刍议智能土木结构在现代建筑结构中的应用

【摘要】在基本材料中融入具备仿生命功能的材料，使结构具备人们所期望的智能结构，就是智能材料结构。在土木工程结构中，应用智能结构，称之为智能土木结构。从整体来看，智能土木结构是一...

【摘要】随着人们生活水平的提高，建筑技术日新月异的发展，人们对建筑的需求日渐呈现出多样化。在新的形势下，智能土木结构的出现，在一定程度上满足了人们的建筑需求。在现代建筑结构中，智能土木结构促进了土木工程的应用，提升了建筑性能。在本文中，笔者介绍了智能土木结构概念、类型及其在现代建筑结构中的应用。

【关键词】现代建筑结构；智能土木结构；应用；类型

当前，人们对建筑功能的要求越来越多，对居住舒适度的要求也越来越高。由于传统建筑结构多为物理力学性能结构，人们对结构控制的难度比较大，结构一旦失效，可能出现多种多样的问题。而智能土木结构的出现，很大程度上改变了这一现状，在结构中应用信息采集、传输功能材料与元器件等，提升了建筑结构的整体性能。

一、智能土木结构的内涵及其分类

（一）智能土木结构的内涵

在基本材料中融入具备仿生命功能的材料，使结构具备人们所期望的智能结构，就是智能材料结构。在土木工程结构中，应用智能结构，称之为智能土木结构。从整体来看，智能土木结构是一种仿生结构体系，综合应用了传感器、控制器、主结构与驱动器，实现了结构自控、损伤自修复，并具有较强的环境适应能力，同时可在发生危险时，有效进行自我保护。

智能土木结构出现后，结构耐久性、安全性与强度评估更加完整和准确，不仅提高了土木结构预测能力，而且在很大程度上减少了维护费用。在现代建筑结构中，智能土木结构以其优越性，具备宽广的应用潜江，在桥梁、大坝与高层建筑等现代建筑结构中均有着良好的应用。

（二）智能土木结构分类

（1）嵌入式结构。在基体材料中嵌入集动作、传染与控制功能的仪器与材料，并利用计算机技术实现对内部结构信息的采集与检测、加工处理，并将处理结果传输给控制处理器，这种结构称为嵌入式智能土木结构。

（2）基体与智能材料耦合结构。一些材料本身具备智能功能，可随自身力学与物理状态的改变而改变自身某些性能，比如碳纤维混凝土材料，导电性能可随自身受力情况的变化而改变，因此为获取结构内部信息提供了便利性。

二、智能土木结构在现代建筑结构中的实际应用

（一）智能传感元件的应用

在现代建筑结构中，迈入或粘贴一些智能传感软件，实现对建筑物的健康监测，是智能传感元件在现代建筑结构中应用的一个典范。将智能土木结构中的智能传感元件应用到建筑健康监测中，可检测与综合评价建筑的安全性、稳固性，同时也能保证检测结果的准确性，获取准确的数据，进而判断建筑的健康状况，预测建筑的寿命，为建筑维修或直接报废提供数据资料。

对于部分大规模建筑结构而言，建筑结构修建周期长，且应用设备比较陈旧，传统传感器无法适应内部环境，这时采用高性能传感器检测建筑结构健康，具有重要的作用，而光纤、智能材料等在土木结构中的应用，开创了土木工程发展的新时代，具有划时代的意义，使得建筑结构的发展出现了新契机。

（二）工程健康检测的实施

在建筑结构损伤与检测检测中，智能土木结构发挥着不可替代的作用，智能土木结构的出现具有重要的意义。在建筑结构健康检测中，一般会使用目测方法，同时还能够利用超声波、X射线与声发射等无损检测方法，从而提高建筑物健康检测的准确性，了解建筑内部结构的破损情况，可为建筑结构的维修提供准确依据，提高检测效率与准确性。比如建筑结构内部发生损伤后，外部就会出现裂缝或裂纹，而在外部力量的作用下，裂缝或裂纹会加剧内部结构的损伤，并以声速扩散，而这些均可以被特殊材料制作而成的传感元件所感知，通过分析相关检测数据，管理人员便可掌握内部结构的损害情况，进而及时规划建筑结构，避免发生安全事故。

（三）现代建筑节能支持

在现代建筑结构中，智能土木结构非但具备安全检测功能，同时还可为智能建筑提供节能技术。在目前建筑结构中，节能技术已经得到了广泛应用，而在建筑耗能规模较大的当今今天，建筑师们提出了节能建筑概念。因此，在智能建筑设计与建设过程中，尽可能应用节能器具与材料，利用智能土木结构的监测控制能力，在外部环境出现变化时，及时与合理调整建筑耗能，对于降低建筑能耗具有重要的意义。绿色建筑实现的前提，即在现代建筑中利用节能技术，促进建筑节能与绿色环保。

三、智能土木结构在现代建筑中提升的策略

（一）提升智能传感技术

为了更好在现代建筑结构中应用智能土木结构，应提高智能传感技术，以实现传感元件的性能优化。这是势在必行的事情。从仿生学角度看，对于现代建筑物来说，传感器如同其本身的感受器官，提升建筑感受能力，则应注重智能传感技术的提高，从技术的系统性入手，增强智能传感器的感知、识别与处理能力，并在此基础上，增强智能传感器系统的可靠性与灵敏度。

在现代建筑工程中，应用智能传感元件，应保证不对建筑外形结构产生影响，同时也要保证建筑结构的相容性，将对建筑物的影响降到最低，增强建筑抗干扰能力。

（二）智能控制集成系统的发展

如果将建筑比作人体，则智能控制系统相当于人体的大脑神经中枢，属于最高级的部分，智能控制系统不仅决定着感觉系统与运动系统程序，而且还担负着整个脑神经的高级运转协调功能。在现代建筑智能土木结构中安装智能集成系统，可使得建筑对一些比如强降雨、风暴等迅速作出反应，减少损失与人员伤亡。所以，相关研究部门应重视智能控制集成系统的开发、研究与应用，以更好实现对整个环境的控制，保证建筑结构的安全性。

（三）加大对结构应用的研究

智能土木结构属于一种新的结构类型，在现代建筑结构中，智能土木结构虽然有着良好的应用效果，但是整体来看，该结构的应用仍处于初级阶段，结构应用中还存在着不少的问题和不足，比如结构选择不当、技术应用水平低等问题，阻碍了智能土木结构在现代建筑结构中应用的发展。为了提高智能土木结构的应用水平，应加大对结构应用的研究，准确把握智能土木结构内涵、类型及其适用条件，根据建筑功能、性质与规模的不同，合理选择智能土木结构的类型，提升结构应用的水平。

另外，由于智能土木结构可为建筑提供节能技术，实现建筑的生态环保。所以为了降低建筑能耗，还应加大对节能技术应用的研究，提高太阳能、地热能与风能的利用率，降低化石燃料的使用率，降低建筑对周围环境的影响。

结 语

总之，随着智能技术与建筑的发展，在现代建筑结构中，各种智能技术得到了良好应用。而其中，智能土木结构综合应用了多种技术与材料，其在建筑结构中的应用，提高了建筑健康检测能力与安全性，满足了人们对建筑智能化的要求。在本文中，笔者首先分析了智能土木结构的内涵、分类，然后介绍了现代建筑结构中智能土木结构的应用，最后笔者结合自身工作经验，提出了智能土木结构应用水平提升的策略，包括提高智能传感技术水平、发展控制集成系统等。

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