第11章 高新技术应用.ppt

* 土木工程概论 本 章 内 容 11.1 概 述 11.2 计算机与仿真技术 11.3 现代结构试验技术 11.4 结构振动控制技术 11.5 结构健康监测与安全预警技术 11.1 概 述 二十世纪以来人类防灾、减灾能力落后于经济发展能力的现象，已成为制约社会的重要矛盾之一。解决这一矛盾行之有效的方法是将现代高新技术应用于土木工程。 现代高新技术在土木工程中应用，已经成为现代土木工程发展的重要标志之一。 进入20世纪中叶以来，土木工程的发展呈现了传统建造技术与现代高新技术相结合的基本特征。 11.2 计算机与仿真技术 11.2.1土木工程中计算机应用技术 计算机应用于土木工程始于20世纪50年代，早期主要用于复杂的工程计算，随着计算机硬件和软件水平的不断提高，应用范围已逐步扩大到土木工程设计、施工管理、仿真分析等各个方面。 计算机辅助设计的概念以及相应软件 计算机辅助设计英文 Computer Aided Design 简称CAD 20世纪60年代，美国麻省理工学院（MIT）的Sutherland首先提出了人机交互图形通讯系统，直到80年代，一些通用的CAD图形交互软件成功地移植到微型机上，从而开始在微机上应用CAD。 上世纪90年代开始，设计院逐步甩掉图板，进行计算机辅助设计，极大提高工作效率 掌握计算机辅助设计是土木工程专业学生必备的基本技能。 图11.1 PKPM软件界面 土木工程的力学分析 受荷结构如果具有足够的强度与刚度，那么结构就不会发生较大的变形或破坏。对于细长的构件来说，还有失稳和屈曲问题。因此，对于结构构件进行力学分析与计算也是土木工程专业学生必须掌握的一项重要技能。 常用的结构分析计算软件有：我国北京大学研制开发的SAP84，大连理工大学研制开发的JIEFEX，美国的ABAQUS、ANSYS、ADINA等。 （a）体育场屋盖 (b)高层建筑 图11.2 有限元计算模型 土木工程信息管理系统 应用现代信息技术建立高效的行业管理、工程项目管理、企业管理方面的信息管理系统，可以方便有效地对行业的有关情况进行统计分析，制定合理的产业发展政策、产业技术政策、产业发展规划和发展战略提供了全新的条件与可能。 信息技术实现更宽范围的人力资源管理，更准确的会计管理、成本管理、融资管理、投资管理，更优化的决策管理、计划管理，更高效的项目施工管理。 工程项目的管理必须依靠整套先进的管理理念，采用管理软件进行管理。 11.2.2土木工程中仿真技术 工程结构在各种荷载作用下破坏特征和极限承载力是人们所关心的。 解决模型试验或现场试验的不足 当结构形式特殊、荷载及材料特性复杂时，模型试验往往受到场地和设备的限制，难以全面真实模拟实际工况。 仿真与虚拟现实技术，则可以进行足够尺寸的试验，还可以很方便地修改参数。 采用计算机模拟仿真试验，则可观察其破坏的全过程，便于破坏机理的研究。 图11.3 结构倒塌计算机仿真 11.2.3 BIM技术的概念和特点 区别于以往的设计模式，BIM技术为工程建筑行业带来的最大变革就是能够让建筑设计的整个过程处于三维模式中，随时调整，随时评估。 BIM（Building Information Modeling）技术，中文名称建筑信息模型，是对工程项目信息的数字化表达。基本思想是，在计算机上进行建筑设计时，不再是对线段、弧线、圆等基本图元进行操作，而是对带有属性信息的建筑构件进行操作直接添加或删除一根带有其材料属性的柱子。它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。 BIM不仅是一个工具，它更代表着工程建筑行业未来“信息化”的发展方向和趋势。 图11.4 某工程施工的BMI模型 在设计阶段，使用相应的BIM软件建立了三维设计模型，各专业设计之间可以共享三维设计模型数据，避免数据重复录入；二维设计图纸可以从三维设计模型自动生成。使用专门的软件，可以对设计是否符合规范进行自动校核。另外，可以自动地将三维设计模型的数据导入到各种分析软件，例如能耗分析、绿色建筑分析、日照分析、风环境分析等软件中，快速地进行各种分析和模拟，还可以快速计算工程量并进一步进行工程成本的预测。 　　在施工阶段，通过使用相应的软件，利用三维设计模型数据，进行虚拟建造。虚拟建造最重要的目的是：对建造过程进行预演，发现实际过程中可能出现的问题，及时改进，防患于未然。例如，可以综合建筑、结构、设备等各专业设计，进行碰撞检查。一旦发现构件之间的碰撞，可以及时调整设计，而不用等到施工时发现问题才进行设计变更。 BIM技术的应用 BIM技术的产业化应