時間：2023-10-31 11:04:41
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關鍵詞： 土木工程 本科教育 計算能力 實踐環節
1.引言
土木工程專業的大學生開設課程多，對理論和計算能力要求高。隨著最近十年各大專院校逐年擴招及擴充專業，據不完全統計有三分之一的高校開展了土木工程本科教育，學生人數是十年以前的十幾倍，土木工程專業本科學生以前就業以設計院、科研單位、高校為主，動手計算工作專業分工明確，但現在學生的就業以施工企業一線為主，要求土木專業學生有更強的綜合動手計算能力，要求既能夠紙上驗算也能利用計算機進行計算，小到規范驗算，大到利用軟件數值計算都應該比較熟練。計算能力已經成為土木工程專業學生所必須的素質，提高在校學生的計算能力已經成為亟待解決的問題。
2.提高土木工程學生計算能力的途徑
根據日常教學和工程實踐提出以下幾條提高土木工程專業學生計算能力的有效途徑，對往屆該專業學生工作后追蹤表明實際計算能力的培養顯得尤為重要。
2.1 注意基本計算方法的練習
教學中每個專業都有自己的主干課，比如土木工程專業課中的結構力學課程，它的力法和位移法解題，比如鋼筋混凝土工程中的彎、壓、剪、扭解題方法，對于該類課程中的計算方法和經典范例專業老師應該重點講解，做到每個學生聽得懂，理得清，更重要的是會計算，課堂上留有答疑時間，課后作業應該向這個方向傾向，考試過程中有所體現，從而增加學生對這方面的重視。
土木工程專業教師本身應該多參與工程實踐，參加國家規范和行業規程類的職業培訓，提高自己的見識，通過土建類相關的職業資格考試來驗證自己的計算能力，盡量具有教師和工程師雙重身份，從而比較順利的掌握工程計算的側重點和未來走向，讓學生計算能力的提高有的放矢，適應幾年以后的畢業后工作實際。
2.2 重視畢業設計環節
土木工程專業設置了大量的實踐環節教育，一般四年時間內會有三次實習還會利用大約一個學期的實踐來進行畢業設計。很多學生甚至學校對實踐環節走過場現象嚴重，畢業設計抄襲較多。這種行為嚴重影響了本科生的培養質量，出現了學生似懂非懂，可能理論頭頭是道，但是接觸到實際問題不知如何下手。
對于從事畢業設計指導的老師要真正負起責任，每個教師指導本科生數量控制在五個以內比較合適，畢業設計是對大學四年學習內容的總結，從宏觀處把握知識，設計過程應該熟練，知道先做什么后做什么，能把專業課程串聯起來，加深學生對專業的深刻認識。畢業設計老師要做到每天有指導，學生要每周有驗收，靜下心來進行計算，借鑒相關實例，很多內容在計算中出現錯誤，推倒了重來，計算的印象更加深刻。堅決杜絕畢業設計期間長期外出實習，看似學到一些知識，實際上從提高計算能力的角度屬于本末倒置。
2.3 重視課程作業和課程設計
土木工程專業學生需要利用理論力學、材料力學、結構力學解決工程實際問題，掌握鋼結構、混凝土結構等的設計方法，在開設這些課的同時，對應的隨課作業還是比較重要的，它是理論知識在課堂以下的一種重現和反饋，課程作業應杜絕抄襲現象，對課程中應該隨機設置習題課，糾正計算中的共性問題，對于該種共性問題在考試題目中應該有所體現，給學生計算的動力。
對于主干專業課，比如混凝土結構、鋼結構、單層廠房、地基基礎等都會相應的設置課程設計，課程設計是提高計算能力的基石，它從微觀處著眼學生的紙面驗算能力，這種能力在實際工程中應用很多，給個具體工程背景，參照現行規范規程進行設計和驗算，解決學生上手具體問題比較困難的能力，課程設計的真題真做很重要。作為專業教師在具體指導過程中應該正確引導，做到一人一題，類似題目數字也要變化，防止學生抄襲，能手寫的設計盡量手寫，抄一遍也會增加學生的印象，在時間允許的條件下盡量做到課程設計答辯制度。
2.4 提高計算機應用能力
計算機應用已經成為一門基本技能，此處在工程上的應用是借助計算機軟件平臺提高解決工程實際問題的能力。從辦公軟件EXCEL中公式的編輯到利用計算機語言實現一些算法，從CAD輔助制圖到CAE輔助工程，從結構力學的力學求解器到MATLAB和PKPM軟件的使用，甚至利用大型計算軟件ANSYS計算與分析結構，學習期間都應該根據專業方向和學習興趣由熟悉到精通的學習，對于工作中計算方面獨當一面大有裨益。
計算機應用能力往往是土木工程專業學生的軟肋，學習中正常的計算機應用還可以，比如CAD畫圖，但是其他軟件計算方面存在缺陷。當然原因是多方面的，其中最主要的是當今高校在人才培養、課程設置上和實際工程存在偏差，應該多開設一些計算機應用方面的課程，如果必修課的形式在時間上不允許，可以在課余時間開設一些選修課，當然對教師自身計算機應用的水平提出了要求。最后的畢業設計推薦使用手算示范和整體軟件計算相結合的方式。
3.結語
針對土木工程專業學生計算能力的要求越來越高，從基本方法練習環節、畢業設計環節、課程作業和課程設計環節、計算機應用能力培養環節提出了提高該專業學生計算能力的途徑，希望對土木專業教育工作者有所幫助。
參考文獻
[1]鄒北驥.理工類計算機基礎教育應面向工程計算能力培養[J].學科建設與教學研究
[2]趙玲.土木專業大學生計算機應用能力研究[J].高等建筑教育
論文關鍵詞：土木工程；畢業設計；創新能力；實踐
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。
（3）嚴格答辯程序，客觀評定設計成績。學院要成立答辯工作領導小組和答辯委員會，下設答辯小組，分別由4～5名教師組成。答辯前，學生將獨立完成的畢業設計交給指導教師審閱，指導教師給出評語和成績后由評閱教師評閱，然后決定是否可以進入答辯程序。這些順序決不能任意調整，流于形式，也不能減少任一程序。對不遵守紀律、抄襲他人或者下載網上設計的學生，取消畢業答辯資格，絕不姑息。學生的畢業設計成績由開題報告成績、中期檢查成績、指導教師評定成績、評閱教師評定成績和答辯成績五部分組成，各部分所占比例建議分別為5 %、5 %、50 %、15 %、25 %。對畢業設計成績評定要求科學、嚴格、客觀、公正，標準統一。對畢業設計進行客觀、合理的考核，對促進學生充分發揮積極性和主動性，對做好畢業設計和提高畢業設計質量起到重要激勵的作用。
【關鍵詞】土木工程；節能環保技術；應用
1引言
現階段，隨著土木工程施工數量的增加以及對施工質量的高要求，引發了一系列環境污染問題，然而一直也無法找到十分合理的解決辦法，導致土壤資源和自然生態環境遭到了嚴重破壞。把節能環保技術運用到土木工程施工中，不僅可以有效地控制環境污染，通過使用環保材料和技術使土木工程的施工朝著生態化、綠色化方向發展，還可以有效地保證土木工程施工的質量。
2節能環保技術在土木工程施工中應用的重要意義
1）改善環境污染問題。隨著經濟的快速發展和城市的集中化構建，大量的土木工程項目實施雖然可以給人們的學習生活提供很多方便，但也產生了大量的污染源，比如固體有害品、粉塵顆粒等。為了有效地改善土木工程施工給環境造成的污染和破壞，我們需要合理地將節能環保技術應用到土木工程中，同時強調自然資源的科學分配，減小能源的浪費。2）有利于土木工程施工的現代化和環保化。針對現實生活中的土木工程施工任務，由于其耗時長、成本高的特征，一般來說土木工程的質量不易控制。節能環保技術在土木工程施工中的普遍使用，不僅可以有效地控制土木工程的成本預算及質量，還可以為土木工程制定低消耗、高效率的發展方向，符合當代社會現代化和環保化的發展戰略要求。3）提升生活質量。由于經濟和科技的快速發展，人們對于自己的居住環境也有了更高的要求。節能環保技術的使用可以給人們的生活環境帶來巨大的轉變作用，通過在土木工程施工過程中采用一些新型的環保材料，減輕傳統的工程材料產生的污染，為人類構建一個低碳、節能、綠色的家園。4）提倡節能環保的發展理念。為了提高創新企業的管理水平，制定企業的可持續發展戰略目標，這就要求在土木工程的施工任務中必須采用節能環保技術，并學會合理運用，發揮其優勢。科學合理的使用節能環保技術，緩解土木工程施工時出現的高損耗、質量良莠不齊的問題，在一定程度上降低施工成本，積極響應政府政策，堅持傳播節能環保的發展理念。
3節能環保技術在土木工程施工中應用面臨的問題
目前來說，節能環保技術的應用前景非常良好，但由于我國傳統的土木工程企業數量較多，再加上對節能環保技術的了解不夠全面，一時很難轉換角色，所以限制了節能環保技術在施工中的普遍應用，施工質量也不能得到有效的保障。
3.1缺乏節能環保意識
想要將節能環保技術廣泛地應用于土木工程的施工過程中，需要使整個土木工程行業充分了解到節能環保技術的優勢以及產生的積極作用。但是，在現實情況中，一部分施工單位對節能環保的理念并不足夠了解，缺乏節能環保意識，仍然習慣沿用原先的工程技術和材料，而忽視了給周圍環境造成的惡劣影響，從而影響著土木工程施工的可持續發展。
3.2缺乏完善的節能環保管理機制
一些施工單位在進行土木工程項目施工時，只是單純地使用了節能環保技術和環保材料，而沒有考慮到如何提高節能環保技術在土木工程施工中應用的效率，缺乏一個完善的節能環保管理機制，比如施工細節不完善、工作范圍劃分不清等問題，導致有一些施工人員在實際施工過程中，可能并沒有嚴格根據節能環保技術標準和規定進行施工，這樣就極大地影響了節能環保技術應用的效果，進而影響了土木工程的施工質量。
3.3缺乏對施工材料的控制
由于土木工程的施工過程中所使用的施工材料種類較多、數量較大，同時建筑工程的功能性和舒適度的體現都與施工材料有著密不可分的聯系，選擇合適的環保施工材料，不僅可以增強建筑物的恒溫性、隔熱性、防水性和堅固性，還可以減小對環境造成的污染。假如在土木工程施工時采用了質量不達標的施工材料，必然會極大地降低建筑物的性能，嚴重影響到施工單位的信譽，另外還會給附近環境帶來一定的污染問題。
4節能環保技術在土木工程施工中應用的有效策略
1）提高節能環保意識。為了加快節能環保技術在土木工程施工中的普遍應用，需要讓施工單位更加全面的了解節能環保技術在土木工程施工中應用的巨大影響作用，提高所有相關人員的節能環保意識。一方面，針對施工單位的所有相關施工人員，要加強對節能環保技術的相關概念的傳播力度，定期對員工進行節能環保技術的培訓和考核，提升其對節能環保技術的關注度。另一方面，針對社會大眾，開展一些與節能環保技術相關的講座，使人們更好地認識到節能環保的重要性，進而督促施工人員的施工過程，有利于土木工程質量的提升。2）建立完善的節能環保管理機制。為了加強對土木工程施工中應用節能環保技術的監管，施工單位需要建立一個完善的節能環保管理機制，第一，要從不同人員的角度出發，考慮到每個職位、每個施工人員的相關工作，進而保證土木工程施工的正常運轉。第二，由于土木工程的復雜性、動態性的特點，需要對施工的整個過程進行細化，要將管理機制落實到每一個點上。第三，施工單位可以聘用專門的監管人員，對節能環保的應用進行有效的監督管理，提高施工效率。3）嚴格控制施工材料的選擇。隨著土木工程行業的快速興起，建材市場中施工材料的品牌越來越多，質量參差不齊。在具體的施工材料挑選時，首先要對土木工程的施工項目進行實地考察，考慮到各種因素及情況，根據分析結果購買性價比高的的環保施工材料。傳統的土木工程使用的施工材料一般為石頭、木材等，這些材料會給周圍的環境帶來嚴重的粉塵顆粒污染，不利于生態環境的可持續發展。所以，在選擇施工材料時，優先選擇采用一些高分子復合環保施工材料，從而確保施工的質量。
關鍵詞：土木工程；建筑節能；經濟發展
一、引言
當前，我國正處在城鎮化和工業化快速發展的重要時期，面臨著來自各方面的挑戰和矛盾。其中，能源問題已經成為了影響發展進程的重要問題之一。而據有關資料統計，無論是在發達國家還是發展中國家，建筑能耗在總能耗中所占的比重達到了25%～40%。因此，開展建筑節能領域的研究，加強土木工程建筑節能措施的貫徹落實具有重要的現實意義。
二、建筑耗能
建筑能耗主要是指建筑消用能耗，具體來說包括采暖、熱供和照明等方面。而土木工程建筑節能主要是指在確保居住地方的舒適環境之下，在恰當的使用和技術進步的基礎上，通過一些途徑比如經濟結構上的合理化以及科學的管理模式，加上對新型保溫材料的采用從而有效地降低建筑能耗。一般來說，土木工程建筑物具有壽命長、穩定性高等特點，建成之后就比較難改變其主體結構和基本功能設施，所以要想對建筑物進行節能改造是很困難的。因此，需要在土木工程建筑開始建設之前就要充分考慮其本身的能耗問題，并采取相應的措施才最大限度地降低建筑物的能耗，包括建筑物的設計、構造的處理和相應的環境控制設備系統等方面。只有這樣，才能既發揮出建筑本身的功能，又減少對居住環境的影響，實現可持續發展的目標。
三、我國建筑節能方面的主要問題
3.1、對建筑節能的認識和重視程度不夠
這是目前一個普遍存在的問題，在很大程度上制約和影響了我國建筑節能措施的應用范圍和節能目標的實現。在房地產行業快速發展的大環境下，我國大部分城市的土木建筑發展迅速、層出不窮。然而，有的開發商對建筑節能的認識不夠，導致其不夠重視，主觀積極性也不夠高。這在一定程度上影響了建筑節能領域相關措施的推廣和技術進步。另一方面，有的開發商在自身經濟利益的趨勢下，盲目地追求建筑本身樣式上的新奇，過分注重建筑風格，使得很多建筑脫離了當地的實際情況和自然條件，造成了建筑物在節能方面的局限性和相關無法彌補的不足。
3.2、建筑節能技術還存在一定的不足
應該說建筑節能本身是一項綜合性和專業性很強的系統工程，涉及到多個學科的多方面的知識，對其相關理論和技術的研究也是一個相對長期的過程。建筑節能貫穿于土木功能建筑的全過程，包括設計、施工、維護、材料、人員、裝備等。一方面，我國在建筑節能方面起步較晚。這不光使得我國在建筑節能的技術上與發達國家存在較大的差距，并且這種差距在短時間內還會越來越大；同時，也造成了國民對建筑節能的認識程度還有待提高，需要繼續大力宣傳和普及建筑節能方面的知識。另一方面，我國從事建筑節能的研究人員和施工管理人員還比較缺乏，專業人員不足使得相應的科研成果較少，而施工管理人員的缺乏又造成了建筑節能監管的不到位。這些都在一定程度上嚴重制約了我國土木建筑節能領域的發展和應用。
四、開展土木工程建筑節能的措施
4.1、加大宣傳力度，普及建筑節能知識
目前，我國大多數人對土木建筑節能在認識上存在的一定的誤區，認為建筑節能往往是開發商或者一些單位部門應該考慮的事情，并且往往是以犧牲個人的生活標準和層次為代價。這種錯誤的認識不但嚴重影響了建筑節能的理念在我國的傳播，為營造建筑節能氛圍制造了障礙，還在一定給建筑節能工作的開展和節能措施額影響帶來了諸多不便。為此，我們要加大宣傳的力度，樹立以人為本的觀念，普及建筑節能知識。建筑節能不是要降低建筑標準和使用水平。因此，將建筑節能片面地理解為“低標準”和“簡易房”的認識是完成錯誤的。相反，建筑節能是國家大力提倡和開展的一項能源政策，它不光適應了社會發展對能源提出的新要求，而且是構建社會主義和諧社會、實現可持續發展目標的重要途徑。建筑節能主張在保證居住條件和環境安逸舒適的基礎之上，采取新技術新方法，科學合理地利用能源，降低和避免一些不必要的能源消耗。這不僅降低了生活成本，還從側面提高了我們的生活層次和質量。
4.2、加快技術創新，開展建筑節能措施的研究
土木工程建筑節能技術的實現要緊緊依靠發達的科學技術，充分利用現代技術創新，只有這樣才能在最短時間內提高建筑的性能和節能水平，達到國家可持續發展的技術指標，真正做到建筑過程中不浪費，實現資源的最大利用程度，保護能源。從建材的選擇開始，就要考慮到節能性，提高資源的利用率；在材料的生產積累和使用過程中，要科學合理的對節約型資源運用技術新途徑，降低資源消耗，對于那些不能再生資源盡可能做到不用或者少用。在使用高性能材料時，要在高效率條件下運用資源。應用在土木工程中的結構材料要有較好的強度和持久性，圍護結構要有良好的保溫隔熱性能。禁止使用污染材料，對有害物質進行有效的排放和控制，并在最大程度上使用清潔能源。在建筑過程中，建材的使用等要盡量選擇技術含量最高的方案，節約材料的消耗，爭取在建筑過程中少用甚至不用不可再生的資源，充分利用綠色能源。利用性能良好的建筑能源，是現實能源高效利用的前提和保障。節能建材要求具有相當的強度和耐性，并且能夠實現良好的保溫隔熱效果。在建筑中使用的水管等都要求配備防水，隔聲等專用功能。要實現土木工程建筑節能，堅決不能使用具有污染性的建材，清潔能源是首選，土木工程施工過程中，要嚴格控制有毒有害物質的排放。
4.3、加強管理機制，確保建筑節能措施的落實
國家制定了一些列的建筑節能指標，并且也有配套的法律法規進行監控和控制，但是由于建筑節能提出時間較短，國內仍然存在著執行不力，監管不嚴的問題。國家也未能建立完善的節能技術創新鼓勵和扶持政策。目前，我國的土木工程建筑節能進程比較緩慢，這很大程度上是由相應的法制體系和鼓勵政策決定的。因此，制定推進土木工程建筑節能政策成了當務之急。當然，還需要嚴格按照法律法規執行相應的節能標準，政府對現有的建筑節能法律體系進行完善，并建立強大的監督約束體系。抓緊建設政策扶持和技術服務支持體系。結合我國國情，吸收利用國外的建筑節能成功經驗。對于那些提前實現我國建筑節能標準或是超額完成建筑節能要求的施工單位給予物質上的獎勵和政策上的扶持。國家可以設定相應的節能建筑標志制度。
五、結束語
現階段國內建筑市場的發展情況，建筑部門對結構設計在安全性上的管理還有很大的缺失，和國外結構設計在安全性上的管理比起來還有較大差距。在土木建筑中提倡使用節能措施不僅能夠提高人們的生活水平和層次，加快社會經濟發展，還能夠改善大氣環境，降低環境污染，極大地緩解當前能源消耗上的緊張局面，實現人類社會的可持續發展。不僅要認識到在建筑節能領域與發達國家的巨大差距，加快技術創新，還要大力普及節能措施，使新技術及時惠及人們的生活。
參考文獻
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關鍵詞：智能材料；土木工程；應用；發展趨勢
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
[1]閻平，智能材料在土木工程中的應用[J].現代物業.2013.
【關鍵詞】智能材料；土木工程；應用
中圖分類號：S969.1 文獻標識碼：A 文章編號：
一．引言
智能材料實際上是一種仿真生命系統，一方面能夠感知外界環境或內部狀態所發生的變化，另一方面能提供針對材料自身的或外界的某種反饋機制，適時地將材料的一種或多種性質加以改變，做出所期望的某種響應。因此通過智能材料來測量、檢查、評估、控制建筑物的健康狀態是未來的發展向。
當今新型智能材料、智能控制技術的發展為其應用于土木工程領域提供了可能。當前，智能材料在該領域的應用還處于起步階段，我國與世界相差較小，在某些方面還處于領先水平。抓住現在世界范圍內智能材料在建筑結構領域的應用尚處于理論研究階段的機會及時開展相應的研究，將為我國在二十一世紀建筑結構科研掌握了該學科的主導方向和潛在市場，提供重大機遇。
二．智能材料的特性
一般說來，智能材料的功能表現為：反饋功能、傳感功能、響應功能、信息識別與積累功能自診斷能力、響應功能、自修復能力和自適應能力、自診斷能力。具體來說，智能材料有以下的內涵:
（1）當外部刺激消除后，能夠迅速恢復到原始狀態具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界(或者內部)的刺激強度,如核輻射，光，電，熱，應變，應力，化學等；
（2）反應比較靈敏；
（3）能夠按照設定的方式選擇和控制響應；
（4）具有驅動功能，能夠響應外界變化；
（5）具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界(或者內部)的刺激強度，如電，光，熱，應力，應變，化學，核輻射等；
三．智能材料的分類
構建智能結構的材料主要分為以下兩類:
（1）電流變體材料、磁流變體材料、形狀記憶材料、電致磁致伸縮材料、功能凝膠等,可用作智能材料系統中的驅動器材料。由于這些材料可根據溫度、電場或磁場的變化來改變自身的形狀、尺寸、位置、剛性、頻率、阻尼、內耗或結構,因而對環境具有自適應功能。
（2）光導纖維、壓電陶瓷、壓電高分子、應變合金及其他特種傳感器材料,可用作智能材料系統中的傳感材料。
四．智能材料在結構智能控制中的應用與研究
現代意義的智能結構除必須具有感知、自診斷功能外，也需要有外界作用時的自我調節和控制功能。按照控制系統輸入能量的來源，控制系統可以分為被動控制，主動控制，混合控制和半主動控制四類。
半主動控制技術所需外界能量輸入較小，其利用受控結構的振動能量來產生控制力，控制效果高于被動控制，接近于主動控制。因此，半主動控制理論和技術引起了國內外學者的廣泛關注和極大的興趣。目前已研制出主動變剛度（AVS）控制裝置、主動變阻尼控制裝置和主動變剛度/阻尼（AVS/D）控制裝置。
半主動控制系統屬于時變非線性振動系統。如何確定控制律，并利用半主動控制裝置的性能充分發揮其減震作用是一個具有挑戰意味的課題。當前的研究方向集中于半主動控制律和控制算法。日本學者提出了直接根據受控結構速度反應和位移反應進行開關控制的算法和自回歸控制算法。美國學者根據變結構控制理論，以滑動模態控制（SMC）來設計結構的控制律，還提出了基于模態能量轉換理論的半主動控制算法。但是，基于時域分析或頻域分析的控制算法均不能直接考慮地震動等外部作用每一時刻的瞬時頻譜特性。除ER阻尼器、MR阻尼器外，AVS裝置、AVS/D裝置、VOD、VFD、SAID、多態混合控制裝置等半主動控制裝置均可能存在控制時滯問題，而時滯對半主動控制的減振控制效果的負面影響是非常顯著的。ER阻尼器和MR阻尼器利用了電流變材料或磁流變材料通過電流或磁場時，能夠在幾毫秒內從自由流動態轉換成線性粘滯態、強度可控半固體態的特性。MR阻尼器耗電功率小、反應迅速，可以大大降低甚至消除控制時滯對控制效果的影響。MR阻尼器在半固態時有較高的屈服應力，因而能夠提供較大的阻尼。美國學者通過對一個足尺的20噸MR阻尼器的試驗研究，證明MR阻尼器的控制效果十分明顯，可以應用于土木工程結構。MR阻尼器具有造價低，節省輸入能量，不會導致溢出，控制效果好等優點，相對于完全被動控制和完全主動控制具有明顯的優勢，其土木工程應用前景已越來越為國內外專家所看好。
五．智能材料在土木工程中的應用
在我國，人們非常注重對智能材料與結構的研究,近幾年我國通過不同的方法支持智能材料與結構的研究.目前許多項智能材料及其在土木工程中的應用研究正在我國進行著。目前,智能材料與結構在土木工程中的應用主要是將智能材料，比如碳纖維等，混入到混凝土中,使混凝土構件具有自我增強、自我診斷、自我愈合以及自我調節的功能。
系統集合、驅動器、傳感器和控制器是四個主要技術材料系統。智能材料系統已經在具體結構的損壞評估、根基、橋梁檢測及安全檢測等獲得很顯著的成果，它的優越性能土木結構工程實踐應用中很顯現出來。
在我國內外智能材料系統研究的重點是對大型混凝土結構的安全檢測。現代的先進技術在混凝土中混入了光導纖維材料，光導纖維材料主要用于通訊方面，力度監測技術主要用于替代一般的導線，這樣子有利于辦公室實現建筑自動化，新的智能傳感器也可以利用新型智能材料制作的傳感器來控制電力、空調和火警，同時也能夠利用他們來控制溫度、檢測壓力、以及電動閘門等。判斷結構根基好與壞的最好辦法是在其根基中加入光導纖維控制器。把適量碳纖維材料加入到水泥溶漿中，外面的壓力變化會影響變硬性的電阻變化，這就是回應力敏感，在結構內部接近損壞時就會自動報警，這是在混凝土結構中碳纖材料具有的自我診斷性能。實行對橋梁、大水壩和重要工程結構的在線檢測和傷害評估就是利用這個性能。橋梁是需要承受負荷的結構。因此，一般情況下將橋梁所受的強度與負荷一起研究，同時根據檢測器的檢測結果對橋梁檢修，這樣可以減少了不少費用。
隨著科學技術的發展，大的土木工程結構和系統內各部分，如橫跨的重要工程結構、超高層建筑物、大型的橋梁、大型的海洋開采油井平臺等大型工程的不斷涌現，它們需要很長的存活周期。結構在外界和內部不利因素的影響下，會不可避免的出現損壞，甚至出現事故。在上個世紀的中后期，一系列由于材料引起的災禍喚起人們的了解和重視
智能材料在土木工程中重要的應用，是自動化控制技術發展、計算機科學、材料科學的重要階段的產物。因此，土木工程的未來深受高科技材料發展的影響。對此我們國家需要長久的對其研究下去，采取新方法，引進國外先進技術，從而提高我們國家對于智能材料在土木工程的應用，增加我國建筑的各種性能。
六．結束語
智能材料在土木工程中重要的應用，是自動化控制技術發展、計算機科學、材料科學的重要階段的產物。智能結構在土木工程領域的應用研究已取得了顯著的成績,極大地影響了結構設計理念和多學科交叉應用的發展。隨著智能材料和技術的發展,土木工程智能結構已展現出其優越的性能和廣闊的應用前景。
參考文獻：
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關鍵詞：土木 工程 建筑 節能
中圖分類號：S969文獻標識碼： A
正文：
根據相關數據統計，我國目前有90%以上的建筑屬于高能耗建筑，這些建筑不僅造成了大量的能源浪費，還給環境帶來了巨大的壓力。這些問題在建筑設計之初就是存在的，也就是說在建筑最初的設計中就應將這些能耗問題考慮在內，那么當整個建筑完成之后，能耗也就較少，對環境等的影響也會減少。在建筑設計當中應用相應的節能措施，提高建筑設計的水平，從而能使企業更加適應當下的建筑行業發展趨勢，提高企業的核心競爭力。由此可見，在建筑設計中應用節能措施具有十分重要的意義。
1.土木工程建筑節能的現狀
我國現行的建筑節能設計標準確實是不高，還有待進一步發展和提高，對建筑護結構熱工性能的規定性指標一般都比較低，都達不到相關標準，水平很低，僅僅是實現現階段的節能目標百分之五十，距離我們宏遠的目標還相差很多，距離我們原來所要求的舒適性指標還相差甚遠，更別提與發達國家的差距了。隨著我國近幾年來的不斷發展，有關節能設計的標準都將分階段來進行修改，而且建筑外的圍護結構的熱工性能也會慢慢提高。一般建筑的使用年限都比較長，等真正到期的時候再按新標準對已有建筑實施節能改造是非常困難的，所以我們必須要提前注意到這點，早些做出改造和修補。充分貫徹超前性原則，使其建筑護結構的熱工性能都可以提高一個層次，其指標也應該突破節能措施規定的最低要求，并且還應該給予適當的加強處理，控制好內外的溫差程度，使之達成一定的標準溫度。
2.土木建筑節能技術的應用
2.1土木建筑空間布局
在空間布局的設計上，最能體現一個建筑的節能措施，因此可以最大限度應用建筑節能理念。建筑節能首要考慮的是立面與平面兩個方面，首先要滿足通風的目的。 而立面的設計則首先要考慮建筑物的上部設置出風口，提高建筑物的良好通風效果。 在具體的施工中可以在建筑物中設置上下貫通的垂直空間，出風口要高于建筑物屋面。平面設計要考慮到：盡可能的滿足室內空氣對流，房間的門窗位置與窗戶朝向要安排合理，形成過堂風，增加房間內的空氣流通，改善空氣質量。其次要考慮加大出風口的面積，選擇好窗戶的開啟方式，保證室內穩定的風速與空氣的對流通暢，改善室內舒適度。
2.2房屋節能工程施工技術
（1）保溫隔熱屋面
關于保溫隔熱層面的施工需要在一定的科學施工方案指導下展開，具體的要求如下：選擇的板材要平順、整齊、結實穩定、不存在粘結縫隙；對于松散材料則需要嚴格壓實，并分層鋪設，確保具有整體平整，而且具有正確的坡度朝向。需要在保溫隔熱層完工以后開展防水層施工，這樣才能有效確保保溫效果。
（2）架空隔熱層面的節能施工
在這一環節需要注意的問題：一般具有充分通風效果的建筑比較適合用架空隔熱房屋，如果是氣候低寒以及閉塞的建筑，則需要使用另外的隔熱方法，要確保架空板能夠被結實、平順、整齊地鋪置，一旦出現空隙則要利用砂漿以及水泥進行填補，根據房屋的高度以及坡度來決定架空屋面的高度。
2.3房屋地面的節能施工技術
（1）地面節能保溫施工要想一次性保證施工質量，減少事后變更二次修復的麻煩，就要加強對地基基底的設計與施工，確保施工質量。
（2）保護層以及防潮層的施工一定要確保保護層與防潮層達到相關標準，只有這樣才能有效保護保溫層的牢固質量，防止其受潮，以便增強其抵御沖擊的能力。在具體的施工中，可以采用以下方法預防潮濕：地表使用含有微微空隙的面層材料，免除潮濕空氣流向地面。在保證室內空氣濕度的同時，也保證了舒適度。
2.4墻體保溫節能施工技術措施
在進行房屋的修建時，對墻體進行保溫施工是整個墻體施工的重要環節，在進行墻體保溫施工的時候可以實行節能措施，使得建筑工程的節能措施更加的具有可行性。在對墻體進行保溫層的施工時，可以選擇是在墻體的外部還是墻體的內部進行，一般墻體的內部保溫較外部來說施工的技術措施更加的簡單，但是保溫的效果不如外部。在外部進行墻體保溫的施工可以比內部更加節省材料，但是可能會因為施工的不當引起保溫材料的開裂、脫落甚至是使用壽命的減短。在外部進行保溫施工的費用比內部施工更加的多。在進行墻體保溫施工時一般都是采用噴涂、粘貼或者是復合的方式來進行。在具體的施工時要根據不同的保溫材料和不同的施工方法來使用不同的施工技術措施。在進行保溫的施工時，一般都是將一些較輕的骨料和水泥、石灰或者是石膏進行攪拌，并且在里面加入少量的助劑來形成保溫砂漿，一般都會采用抹灰的方式來進行施工。但是進行保溫施工一定要以墻體必須通過驗收合格為前提，這樣施工的時候才能達到最好的效果。在施工的時候還要注意溫度對施工的影響，不適宜在溫度過高或者過低的時候進行施工。
2.5采暖節能工程施工技術
（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。
（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。
2.6門窗節能工程施工技術
（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。
（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）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。
2.7使用太陽能等新能源的利用
2.7.1 節能理念在建筑施工過程中的應用
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。
2.7.2 太陽能建筑技術的應用
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。
3.結語
建筑節能是關乎我國國計民生的重大問題。我國是一個消耗能源并且資源緊缺的大國，我國經濟的發展離不開能源的廣泛使用，在我國需求量十分巨大的建筑方面實行節能環保更是我國各項工作中的重中之重。針對于這樣嚴峻的現狀，節約能源是刻不容緩的，只有真正的做到這一點，才能夠避免我國的經濟和社會發展受到嚴重的制約。
參考文獻
關鍵詞：結構安全監測光纖傳感器混凝土應變壓電傳感器；
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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高校土木工程專業具備較強的專業性和實踐性，在開展土木工程專業理論教學的同時，要尤為注重及強調土木工程專業實踐教學，以培養更加符合土木工程技術崗位的復合型人才。本文從高校土木工程專業實踐教學的必要性入手，對高校土木工程專業實踐教學過程中存在的問題及不足加以分析，在此基礎上探究高校土木工程專業實踐教學模式的實現路徑。
關鍵詞：
高校；土木工程專業；實踐教學；路徑
高校土木工程專業涉及到土木工程的設計、土木工程概預算、土木工程材料、土木工程結構、土木工程施工組織等多個方面的內容，這些內容具有較強的實踐性，需要通過各類試驗及實踐學習，以更好地架構土木工程專業知識結構。在高校教育改革的推動下，立足土木工程專業自身特點，探究實施高校土木工程專業實踐教學模式更顯重要。
一、開展高校土木工程專業實踐教學的必要性
高校土木工程專業在人才培養目標上側重于培養實踐應用技能及創新能力較強的土木工程專業人才，在開展高校土木工程專業教學時，學生的實踐應用能力需要經由實踐教學及上崗實習等途徑得以實現[1]。因此，從高校土木工程專業屬性上看，要做到理論知識與實踐應用的融會貫通，需要高校土木工程專業實踐教學的及時跟進。而從高校土木工程專業教學現狀上分析，較常采用的以班級教學為主、以多媒體教學手段為支撐、以理論教學、定期實習及留置作業為主要內容的教學模式暴露出一定的缺陷和問題，如設計作業及學科論文創新性不強、實驗課程設置較少、實習崗位不夠充足、實習效果不佳等，要解決這些缺陷和不足，客觀上也需要科學完善的高校土木工程專業實踐教學模式做保障。
二、高校土木工程專業實踐教學中凸顯的問題分析
首先，高校基于土木工程專業實踐教學仍存在重理論輕實踐的思想。一方面，高校在土木工程專業課程設置上，理論教學與實踐教學的比重分配不夠合理，另一方面，高校在土木工程專業實踐教學軟硬件設施上的投入相對有限，制約影響了土木工程專業實踐教學的效果。其次，高校土木工程專業教學中用于學生提高實踐技能和水平的實驗室及實習基地較為匱乏，且穩定性不強。高校土木工程專業實踐教學實驗室及實習基地在數量上難以全面滿足學生實踐操作的需求，在使用時間及周期上也比較短暫，這就給高校土木工程專業實踐教學的有效推進構成了阻礙[2]。第三，高校土木工程專業實踐教學在設置課程及后續考核環節也欠缺合理。一是高校土木工程專業實踐教學的課時較少，實踐教學與崗位實習存在一定程度的重疊；二是高校土木工程實踐教學考核中，對學生的畢業設計要求過于單一，導致畢業設計論文及作品雷同度高，形式化嚴重。
三、構建高校土木工程專業實踐教學模式的路徑探究
（一）重視土木工程專業實踐教學，推行土木工程專業“雙證融通”制度
高校在開展土木工程專業教學時，首先要強化對專業實踐教學的重視程度，一方面要在課程設置中合理分配理論知識課程、實踐操作課程及畢業設計課程的比重，讓學生能夠在理論與實踐相結合中，對所學的諸如土木工程結構設計、土木工程材料選擇、土木工程施工組織等內容加以實踐驗證，為后續的畢業設計做好鋪墊；另一方面要投入充足的資金用于土木工程專業實驗室及實習基地的建設，提高專業實踐教學的硬件配置水平。在高校土木工程專業實踐教學模式的構建中，可以借助高職院校改革成果，推行土木工程專業的“雙證融通”制度，鼓勵學生考取注冊結構師、注冊巖土師、注冊建造師、注冊工程師等證書，通過實施雙證融通制度，提高學生參與實踐教學的積極性。
（二）完善高校土木工程專業實踐教學的方式方法
在高校土木工程專業實踐教學中，應注重教學方式方法的完善和改進，著重做好以下兩點：
1.借助實驗課及分組討論，提高土木工程專業理論課程的“實踐性”。在土木工程專業理論課程教學中，在傳授完基本理論知識后，可以將學生進行分組，讓其自主選擇實驗內容，通過資料查閱及多媒體技術的應用，營造師生交流討論的氛圍，使學生更好地掌握相關理論知識和原理，為實踐教學的實施打下基礎。
2.在土木工程專業實踐教學中，高校在實施校企合作及上崗實訓等教學內容時，應集中讓學生進入實訓及實習現場，并做好實踐教學的指導。在實訓操作及崗位實習結束后，由學生出具實習報告，并由學校及實習企業共同加以鑒定評價。為提高高校土木工程專業實踐教學及實習的效果，可以探索實施土木工程專業實踐教學與項目建設相結合的模式，讓學生在真正參與土木工程項目建設的過程中，對土木工程理論知識、現場操作能力、交流合作能力等加以全面培養[3]。
（三）依托信息技術，打造高校土木工程專業實踐教學與評價的網絡化平臺
高校土木工程專業實踐教學模式在構建過程中，應充分依托信息技術，在專業實踐教學過程中打造網絡化操作平臺，從而形成高校土木工程專業實踐教學的線上及線下雙線并行的教學模式。通過土木工程專業實踐教學網絡化平臺，一方面可能調動學生參與實踐操作及實訓學習的積極性，做好與土木工程企業的信息交流反饋，另一方面可以為學生在實操、實訓及實習后的成果交流及作品共享創造條件，也便于通過網絡化平臺，讓教師及企業對學生的實踐成果、畢業論文、設計作品進行雙向評價。
四、結語
高校土木工程專業實踐教學模式應重點突出土木工程專業的實踐性，在土木工程專業理論知識教學及實踐操作、實訓演練及上崗實習等多個環節做好實踐教學的軟件及硬件建設，并同步開展土木工程專業雙證融通及土木工程專業實踐網絡化平臺搭建，以為土木工程行業培養出理論與實踐技能雙優的專業人才。
作者：梁文靜 單位：黔西南民族職業技術學院
參考文獻：
[1]胡欣雨.高校土木工程專業工程實踐教學實現模式探索[J].教育教學論壇,2013,(41):237+238.
