離子濃度等都已得到開發。尤其是對橋梁、水電站項目及一些民用建筑的實地測試都證明了它的有效性。光纖傳感器可以在惡劣的自然環境中使用，有著較大的傳感范圍及較低的傳感損耗，并且具備抗電磁干擾功能，所以在土木工程結構的結構安全監測方面很有優勢。但是，因為土木工程結構中所用的光纖傳感器的研究都是比較近期的，最早的報告始于1989年，所以在現場實驗條件下是否會因老化影響長期感應能力有待進一步研究。光纖傳感器在一些結構中比較脆弱，而且一旦嵌入到混凝土中，若有損壞就會難以修復。使用光纖傳感器檢測缺陷及損壞的現場試驗還未經過充分的研究和記錄。

3. 壓電傳感器

根據電氣到機械的改革，壓電材料展示了其同步傳動裝置/傳感器的性能。壓電材料有很多不同種類，包括壓電陶瓷、壓電聚合物和壓電復合材料。最近，作為一個基于測量電抗阻和彈性波的主動傳感技術，壓電傳感器被引入到土木工程結構的結構安全監測中。

3.1電抗阻的結構安全監測方法

當工程結構上的壓電陶瓷片由一個固定不變的交變電場驅動時，壓電陶瓷片與其連接的結構中會產生微小的變形。由于激振頻率很高，所以只在非常接近傳感器的局部區域出現結構的動態響應。局部區域對機械振動的響應以電氣響應的形式轉回壓電陶瓷片。因此，可以通過測量壓電陶瓷感應器的電抗阻來直接檢測結構損傷。

通過使用壓電陶瓷片在鋼筋混凝土（RC）橋樣品上進行以抗阻為基礎的安全監測及損傷檢測。在橋的關鍵位置上裝有11個壓電陶瓷片。在裝入過程中掃描陶瓷片，以獲得不同階段的阻抗數據。結果顯示表面貼裝的壓電陶瓷片對其附近混凝土中裂紋的形成很敏感，但對那些離遠一點的混凝土中裂紋的形成則不敏感。對裝有壓電陶瓷片傳感器的混凝土梁（1000mm×100mm×500mm）執行兩套實驗測試。電導納抗實數部分的均方根差（RMSD）隨著樣件表面或內部損傷面積的增加而增加。一項新方法用于識別測定的導納特征中的等效結構參數（硬度、質量和阻尼器），經識別的參數用于描述損傷特性。這個方法被用于檢測桁架、橫梁和混凝土塊中的損傷。傳統的均方根差相只暗示了很少一部分損傷基質的性質情況，這個方法可更深入地了解損傷機制。測量壓電陶瓷片的等效電路參數，如靜態柔量、靜態電阻、動態電感、動態電阻與動態柔量等，以監測混凝土結構的應力和溫度。

3.2彈性波的結構安全監測方法

初步研究，在鋼筋上粘有壓電陶瓷片的情況下，監測加強筋與混凝土之間的脫粘現象。在執行器上使用了峰值為200V的5峰脈沖超聲波，并記錄分析了振幅和第一峰值的到達時間。發現接收信號的振幅以線性比例的方式增長至使鋼筋從混凝土上脫粘為止。當鋼筋是彈性的時，到達時間保持不變，而當鋼筋斷裂時，到達時間增長。同時使用了壓電及超聲波分析（PZFlex）軟件模擬傳感器的反應，以此作為鋼筋混凝土結構中的參數，如裂紋寬度、脫粘尺寸及不同鋼筋的位置。數值模擬表現出鋼筋混凝土結構中的裂紋不會影響傳感器的輸出。當結構中同時存在脫粘損傷和裂紋時，脫粘損傷控制著輸出信號。

通過將壓電傳感器粘到混凝土砌塊表面的方法，可以研究無損檢測的可行性。通過在檢測樣品表面放置不同質量的物品來模擬結構損傷。實驗結果表明模擬損傷的尺寸和位置與其轉移函數的振幅變化及自然頻率的變化密切相關。這些信號中的異常現象是可重復的，而且損傷導致的異象會有明顯的性質差異。

損傷主動質詢（ADI）技術：以監測修復混凝土與碳纖維復合材料（CFRP）之間的分層現象。如圖3所示，將壓電陶瓷傳感器連在碳纖維復合材料薄片上。橫梁尺寸為100×150×900mm,上面設10×25×100mm的凹口用于開始及加快分層過程。這個損傷主動質詢系統通過傳感器的寬帶激發主動質詢結構。傳感器信號可轉化成數字資料，則轉移函數、累加平均δ和執行器/傳感器的損傷指數就可以計算出來了。圖4顯示了損傷指數與負載的關系。當負載增加時，區域1中的損傷指數明顯增加了，而區域2和區域3中的損傷指數開始分別增至160kN和200kN。從而檢測了分層過程。且損傷的定位誤差只有0.67%。

圖3：粘在混凝土梁上的碳纖維材料上壓電陶瓷片的位置

圖4：隨外加負載的增加，區域1、2、3損傷指數的變化

可根據連續波分析基礎上不同的中心頻率彈性波能量來計算損傷指數，損傷指數可以準確表示出鋼筋混凝土梁中裂紋的產生和擴展。相比基于阻抗的方法，基于彈性波的方法可以檢測更大面積的區域。此外，基于彈性波的方法還可利用波傳播的更多信息來確定損傷，如轉移函數的振幅和相位、頻率的變化、振幅和到達時間。這種方法和基于電阻抗的方法都是主動傳感方法，但大部分結構安全監測技術都是以依賴被動傳感器測量值的被動傳感診斷法為基礎，從而確定結構條件或環境中的變化。然而，還需要進一步研究以驗證其可行性，從而通過結合其他技術，如無線通信、檢測損傷位置與嚴重性算法等來檢測混凝土構件和結構中的不同缺陷。

4. 自診纖維增強復合物

水泥或復合物基質中的自診（或自監測）纖維增強復合材料包含導電相，如碳纖維和導電粉等。這些復合材料能夠監測其自身的張力、損傷及溫度。研究表示碳纖維增強水泥可通過其電阻的變化來傳感張力和損傷。電阻在從高應力幅直至失效的過程中大大增加了。碳纖維復合材料與碳纖維增強水泥有類似的特性。將具有張力的碳纖維增強水泥的電阻變化分成三個階段：可逆傳感階段、平衡階段（電阻在這個階段幾乎不發生變化）及快速增長階段，這三個階段與加載過程中碳纖維增強水泥中裂紋擴展的不同階段相對應。

迄今為止，只有一些小規模的實驗室研究了碳纖維增強水泥和碳纖維復合材料。將碳纖維增強水泥涂層應用到受彎水泥漿梁的受拉和受壓側面上。在循環加載和卸載條件下，每個循環的受壓面上的涂層電阻出現可逆性降低，而在除第一循環的其他循環的受拉面上的電阻出現可逆性增長。由此可以看出，碳纖維增強水泥張力傳感涂層可用于水泥結構的安全監測中。碳纖維增強水泥-加強鋼筋混凝土梁的極限載荷與硬度略大于原始狀態鋼筋水混凝土梁的極限載荷與硬度。通過對電阻變化的測量，有較厚碳纖維增強水泥層的鋼筋混凝土梁對應力損傷和疲勞損傷的敏感度更高。還將含有短碳纖維的碳纖維復合材料涂層應用到砂漿試塊上，以此測量出張力。研究發現，超過了這些極限值，就會導致涂層內損傷。因此，可以很明顯看出，碳纖維復合材料涂層不能滿足實際應用的需要，不能夠在現實生活中監測水泥結構的性能。

碳纖維玻璃纖維增強型復合材料（CFGFRP）被設計用作一種極限伸長值較小的導電碳纖維與極限伸長值較大的中空玻璃纖維的混合物。在拉伸加載過程中，電阻會出現顯著的變化，這表明碳絲束失效。于是，因載荷受剩余的高伸長率玻璃纖維的維持， CFGFRP不會突然斷裂。因此CFGFRP有可能具有自診功能，而不會出現突發的失效。可預先報警構件的災難性故障，并通過使用具有不同極限伸長值的碳纖維來監測高張力值。CFGFRP已被用于安全系統，放置在具有發現和阻止盜竊功能的安全墻上。

使用自診纖維增強復合物為傳感器的結構安全監測技術是一項簡單的技術。這類智能材料的最明顯的優勢之一是它們既可以作為結構材料又可作為傳感材料。碳纖維復合材料與玻璃纖維增強塑料可被用作水泥的加固元素。與素混凝土相比，含有少量短纖維的碳纖維增強水泥具有較高的硬度和抗張強度以及較少的干燥收縮。實驗研究表明了這些纖維能夠監測自身的張力、損傷及溫度。與碳纖維玻璃纖維增強型復合材料（CFGFRP）相比，散布在玻璃纖維增強型塑料中的碳粉（CPGFRP）和混合碳纖維復合材料（HCFRP）有更好的敏感度。但是，迄今為止還未開發出這種材料在土木工程結構的結構安全監測方面的現場應用。此外，還需要提高自診纖維增強復合物的傳感重復性。有很多因素影響著自診纖維增強復合物的重復性，包括：（1）導電材料在矩陣中的分布狀態；（2）因溫度、濕度和橫向效應造成的電阻變化；（3）因循環加載過程中傳感材料與界面損傷造成的電阻不可逆增長；（4）電阻測量方法與材料的準備。

5. 磁致伸縮傳感器

鐵磁材料的特性為，當將其放在磁場中時，它們就會出現機械變形，這個現象稱為磁致伸縮效應。當材料出現機械變形時，材料的磁感應強度發生變化，這種倒轉現象稱為倒轉的磁致伸縮效應。根據這些現象，發明了一種磁致伸縮傳感器（MsS）,這種傳感器可不直接接觸材料表面就能產生及檢測受驗鐵磁材料的導波。

用磁致伸縮傳感器（MsS）可檢測鋼管混凝土結構的內部空隙與夾雜物。這表明極致伸縮傳感器可以產生傳播于鋼管內的不同導波模式，并且這些導波對管內的缺陷很敏感。接收波振幅隨著缺陷與夾雜物的增多而降低。為克服磁致伸縮傳感器（MsS）的主要缺點，即只傳送相對較低的超聲波能量，研發了一個結合了壓電陶瓷和磁致伸縮傳感器的混合方法。這種方法對鋼筋水泥界面的檢測很有效。根據逆向磁致伸縮效應測量了鋼絲繩的應力。磁致伸縮傳感器（MsS）的精度小于3%，但溫度的干擾會影響精確度。溫度的兩個極端值即10℃和50℃之間的差為6%。使用離散小波變換從磁致伸縮傳感器檢測出的信號中提取了對損傷敏感的特征，從而構成一個多維的損傷指數向量。然后將損傷指數向量提供給人工神經網絡，以便對多股線的缺口尺寸及缺口位置進行自動分類。

6. 結束語

智能材料/傳感器在土木工程結構的結構安全監測方面蘊藏著巨大潛力。其中一些當前已經實際應用，而其他的還在實驗室中進行評估。光纖傳感器是土木工程的結構安全監測應用的多功能傳感器。光纖傳感器在土木工程結構中的不同應用，如應力、位移、震動、裂紋、腐蝕和氯離子濃度的檢測作用都已被開發出來。光纖傳感器可以在惡劣的自然條件下正常工作，具有較大的傳感范圍，較低的傳輸損耗，抗電磁干擾和分布式傳感的功能。但是，在現場實驗條件下的光纖傳感器是否會因老化影響長期傳感能力還未完全確定，需進一步研究。而且光纖傳感器在一些結構中比較脆弱，一旦嵌入到混凝土中，若有損壞就會難以修復。

基于電阻抗和彈性波方法，壓電傳感器可被用作土木工程結構的結構安全監測中一項主動傳感技術。抗阻方法取決于自感知執行器概念，也是一種定性方法。以彈性波為基礎的方法可以檢測出更大面積的損傷，而且這種方法還可以利用波傳播引起的附加信息來確定損傷。

自診纖維加強復合物也可作為傳感器，并且為土木工程結構的結構安全監測提供了一種非常簡單的技術。這類智能材料的最明顯的優勢之一是它們既可以作為結構材料又可以作為傳感材料。

磁致伸縮傳感器（MsS）僅僅通過改變線圈或磁鐵形狀就可以產生不同的導波模式。這種傳感器可以不使用任何的耦合劑就能工作。導波因其能夠進行遠距離檢測，所以有著很大的監測潛力。但是，磁致伸縮傳感器只適用于鐵磁材料，只能傳送低信噪比的較低超聲波能量。

結構安全監測系統必須具有監測損傷的位置及嚴重程度的綜合能力。但是，迄今為止許多在土木工程的結構安全監測中使用的智能傳感器/智能材料的應用研究都涉及智能傳感器的傳感能力。換言之，用傳感器的數據就可以直接監測出結構中的一些損傷。而另一些損傷只能通過特殊的診斷方法間接檢測出來。重要的土木工程結構通常是比較大型的建筑。所以，要裝備很多傳感器來檢測結構的安全狀況。實際土木工程的結構安全監測很大程度上取決于診斷算法。因此，土木工程的真正的結構安全監測系統是集智能傳感器/智能材料、數據傳輸和高級診斷方法為一體的。

參考文獻

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篇（9）

在現代經濟的作用下，土木工程市場逐漸擴展，這從根本上刺激了現代土木工程專業教育教學模式的轉變。我國土木工程專業人才培養模式基于傳統教育模式的影響，培養目標定位于應試技能、知識的實現，專業設置上缺乏專業交叉，教學模式采用“說教”、教師單向授課方式等，這種人才培養模式嚴重阻礙了市場環境下人才模式的形成，雖然近年來素質教育的推行、教育體制改革的實施在一定意義上促進了教學課程的更置，但是，就教學模式實踐效果來看，土木工程專業人才的培養模式仍具有一定缺陷，因此，必須進一步改善人才培養模式。

一、現代土木工程特點

在現代市場經濟的刺激下，土木工程越來越表現出個性化和綜合性的特征。一方面，土木工程是一項系統性、規模化的工程，其包括勘探設計、施工、驗收等環節，各環節中涉及到材料、設備、管理、技術等多方面的知識，需要運用地質勘探、工程測量、土力學、工程學、經濟學、管理學、計算機等多種知識與技能實現，這就要求土木工程人員具備綜合性、專業性的知識以及技能。另一方面，每一項土木工程都存在自身的內在結構、環境特征、技術要求等，這就要求具有規范化的標準進行支持，但是，就現階段土木工程理論研究來看，其并不具備相應的技術、設備、監理、設計、施工等行業標準，這就需要土木工程設計人員、施工人員、管理人員等具備相應的技術經驗，并根據各項土木工程的個性特征，進行規劃、設計、施工等。現代土木工程的特點具體可以從以下幾個方面體現：

1.建筑材料方面。隨著現代土木工程的不斷發展，越來越多的新材料逐漸應用到工程建設領域，如鋁合金、鎂合金等已經獲得了廣泛的應用。但是由于這些材料的成本稍高，所以在應用的過程中受到不同程度的限制，如何促進其更有效的應用仍然需要我們不斷的探索。同時，在鋼材和混凝土的強度方面也取得了一定的進展，并且在實際工程建設中得到了良好的驗證。

2.工程地質和地基方面。在土木工程建設過程中，地質和地基是影響工程使用功能發揮的主要因素，同時也決定了工程基礎設計是否科學合理等，尤其是對于地下工程來說更是十分重要。因此在土木工程的地質和地基勘察技術方面也在不斷地進步，當前主要以現場鉆探取樣、室內分析為主，雖然在勘察的準確性方面有一定的保證，但是仍然不夠完善，這也是需要我們在日后的工作中需要不斷研究和探索的主要項目。

3.工程規劃方面。在以往的土木工程規劃工作中，大多是同時提出多個施工規劃方案，通過分析和對比從中選擇最佳方案。然而，現代土木工程建設的規模不斷增加，仍然使用傳統的評價方案在效率方面受到限制，所以必須要依靠現代科學技術，運用系統工程的理論和方法促進工程規劃效率的提升。對于特大型的土木工程，如水壩等，對于自然環境和生態平衡會產生一定的影響，所以更加需要通過科學的理論和方法對其進行有效的規劃，做到趨利避害，才能保證土木工程的持續發展。

4.工程設計方面。在土木工程的設計方面，越來越多的注重其經濟性和安全性，同時也更加關注工程的美觀性，所以在確定工程的荷載值和材料的強度值方面已經開始引入概率統計方法，對于自然界的各種因素從時間和空間上進行全面的分析，同時加強對材料彈性模量、強度的分析，促進土木工程結構的不斷優化。同時，計算機技術也為各種計算和優化提供了必要的方法和技術，這也促進了土木工程設計效率的提升。

5.工程施工方面。

隨著土木工程規模的不斷擴大，工程施工所應用的設備、機械等也逐漸向著大型化、自動化的方向發展，而且自動化程度正在不斷的增強，能夠滿足各種不同環境下的作業需求。在施工組織設計與管理方面，也有著較為科學的理論體系做基礎，能夠提高作業效率的同時，縮短工期、降低造價，促進土木工程經濟效益和社會效益的增加。

二、土木人才的知識、能力與素質結構

在土木工程特點的作用下，土木工程人才必須具備相應的知識、技能與素質，為土木工程建設提供最強的支持力。

其一，知識結構：專業性知識與綜合性知識的集合。土木工程的特點決定了土木工程人才不僅具備專業性的知識理論，如數學、力學、勘探知識等，而且要具備相關的社會人文知識，如經濟、文化、法律、宗教等。其二，能力結構。理論聯系實際的能力：由于土木工程沒有標準性參照，在施工過程中，只能依據經驗對個性工程進行設計與建設，因此，要求土木工程人員將理論知識轉移到實踐之中，根據不同的工程利用不同的原理。計算機能力：在信息技術的刺激下，面對復雜的土木工程，土木工程人員必須具備強硬的計算機能力，運用計算機設計、優化與選擇方案，模擬結構試驗，進行數據傳輸等。社會組織能力：土木工程的規模性特征，不僅要求實現工程內部人力資源的優化，而且要協調施工集團與社會之間的關系，尤其在一些關鍵性的利益問題上，需要土木工程人員發揮紐帶鏈接的作用，因此，要保證土木工程正常施工，必須具備一定的社會組織能力。其三，素質結構。人文素質：土木工程影響到社會、環境、資源等各個因素，這就要求土木工程人員樹立可持續發展的觀念，提升社會責任感，端正自身行為，以此保證土木工程綜合效益的實現。職業素質：土木工程施工環境差、工作負荷大，這就對工作人員的職業素質以及個人素質提出了更高要求，因此，工作人員必須以良好的職業道德和個人精神，來支撐土木工程質量的實現。

三、土木工程專業人才的培養模式的完善途徑

土木工程的特點對現代土木工程人才的培養提出新挑戰，專業型、復合型的社會人才為改善人才培養模式提供了標準參照，因此，在教育教學中，要以調整課程結構、轉變教學模式、關注操作實踐等手段，來實現人才的培養。

1、優化課程體系

系統性、專業性的課程體系是展開教學的基礎。在傳統教學中，土木工程專業課程設置具有狹隘性，其僅僅涉及到建筑工程、巖石工程、交通工程、橋梁建筑等，雖然具有較強的專業性，但是，其綜合性不強，因此，在課程設置中，要進行綜合性知識的設置，并以專業走向為標準，加強專業課程的選擇。其一，落實基礎教學。基礎知識是學生展開深度學習的基礎，在課程設置中，尤其在低年級教育中，要以全面化的知識豐富學生的認識，不僅要開設專業課程，而且要將經濟學、法律、管理學等相關性的課程融入其中，促使學生適應土木工程綜合性的特征。其二，提升專業教學。在土木工程個性化特征的影響下，學生的專業能力、理論聯系實際的能力被提升，這就要求關注專業教學與實踐教學，以專而精的專業課程提升學生的專業知識和技能，使學生了解土木工程師可能遇見的問題，并盡可能提出相應的解決方案。

2、精選教學內容

土木工程教學內容較多，這提升了學習難度，在教學中，要做到重點教學，避免眉毛胡子一把抓。其一，選擇重點內容。在內容選擇中，要將實用強的內容作為首選，如勘探技術、施工設計、建筑工程等，舍棄那些與生活實際相距較遠的內容，這不但減少了教學容量，而且增強知識的實用性。其二，創新教學內容。市場環境下，土木工程特點發生了顯著變化，注入了一定的新元素，而且這些元素在今后將繼續影響土木工程發展，因此，在教學中，要將這些內容補充到教學之中，如計算機技能、市場發展趨向、勘探新技術等，以便于學生應對將來的土木工程市場。

3、轉變教學模式

傳統的教學模式基于教師力量的發揮，而并沒有關注到學生的主體性，這就影響了學生學習積極性的提升，再者，單一的知識型、技能型教學，使得能力和素質教育被放置于教育教學的邊緣，這就造成學生片面化的發展，進而不能適應土木工程綜合性的要求，因此，在教學中，必須轉變教學模式，關注學生的主體地位，堅持素質教育。其一，多模并用，強化實踐。在基礎知識學習中，強化學生的自學能力，以問題教學方式，激發學生思考，并針對學生提出的問題進行解答；在技能教學中，關注學生的實踐能力，以綜合性大作業、專業性設計等，增強學生對知識理論的理解力；以案例教學、試驗教學、場景教學等方式，提升學生的理論知識應用能力；以專題討論、專家講座、研究小組等形式，提升學生的合作力、言語表達力、展示力；以競爭活動、課外實踐、培訓實習等方式，促使學生獲得直接經驗。其二，以生為本。學生個體差異性突出，在教學中，要根據學生的能力特征、興趣愛好、思維走向等進行多元化教學，既要關注學生的最近發展區，提升學生的基礎掌握能力，又要把握學生的個性特征，通過層次化教學、一對一教學、輔導教學、小組教學、個性評價等方式，促使不同層次的學生獲得能力性和素質性的發展，進而實現全體學生的發展和學生發展的全面性。

4、注重專業教學的實踐性教學

實踐應用教學在當前土木工程專業人才的培養中具有重要的作用，是促進土木工程展業人才適用于當前建設實際的基本前提。突破傳統的教學模式，結合現代科學技術及教學規律，建立具有一定實踐性的課程設計，根據培養目標機能力為中心，構建相輔相成的教學體系，凸顯教學過程中的創新、基礎和綜合相結合的現代教學特點。首先，一定要精心設計理論及專業課程建設，在生產實習中，可以將學生分為不同的工程建設組，由專門的教師帶入實際的進行教學，在實際的土木工程建設過程中，調度學生，講解施工過程的具體問題。通過學生自身的總結和領悟，才能夠更好的促進其專業基礎知識的強化，并形成科學的專業思維。其次，對當前土木工程建設的人才需要進行科學的調研，根據實際來進行專業人才的培養，一方面提高了學生的社會適應力，另一方面提高了現代土木工程建設領域的專業人才建設。

四、現代土木工程發展趨勢

1.工程中使用的原材料逐漸向高性能材料發展

鋼材將朝著高強、具有良好的塑性、韌性和可焊性方向發展，美國、日本、俄羅斯等國開始將屈服點為700N/mm2以上的鋼材列入了規范。高性能的混凝土及其它復合材料也在向輕質、高強、良好的韌性和工作性方向發展。

2.環境工程

在工程建設中，土木工程與環境工程融為一體，環境問題尤其是氣候變異的影響越來越受到重視。海水上升、水污染、沙漠化等問題均與人類的生存發展息息相關，同時也和土木工程有著必然的聯系。因此，工程建設過程中的噪音、振動等都是土木工程師必須要考慮的主要問題。

3.發展高新技術，應用結構健康監測，實現可持續發展

近年來，隨著現代傳感技術、計算機與通訊技術、信號分析與處理技術及結構動力分析理論的迅速發展，推動了土木工程的革命性變化。結構健康監測系統通過在結構上安裝各種傳感器，科學有效地提供結構養護管理的決策依據，這就延長了結構的使用壽命，也基本解決了建筑過快老化損壞，實現建筑使用的可持續發展。

總結：

適應于現代土木工程個性化和綜合性的特點，現代土木工程人才培養模式必須轉變傳統的教育教學模式，關注學生學習主體性的發揮，以培養專業型、復合型、技能型學生為目標，通過調整課程結構、優化教學內容、實踐人本教學、加強實踐訓練等方式，來實現現代土木工程專業人才的培養。

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0162-02

一、引言

2010年6月23日，教育部在天津召開“卓越工程師教育培養計劃”啟動會，大會闡明了該計劃的目的和意義：“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010―2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010―2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務，對促進高等教育面向社會需求培養人才，全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用。

本文將結合土木工程的特點，以嘉應學院土木工程專業為載體，以“高級技術技能型人才培養試點項目”為總綱領，對培養體系進行初步研究，旨在提高土木工程專業的教學質量、提升土木工程專業畢業生的質量，為經濟建設和新型城鎮化培養“高級技術技能型人才”。

二、培養體系

土木工程是一門理論性和實踐性都很強的學科，其課程體系復雜，涵蓋的知識面非常廣泛，土木工程專業學生的培養模式一直以來高等教育屆的研究熱點和難點，因為該專業的學生今后直接從事工程建設和管理方面的工作，與國民經濟經濟息息相關。作者在做了大量調研、查閱大量參考文獻的基礎上，結合土木工程學院的教學經驗，初步建立高級技術技能型人才的培養體系。

（一）調查分析

“沒有調查就沒有發言權”，要建立高級技術技能型人才體系，必須對土木工程的發展現狀及趨勢、社會需求等方面進行系統的調查。土木工程專業畢業生的社會需求量和就業形勢在未來幾十年中是比較樂觀的，尤其是新型城鎮化的實行，但也存在一定的風險，即高校的擴招和大量高校增開土木工程專業，所以是機遇與挑戰并存，在這種情況下更應該注重人才培養質量，實行高級技術技能型人才計劃。

根據對近三年來用人單位的反饋意見，重點對不足之處進行總結，這樣可以為高級技術技能型人才培養計劃的制定提供參考，大致可以歸納為以下幾個方面：（1）學生缺乏動手能力相對較差；（2）對一些較新的設備如全站儀等不夠了解；（3）對工程常用軟件不夠熟練，甚至根本不會；等等。

四點主要的反饋意見，側重點雖然不同，但究其根本還是學校教育與社會要求的銜接不夠，導致在學與用之間存在太多的差異，要解決這些問題只有傾聽用人單位的要求，按土木工程師的標準對學生進行培養，才能縮短畢業生的適應期，盡快成長為卓越的土木工程師。

（二）高級技術技能型人才培養特點

高級技術技能型人才培養計劃的最終目標是培養優秀的工程技術人員，因此，在培養過程必須圍繞這一終極目標，高級技術技能型人才培養應具有以下特點：

1.土木工程相關企事業單位、政府職能部門等應深度參與培養過程。卓越土木工程師的培養離不開社會需求這一大趨勢，土木工程相關企事業單位、政府職能部門等最了解社會需要什么樣的人才。因此，在制定培養計劃、實施培養計劃等必須有這些部門的直接參與，形式可以多樣化――定向為相關企事業單位、政府職能部門培養人才；定期邀請相關人員為學生做職業規劃、工程技能培訓等；為學生提供實習、實踐機會；為學生提供創業機會；等等。

2.強化培養學生的工程能力和創新能力。工程能力和創新能力是卓越土木工程培養目標，因此，在教學和培養過程要引導學生將知識與能力結合起來，既要培養學生掌握工程技能，同時，要注重對學生創新能力的培養。

（三）高級技術技能型人才培養目標

“高級技術技能型人才培養計劃”的目標是“培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才”。在此基礎上，考慮到土木工程的特殊性，對高級技術技能型人才培養目標進行細化即“綜合素質高、實用型、創新型”。

1.綜合素質高：土木工程師是特殊的職業，既是工程技術員，又是管理者、協調者，這樣就對其綜合素質提出了更高的要求。因此，在培養過程中除了注重專業知識和技能外，必須培養其綜合素質、培養其人際交往能力、培養其組織管理能力等，注重“通識教育”。同時，土木工程是艱苦的行業，必須去施工現場、去基層，因此要注重培養學生吃苦耐勞的精神，培養良好的身體素質。

2.實用型：土木工程是應用型專業，要培養學生綜合運用專業知識解決實際復雜技術問題的實踐應用能力。這一方面的研究及主要對策很多學者在“應用本科人才培養”這一課題中已經做了較為系統的研究，這與高級技術技能型人才培養是一致的，這里不再做過多的闡述。

3.創新型：土木工程師必須嚴格按照相關規范來展開工作，在很多情況下是不容許有創新的。但在培養過程必須要注重創新能力，在實踐性環節也必須增設開放性、探索性的實驗，因為土木工程師既是現行標準、規范的執行者，也是土木工程發展的生力軍，或者說是未來標準、規范的制定者。

（四）高級技術技能型人才培養方案

在確定培養目標的基礎上，制定高級技術技能型人才培養方案，具體可概括為以下幾個方面：師資隊伍專業化、課程設置實用化及考核方式多樣化。

1.師資隊伍專業化：大學作為高等教育和科學研究的高地，歷來重視教師隊伍的理論水平和科研能力，往往忽略了其專業化程度。作為土木工程專業，要培養出理論水平高、實踐能力強的學生，必須要有教授，也要有高級工程師，特別是企事業單位具有豐富經驗的高級工程師，這一點可以通過聘任客座教授或兼職教授的形式來解決。當然，這些客座專家必須能真真切切的參與到人才培養中來，主要承擔實踐教學環節的教學任務及職業技能和職業道德的培養任務。

3.課程設置實用化：土木工程專業的課程體系復雜，涉及的知識面很廣，且市場上的教程也是五花八門，質量良莠不齊，因此，在設置課程、選用教材時必須嚴把關，要以“實用化”為根本原則，開設與工程實際聯系緊密的課程，選擇案例較多的教程，避免過多的理論。在制定課程計劃時，可以邀請施工單位、勘察設計單位、監理單位及其他相關部門的專業人士參與，多聽聽市場的聲音，做到有的放矢，這樣培養出來的畢業生才可能與工程實際更好的銜接，更快地進入工作角色，更快地成長為卓越的土木工程師。

3.考核方式多樣化：目前，大學中課程的考核方式還是以閉卷考試為主，該考核方式在選拔性測試中，具有其天然優勢――客觀、相對公平，但在大學里主要目的是考查學生對知識的理解、應用能力，那么該方式就相對落后了，特別在土木工程這一應用性非常強的專業中，其弊端更加突出。為了促進土木工程教學質量的提高，滿足卓越土木工程師的培養計劃，應該將考核方式多樣化，根據課程特點靈活設定考核方式。

（五）高級技術技能型人才培養途徑

高級技術技能型人才的培養途徑可以從以下幾個方面考慮：教學內容信息化、教學內容規范化、校企交流常態化和教學方法多樣化。

教學內容是根本，為了適應社會的發展和需求，教學內容必須信息化，要能跟得上知識更新的速度，不可守著“老黃歷”固步自封；為了使學生對工程規范有直接的理解，教學內容必須規范化，盡量去掉過于理論化和枯燥的知識，以規范為藍本進行教學。校企交流常態化和教學方法多樣化也是必不可少的，學校與企業的交流可以明確社會需要什么樣的人才，可以及時了解企業和有人單位的反饋意見，及時調整和修改培養體系中的薄弱環節；教學方法和手段直接影響到學生的學習積極性，如果一味“填鴨式”地灌輸，往往事倍功半，因此，必須按課程的特點選擇合適的教學方法，激發學生的興趣。