第14章 數(shù)字化技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用.

1、土木工程概論土木工程概論第十四章數(shù)字化技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用本章內(nèi)容本章內(nèi)容14.1 14.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)(CAD)14.2 14.2 信息化施工信息化施工14.3 14.3 智能化建筑的定義及分類智能化建筑的定義及分類14.4 14.4 智能化交通智能化交通14.5 14.5 仿真系統(tǒng)仿真系統(tǒng)14.6 14.6 土木工程專業(yè)中計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)土木工程專業(yè)中計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)教學(xué)引言 數(shù)字化技術(shù)更越來越多的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，小到產(chǎn)品的策劃、設(shè)計(jì)、制造、銷售；大到醫(yī)療、教育、軍事等等都在探索使用數(shù)字化技術(shù)。 數(shù)字化技術(shù)是以計(jì)算機(jī)硬軟件、周邊設(shè)備、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)為基

2、礎(chǔ)的信息離散化表述、定量、感知、傳遞、存貯、處理、控制、聯(lián)網(wǎng)的集成技術(shù)。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、信息化施工、智能建筑、智能交通、仿真系統(tǒng)等是土木工程數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的主要方向，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也將成為土木工程發(fā)展的重要分支。 14.1 14.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) (CAD) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design），簡(jiǎn)稱CAD。 我國對(duì)CAD的應(yīng)用和研究，開始于20世紀(jì)70年代，在80年代中期進(jìn)入了全面開發(fā)應(yīng)用階段，并對(duì)土木工程設(shè)計(jì)工作帶來了越來越大的影響。 常用的CAD軟件有PKPM 、MIDAS 、SAP 、3D3S等。14.2 14.2 信息化施工信息化施工 信

3、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應(yīng)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) 。 信息化施工可大幅度提高施工效率和保證工程質(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。 14.2.1 14.2.1 信息化施工現(xiàn)狀信息化施工現(xiàn)狀 1、在建設(shè)行業(yè)行政主管部門和建筑企業(yè)初步完成計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，但遠(yuǎn)沒到信息化的階段。 2、初步形成了建筑業(yè)專用軟件市場(chǎng)，有了一批自主知識(shí)版權(quán)的信息產(chǎn)品，滿足單項(xiàng)應(yīng)用要求，但缺少平臺(tái)級(jí)系統(tǒng)軟件。3、信息化總體水平處于直接事務(wù)處理階段，遠(yuǎn)沒

4、達(dá)到深層次推理系統(tǒng)應(yīng)用階段。4、建設(shè)行業(yè)推廣信息化施工技術(shù)存在的問題和差距。 14.2.214.2.2信息化施工未來發(fā)展的重點(diǎn)信息化施工未來發(fā)展的重點(diǎn) 2003-2008年全國建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要中提出，到2008年，中國建筑業(yè)將運(yùn)用信息技術(shù)全面提升業(yè)內(nèi)管理水平和核心競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)加快與國際先進(jìn)技術(shù)接軌的步伐，形成一批具有國際水平的現(xiàn)代建筑企業(yè)。 1.對(duì)具有國際與國內(nèi)大型項(xiàng)目工程總承包能力的企業(yè)，要重點(diǎn)建設(shè)“一個(gè)平臺(tái)、三大系統(tǒng)”，力爭(zhēng)到2008年達(dá)到當(dāng)時(shí)國際一流工程公司的應(yīng)用水平。 2.對(duì)具有總承包國內(nèi)中小型工程項(xiàng)目能力的企業(yè)重點(diǎn)建立實(shí)用性強(qiáng)和充性好的局部信息系統(tǒng)。 3.在施工總承包類中，

5、對(duì)特級(jí)資質(zhì)企業(yè)，要求實(shí)現(xiàn)整體管理過程的信息化，逐步建立和完善網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和應(yīng)用體系，同時(shí)提高信息技術(shù)投入產(chǎn)出比。14.3.14.3.智能化建筑智能化建筑 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，和建筑設(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。 智能建筑一語，首次出現(xiàn)于美國聯(lián)合科技集團(tuán)TUBS公司1984年1月在康乃狄格州所建設(shè)完成的City Place大樓的宣傳語中。證券大廈中國國際貿(mào)易中心14.3.1 14.3.1 智能化建筑的定義及分類智能化建筑的定義及分類 目前智能建筑還沒有確切的定義，但有兩個(gè)方

6、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(cè)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。 2. 安裝了對(duì)居住者的自動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)。 智能建筑主要有以下幾種類型： 1.專用辦公樓 2.出租辦公樓 3.綜合性建筑 4.住宅 14.3.2 14.3.2 智能化建筑的系統(tǒng)組成智能化建筑的系統(tǒng)組成 智能建筑是在建筑這個(gè)平臺(tái)上，由三大子系統(tǒng)所構(gòu)成。建筑平臺(tái)就是建筑物（包括環(huán)境本身）。三大子系統(tǒng)指，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化（信息網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)，建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng) 。 智能建筑系統(tǒng)14.3.2 14.3.2 智能化建筑的系統(tǒng)組成智能化建筑的系統(tǒng)組成 智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是保證樓內(nèi)語

7、音，數(shù)據(jù)，圖像傳輸?shù)幕A(chǔ)，它同時(shí)與外部的通信網(wǎng)相連，與世界各地互通信息，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能建筑的中樞，是把構(gòu)成智能建筑的三大子系統(tǒng)連接成有機(jī)的整體的核心。 智能建筑的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供先進(jìn)的信息處理功能，具有決策支持體系。 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)控制技術(shù)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 。 14.3.2 14.3.2 智能化建筑的系統(tǒng)組成智能化建筑的系統(tǒng)組成 智能建筑的綜合布線系統(tǒng)的特點(diǎn)是：將所有的語音、數(shù)據(jù)、視頻信號(hào)等的布線，經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)，綜合在一套標(biāo)準(zhǔn)的布線系統(tǒng)中，將智能建筑的三大子系統(tǒng)有機(jī)地連接起來

8、。 建筑環(huán)境開創(chuàng)的建筑空間、網(wǎng)格布線方式、色彩合理組合、降低噪聲措施等。 14.3.3 14.3.3 智能化建筑的實(shí)施步驟智能化建筑的實(shí)施步驟 智能建筑的實(shí)施步驟，是使智能建筑健康發(fā)展的一個(gè)重要措施。 實(shí)施步驟14.4 14.4 智能化交通智能化交通 智能化交通，英文簡(jiǎn)寫ITS，智能化交通一般包括以下幾個(gè)系統(tǒng)： (1)先進(jìn)交通管理系統(tǒng); (2)交通信息服務(wù)系統(tǒng); (3)車輛控制系統(tǒng); (4)車輛調(diào)度系統(tǒng); (5)公共交通系統(tǒng)等。 智能交通系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)劃分為兩層，上層為智能交通系統(tǒng)通用標(biāo)準(zhǔn)，下層為分系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。 14.4 14.4 智能化交通智能化交通 ITS中的通信技術(shù)主要包括： (1)無線

9、電廣播； (2)電纜通信； (3)微波通信； (4)移動(dòng)通信； (5)光纖通信； (6)數(shù)字基帶通信； (7)數(shù)字載波通信； (8)紅外線與超聲波通信； (9)衛(wèi)星通信。14.4 14.4 智能化交通智能化交通 ITS中的信息技術(shù)主要包括： （1）行車記錄儀 （2）GPSGSMGIS車輛調(diào)度管理系統(tǒng) （3）現(xiàn)代圖像處理技術(shù) （4）模式識(shí)別技術(shù) （5）數(shù)據(jù)壓縮及傳輸技術(shù)。14.5 14.5 仿真系統(tǒng)仿真系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展而得到迅速發(fā)展。計(jì)算機(jī)仿真是利用計(jì)算機(jī)對(duì)自然現(xiàn)象、系統(tǒng)功能以致人腦思維等客觀世界進(jìn)行逼真的模擬。這種模擬仿真是數(shù)值模擬的進(jìn)一步發(fā)展。14.5.1 14

10、.5.1 計(jì)算機(jī)模擬仿真在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真在土木工程教學(xué)中的應(yīng)用 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 。仿真實(shí)驗(yàn)14.5.2 14.5.2 計(jì)算機(jī)模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用 當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊、荷載及材料特性特殊十分復(fù)雜時(shí)，人們常常借助于結(jié)構(gòu)的模型試驗(yàn)來測(cè)得其受力性能。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(chǎng)地和設(shè)備的限制，這時(shí)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)。 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 。14.5.3 14.5.

11、3 計(jì)算機(jī)模擬仿真在防災(zāi)工程中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真在防災(zāi)工程中的應(yīng)用 人類與自然災(zāi)害或人為災(zāi)害作了長(zhǎng)期的斗爭(zhēng)。由于災(zāi)害的重復(fù)試驗(yàn)幾乎是不可能的，因而計(jì)算機(jī)仿真在這一領(lǐng)域的應(yīng)用非常有意義。 目前，已有不少關(guān)于抗災(zāi)防災(zāi)的模擬仿真軟件被研制成功。 14.5.4 14.5.4 計(jì)算機(jī)模擬仿真在巖土工程中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真在巖土工程中的應(yīng)用 巖土處于地下，往往難于直接觀察，而計(jì)算機(jī)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。 14.6 14.6 土木工程專業(yè)中計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)土木工程專業(yè)中計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué) 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer-Aided Instruction，簡(jiǎn)稱C

12、AI)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的主要方面。 典型的CAI系統(tǒng)是在學(xué)習(xí)者和計(jì)算機(jī)之間的一系列交互活動(dòng)中開展教學(xué)的。這種人機(jī)交互活動(dòng)是由CAI軟件系統(tǒng)控制的。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò)教育又成為新的一種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。 14.6.1 14.6.1 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI CAI 一、一般計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的主要特點(diǎn)有：一、一般計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的主要特點(diǎn)有： 1.形式多樣、生動(dòng)活潑。 2.高度交互、因材施教。 3.信息量大、重現(xiàn)力強(qiáng)。 4.界面友好、操作簡(jiǎn)單。二、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的主要優(yōu)點(diǎn)如下：二、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1.有利于增強(qiáng)教學(xué)效果。 2.有利于貫徹因材施教的原則。 3.有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣。 4.有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的多種能力。 5.有利于提高教學(xué)質(zhì)量。 14.6.1 14.6.1 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI CAI 土 木 工程概論CAI從土木工程的歷史、現(xiàn)狀與未來的視角，立足國內(nèi)，涉及世界，全面描述了土木工程所涵蓋的廣泛內(nèi)容。 土木工程概論CAI14.6