土木工程中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

土木工程中大數(shù)據(jù)的應(yīng)用大數(shù)據(jù)是指無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)用常規(guī)軟件工具能進(jìn)行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要通過(guò)新處理模式才能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長(zhǎng)率和多樣化的信息資產(chǎn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對(duì)這些含有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理。從技術(shù)層面上，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的專業(yè)處理與云計(jì)算，讓大數(shù)據(jù)能被更有效地利用?，F(xiàn)代社會(huì)，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，所發(fā)布、傳遞的數(shù)據(jù)信息量龐大。因?yàn)楝F(xiàn)代化企業(yè)都實(shí)施信息管理模式，管理系統(tǒng)中存在大量有待處理或已處理的數(shù)據(jù)。分析這些數(shù)據(jù)后，可以利用起數(shù)據(jù)作為獨(dú)立存在所無(wú)法發(fā)揮出的價(jià)值。土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱，一般來(lái)說(shuō)，建造工程項(xiàng)目體量龐大，工藝復(fù)雜，建造周期長(zhǎng)，過(guò)程中自然會(huì)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，如果能把這些大數(shù)據(jù)很好地利用起來(lái)，會(huì)節(jié)省大量時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，可見大數(shù)據(jù)技術(shù)在土木工程專業(yè)中有良好的應(yīng)用前景。1數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立一般采用概念模型、邏輯模型和物理模型3種數(shù)據(jù)模型。概念模型是把實(shí)現(xiàn)世界的客觀對(duì)象經(jīng)過(guò)人的認(rèn)識(shí)抽象為信息世界所能描述的信息結(jié)構(gòu)；邏輯模型是按照一定的邏輯結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)架和組織，以滿足企業(yè)的信息需求，包括明確各數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的關(guān)系并有序地對(duì)它們進(jìn)行分組；物理模型則是反映數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。運(yùn)用信息系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)、傳感器、智能儀表等，通過(guò)用戶界面進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入與輸出操作，數(shù)據(jù)庫(kù)能進(jìn)行針對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的查詢工作，并且能夠?qū)δ承┍碇械臄?shù)據(jù)及表結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)。此外，通過(guò)計(jì)算進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)表輸出工作等也是數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用范圍。2大數(shù)據(jù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用2.1軟件的更新升級(jí)軟件可以通過(guò)對(duì)用戶的使用習(xí)慣或反饋的各種問(wèn)題，來(lái)對(duì)軟件進(jìn)行更好的完善和更新。比如，巖土設(shè)計(jì)師需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算，在使用軟件對(duì)邊坡進(jìn)行處理分析時(shí)，習(xí)慣使用更為簡(jiǎn)潔明確的2D模型，同時(shí)偏好于采用Spencer計(jì)算方法進(jìn)行模擬分析。PKPM用戶提出希望通過(guò)軟件能夠進(jìn)行設(shè)置設(shè)縫連梁及配置交叉斜筋、對(duì)角暗撐的連梁，用于解決連梁超限問(wèn)題。PKPM公司即時(shí)進(jìn)行了用戶反饋問(wèn)題的收集，通過(guò)版本更新，解決了相關(guān)問(wèn)題，完善了軟件功能。軟件提供者除對(duì)用戶體驗(yàn)的收集，還有對(duì)其他數(shù)據(jù)的收集。例如軟件通過(guò)對(duì)用于結(jié)構(gòu)抗震研究的一些地震波數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的導(dǎo)入，供結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行抗震彈塑性分析。其中拿來(lái)做參考的有世界上比較權(quán)威的地震波數(shù)據(jù)庫(kù)如EuropeanStrongMotionDatabase，USGS，PEERStrongMotionDatabase等等。這些地震波數(shù)據(jù)庫(kù)資料為工程中抗震設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，起到了特別重要的作用。如果沒(méi)有這些地震波數(shù)據(jù)，單方面通過(guò)用戶對(duì)地震波進(jìn)行人工擬合，非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且不容易實(shí)現(xiàn)。2.2企業(yè)數(shù)據(jù)收集土木工程行業(yè)各企業(yè)都能作為大數(shù)據(jù)采集的單體。企業(yè)中通過(guò)對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行整合，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)。在進(jìn)行新建工程時(shí)，可以從該數(shù)據(jù)庫(kù)中得到有效信息支持。例如，該企業(yè)在某地區(qū)進(jìn)行過(guò)類似項(xiàng)目建造，即會(huì)獲得該地區(qū)地質(zhì)、地形及場(chǎng)地信息等數(shù)據(jù)資料。如果在該地進(jìn)行新項(xiàng)目的建設(shè)，那么數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史記錄資料則能提供很有價(jià)值的參考。比如各地區(qū)地質(zhì)資料中反應(yīng)土質(zhì)情況的地基系數(shù)M值的選用方法。相關(guān)規(guī)范規(guī)定，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，可直接選用其經(jīng)驗(yàn)值；對(duì)于無(wú)經(jīng)驗(yàn)值的地區(qū)，M值可以通過(guò)規(guī)范建議的公式進(jìn)行計(jì)算得出。更為精確的方法是采用靜力觸探試驗(yàn)，對(duì)該地區(qū)的土質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)分析，得出相關(guān)M值。但是在工程中，有時(shí)勘探數(shù)據(jù)缺乏對(duì)該值的試驗(yàn)，或者同一地區(qū)不同地塊反復(fù)進(jìn)行同一試驗(yàn)。有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失或者出現(xiàn)資源成本的浪費(fèi)。如果當(dāng)?shù)亟⒘讼嚓P(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行本區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)可以直接進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)用，有利于節(jié)省成本。2.3工程造價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)工程造價(jià)行業(yè)存在大批量的數(shù)據(jù)信息資源，對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地采集、分類和統(tǒng)計(jì)分析，從而使這些數(shù)據(jù)資源得以更有效地使用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)信息的共享。傳統(tǒng)的工程造價(jià)分析一般是采用工程量清單進(jìn)行工程核算，然而工程量清單都是被發(fā)行出來(lái)，提供給用戶使用。然而由于工程造價(jià)的特點(diǎn)就是不同地域之間相同材料的單價(jià)會(huì)存在差異，并且價(jià)格會(huì)隨著市場(chǎng)變化進(jìn)行浮動(dòng)。所以對(duì)工程造價(jià)資源進(jìn)行有效及時(shí)的數(shù)據(jù)分析是非常必要的。有效的造價(jià)大數(shù)據(jù)不僅能被造價(jià)工程師使用，還能供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師作為借鑒。例如，二級(jí)鋼鋼筋已經(jīng)在京津地區(qū)退出市場(chǎng)。如果大數(shù)據(jù)庫(kù)被及時(shí)更新了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師則能通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，不再選擇使用二級(jí)鋼鋼筋。同時(shí)造價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)也能體現(xiàn)相似材料在不同地區(qū)的價(jià)格差異，反應(yīng)當(dāng)?shù)厥褂貌牧系钠谩＠纾谀车丶託饣炷辽a(chǎn)廠家比較多，加氣混凝土砌塊的成本較之連鎖混凝土砌塊要低，所以當(dāng)?shù)仨?xiàng)目工程更偏向使用加氣混凝土砌塊。如果造價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)能體現(xiàn)出這種差異，能標(biāo)識(shí)出當(dāng)?shù)亟ㄖこ痰南埠?，則能節(jié)省成本，同時(shí)避免因溝通不當(dāng)造成設(shè)計(jì)返工。2.4檢測(cè)建筑破壞結(jié)果通常，我們?cè)谡鸷蟮貐^(qū)會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的“小身影”，這是專家再利用無(wú)人機(jī)圖像檢測(cè)建筑破壞的結(jié)果。較短時(shí)間內(nèi)，無(wú)人機(jī)就可以獲得成千上萬(wàn)張圖像，圖像處理的高效、快速對(duì)于建筑破壞后的救援、評(píng)估工作影響較大。就有專家提出可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理無(wú)人機(jī)拍攝的圖片，盡可能快地獲得檢測(cè)建筑破壞的結(jié)果。這個(gè)處理環(huán)節(jié)其實(shí)就是利用建筑破壞前的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)坐標(biāo)、海拔、區(qū)域范圍來(lái)模擬出震前建筑模型，利用無(wú)人機(jī)震后拍攝的圖像，提取連測(cè)點(diǎn)、校正相機(jī)清晰度，進(jìn)行密集匹配還原工作，從而模擬出震后建筑模型。再對(duì)震前建筑模型跟震后建筑模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找出差異點(diǎn)，這樣的話，就能得到三維的建筑破壞結(jié)果，在一定程度上有助于災(zāi)后重建工作的高效進(jìn)行。另一方面，大數(shù)據(jù)技術(shù)檢測(cè)建筑破壞的速度整整比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理分析快了10倍以上，發(fā)揮其效率高、速度快的特性。如果把這些建筑破壞結(jié)果形成的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分類總結(jié)，進(jìn)行相關(guān)破壞形式分析，對(duì)不同形式、不同場(chǎng)地、不同高度的建筑破壞進(jìn)行分類儲(chǔ)存，那么對(duì)相似的新建項(xiàng)目的抗震也有很高的借鑒價(jià)值。2.5建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的編制在建筑行業(yè)中，有大量的規(guī)范為設(shè)計(jì)、建造及監(jiān)理等過(guò)程提供執(zhí)行依據(jù)及約束。各種規(guī)范中的參數(shù)很多又是基于工程或現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集總結(jié)。其中通過(guò)大量數(shù)據(jù)的收集采集，作為規(guī)范參數(shù)取值依據(jù)。比如中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖中每個(gè)省份、每個(gè)城市的地震烈度直接決定了一個(gè)地區(qū)設(shè)計(jì)建造安全度及建設(shè)成本。如何確定地震動(dòng)參數(shù)則是通過(guò)各地?cái)?shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)對(duì)歷史曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的地震記錄及各地區(qū)地質(zhì)情況的采集，進(jìn)行對(duì)比分析，以可靠性理論對(duì)未來(lái)發(fā)生的地震進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而進(jìn)行地震分級(jí)的確定。類似典型的數(shù)據(jù)采集還有《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）的編制，其中所有荷載都是在大量數(shù)據(jù)收集及科學(xué)統(tǒng)計(jì)方法的研究下得出的。比如風(fēng)荷載則是在各地區(qū)進(jìn)行風(fēng)速檢測(cè)，并把每年的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后用概率統(tǒng)計(jì)的方法得出30年、50年、100年的設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓用于不同極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)。但需要指出的是，有些參數(shù)還是需要現(xiàn)在更為先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行支持，使之更為科學(xué)合理。如《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的地面粗糙度取值：地面粗糙度可分為A、B、C、D四類：A類是指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類是指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類是指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類是指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。在現(xiàn)如今高速的城市建設(shè)、城鄉(xiāng)區(qū)域大力發(fā)展的條件下，如何對(duì)某區(qū)域的地面粗糙度進(jìn)行界定則有了新的疑問(wèn)。比如原屬于城市郊區(qū)的某縣城，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)在建造了大面積住宅。如果還按房屋稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)進(jìn)行定義就未免不符合實(shí)際了。所以如果相關(guān)部門通過(guò)類似googleearth之類的軟件進(jìn)行各地區(qū)房屋建造情況的大數(shù)據(jù)分析，能很好地為新建項(xiàng)目提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。結(jié)語(yǔ)通過(guò)大數(shù)據(jù)在技術(shù)層面上的完善，建立起土木工程行業(yè)各個(gè)分支的數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和歸納整理，能在很短時(shí)間內(nèi)有效地提取自己需要的數(shù)據(jù)用