【摘要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，民用建筑土木工程的結(jié)構(gòu)智能化已成為了當(dāng)今世界上最熱門(mén)的發(fā)展研究熱點(diǎn)之一。作者首先對(duì)土木智能結(jié)構(gòu)的概念和組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，然后對(duì)民用建筑土木智能化的措施進(jìn)行了總結(jié)分析，最后討論這項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

　　【關(guān)鍵詞】智能結(jié)構(gòu);土木工程;民用建筑

　　自智能建筑概念被提出后直到今天的近30 年之間，智能建筑已經(jīng)得到了極大的發(fā)展。尤其在當(dāng)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、電子科技技術(shù)等高新建筑科技的不斷推動(dòng)下，民用建筑中土木智能化逐漸成為了世界各國(guó)廣受關(guān)注的建筑形式。建筑智能化為建筑業(yè)的發(fā)展掀起了一次新的改革浪潮，這種趨勢(shì)使傳統(tǒng)的建筑功能結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的改變。現(xiàn)代智能建筑不僅僅是磚石的結(jié)合體，設(shè)計(jì)者更是把現(xiàn)代先進(jìn)科技融合在土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，使民用建筑富有靈性，更加智能化、人性化。

　　1. 土木智能結(jié)構(gòu)的概念

　　所謂建筑智能化就是采用通訊技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)民用建筑的各種設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，并對(duì)信息資源進(jìn)行處理，最后為用戶(hù)提供相關(guān)的信息服務(wù)等。美國(guó)智能建筑研究機(jī)構(gòu)把建筑智能化定義為：設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)、服務(wù)、系統(tǒng)與管理四個(gè)基本要素和它們之間的內(nèi)在聯(lián)系的最優(yōu)組合來(lái)給用戶(hù)提供一個(gè)投資造價(jià)合理，同時(shí)具備具有高效、便利、舒適的居住環(huán)境。對(duì)于這種定義，我們可以這樣來(lái)理解，智能建筑必須滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件：首先，對(duì)于建筑居住者來(lái)講，智能建筑應(yīng)當(dāng)為其創(chuàng)造一個(gè)舒適、和諧、安全、便捷的生活環(huán)境。其次對(duì)于建筑管理者來(lái)說(shuō)，智能建筑必須具備一套控制、管理、維護(hù)與通信的相關(guān)設(shè)施，可以使管理者在比較小的成本條件下，對(duì)建筑進(jìn)行有效的環(huán)境控制、報(bào)警監(jiān)視與安全檢查，從而實(shí)時(shí)地和所在城市的管理部門(mén)保持聯(lián)系。

　　2. 土木智能結(jié)構(gòu)控制的組成

　　土木智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理來(lái)自仿生學(xué)，也就是通過(guò)模仿生物對(duì)外界環(huán)境的認(rèn)識(shí)和感知方式來(lái)進(jìn)行民用建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息的傳輸，信號(hào)傳感器、處理器、傳導(dǎo)器與控制器組成了智能結(jié)構(gòu)的主要控制系統(tǒng)。許多智能結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上運(yùn)用末端傳感器與信號(hào)驅(qū)動(dòng)元件對(duì)檢測(cè)到的外部進(jìn)行集成處理。當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)或存在隱患時(shí)，它先可以對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行外部加工，同時(shí)使其連接信號(hào)控制器，最后利用信號(hào)控制器來(lái)進(jìn)行直接的決策，形成處理結(jié)果和指令反饋給居住者，從而實(shí)現(xiàn)了智能結(jié)構(gòu)檢測(cè)、反饋、調(diào)節(jié)的良性循環(huán)。

　　當(dāng)民用建筑結(jié)構(gòu)在受到外界環(huán)境影響的情況下，其建筑物的工程結(jié)構(gòu)特性就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這樣通過(guò)反饋的這些信息，居住者或建筑管理者就能夠根據(jù)自適應(yīng)裝置來(lái)改變建筑整體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，例如在遇到地震或強(qiáng)風(fēng)情況下，土木智能結(jié)構(gòu)可以保證建筑物基本的結(jié)構(gòu)安全。另外，通過(guò)利用智能化的結(jié)構(gòu)材料，可以真實(shí)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)控制的一體化。在外界環(huán)境影響條件不確定的情況下，處理器可以自動(dòng)做出簡(jiǎn)單的控制性反應(yīng)，這也是智能材料在土木工程結(jié)構(gòu)和智能控制中的關(guān)鍵應(yīng)用之一。土木智能結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)對(duì)民用建筑的設(shè)

　　計(jì)、維修、施工帶來(lái)了全新的理念變革。

　　3. 土木智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

　　3.1 屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)

　　一般來(lái)說(shuō)，民用建筑物的屋頂是直接平面敞開(kāi)的接觸到大自然的空間，在進(jìn)行土木智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮屋頂?shù)拿烙^(guān)和綠化以外，智能建筑的屋頂可以設(shè)置大量的設(shè)備，例如，利用太陽(yáng)能、風(fēng)能以太陽(yáng)能電池板、熱能利用、降水收集裝置等，這類(lèi)裝置可以充分吸收利用自然界的一切熱能量與物質(zhì)，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到要防止自然力量對(duì)這類(lèi)設(shè)施造成侵襲。

　　3.2 墻體的智能化設(shè)計(jì)

　　對(duì)于民用建筑來(lái)說(shuō)，墻體的作用除了隔斷和承重之外，在建筑的墻面上還要預(yù)留出各種型號(hào)的接線(xiàn)口，以便于在墻體內(nèi)部空間布置各種重力、震動(dòng)傳感器和控制設(shè)施。

　　3.3 地面的智能化設(shè)計(jì)

　　民用建筑內(nèi)的地面智能化設(shè)計(jì)可采用預(yù)制線(xiàn)槽、架空地面的樓板面層或者地毯地面等設(shè)計(jì)方式。一般來(lái)說(shuō)，架空地面的布線(xiàn)比較方便，地下空間容量大，對(duì)于雙層的地面結(jié)構(gòu)可以分別布設(shè)強(qiáng)電和弱電走線(xiàn)，這種地面結(jié)構(gòu)更適合用于舊樓的改造施工，但這種處理方式會(huì)造成室內(nèi)、室外的地面落差，對(duì)于某些居住者來(lái)說(shuō)可能需要時(shí)間來(lái)適應(yīng)這種落差。對(duì)于具有預(yù)制線(xiàn)槽的樓板面層，施工者可在民用建筑的房間內(nèi)部任何部位做走線(xiàn)接口，而且這種結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生高低落差，施工簡(jiǎn)單方便，管道和走線(xiàn)可以布設(shè)在樓板面層下方10cm 的空間的范圍內(nèi)。對(duì)于方塊地毯的地面結(jié)構(gòu)，可以在地毯下方設(shè)置布線(xiàn)系統(tǒng)，考慮到建筑物層高的限制因素，這種布線(xiàn)結(jié)構(gòu)要具有線(xiàn)路交叉點(diǎn)少的分支線(xiàn)路，設(shè)計(jì)者可以采用扁平線(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)備的連接，這種布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程非常方便，但在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到此種布線(xiàn)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)其他家具以及電器設(shè)施的配合，對(duì)于這些敏感的電器設(shè)備要做好防靜電屏蔽的處理工作。

　　3.4 天花板的智能化設(shè)計(jì)

　　智能民用建筑內(nèi)的天花板主要是用來(lái)完成照明燈具的懸掛、排氣出風(fēng)設(shè)施、煙霧傳感設(shè)施、消防噴灑等的走線(xiàn)和出口的布設(shè)。

　　3.5 建筑物外部空間的智能化設(shè)計(jì)

　　作為開(kāi)放的外部空間，民用建筑的外部空間通常來(lái)說(shuō)應(yīng)具備一定的實(shí)用功能。一般來(lái)說(shuō)，按空間的利用功能來(lái)劃分，民用建筑物的外部空間可以人的活動(dòng)領(lǐng)域和除人之外的其他領(lǐng)域，包括交通工具的存放和活動(dòng)領(lǐng)域。而為了使居住者獲得舒適的人物逗留空間，設(shè)計(jì)者就需要用限定空間的方法為居住者刨造一定的封閉空間。設(shè)計(jì)時(shí)可以采用標(biāo)高的變化以及運(yùn)用不同的墻體，這些方法都可以給居住者帶來(lái)不同程度的心理封閉感。同時(shí)，對(duì)于民用建筑的外部空間來(lái)說(shuō)，它不同于建筑物的內(nèi)部空間，此類(lèi)空間應(yīng)具備流動(dòng)、開(kāi)敞的特點(diǎn)。另外，設(shè)計(jì)一定的意念空間也是限定空間區(qū)域的重要手段之一。智能建筑設(shè)計(jì)者可利用獨(dú)特的空間布局來(lái)刻意區(qū)分不同空間的應(yīng)用功能。考慮到民用建筑的外部空間規(guī)模尺度會(huì)受日照范圍、城市規(guī)劃以及不同的生活習(xí)慣的限制，外部空間的不同尺度給居住者不同的感受。智能建筑者進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以利用這種尺度的差異來(lái)使民用建筑的外部空間呈現(xiàn)不同的形態(tài)，以彌補(bǔ)原有室內(nèi)空間的先天不足，為了創(chuàng)造有秩序、豐富的建筑物外部空間，智能建筑的設(shè)計(jì)者就要考慮建筑物外部空間的層次感問(wèn)題。

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　作為一種全新的科學(xué)技術(shù)概念，民用建筑土木結(jié)構(gòu)的智能化包含的范圍很廣。目前看來(lái)，雖然民用建筑土木結(jié)構(gòu)的智能化的研究費(fèi)用和技術(shù)需求很大，但是這種技術(shù)在加強(qiáng)民用建筑自身舒適性、安全性方面具有非常大的潛力和應(yīng)用前景。縱向來(lái)看，在智能結(jié)構(gòu)科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究已取得了一定的成果，它對(duì)于現(xiàn)代民用建筑的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了巨大的影響。相信隨著智能建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，民用建筑的智能結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向也會(huì)日趨變樣化。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合民用建筑的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)智能化設(shè)計(jì)，使其成為真正的智能化、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)工程。

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