時間：2022-11-15 20:43:33
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能混凝土，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
隨著現代材料的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的，結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發事故。為了有效地避免突發事故的發生，延長結構的使用壽命，必須對此類結構進行實時的“健康”監測，并及時進行修復。現有的無損檢測，如聲波檢測X射線及C掃描等，只能定性檢測，而不能定量、數據化處理，更主要的是不能實現實時監測。因而對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難，甚至是不可能的。傳統的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固，而對損傷的原結構進行維修比較困難，尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現代向智能化的發展，這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此，研究和開發具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能（智能）一體化的發展趨勢[1]
1智能混凝土的定義和發展歷史
智能材料，指的是“能感知環境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環境變化因素產生感知，自動作出適時。靈敏和恰當的響應，并具有自我診斷、自我調節、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現；為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。
1.1損傷自診斷混凝土
自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門的損傷自診斷混凝土。
1.1.1碳纖維智能混凝土
碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學性能也有明顯的改善，可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內部的損傷程度。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測，發現水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的極限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態，可以實現對結構工作狀態的在線監測[2].在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監測。試驗發現，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發現，無論在拉伸或是壓縮狀態下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發生不可逆的降低。因此，可以應用這一現象對混凝土材料的疲勞損傷進行監測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為管理的智能化提供材料基礎。
碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現對建筑物內部和周圍環境變化的實時監控；也可以實現對大體積混凝土的溫度自監控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。
碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養殖場的電熱結構等。
1.1.2光纖傳感智能混凝土
光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列，探測混凝土在碳化以及受載過程中內部應力、應變變化，并對由于外力、疲勞等產生的變形、裂紋及擴展等損傷進行實時監測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態的變化。因此人們發現，如果能測量出光波量的變化，就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，出現了光纖傳感技術。近年來，國內外進行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究，開展了混凝土結構應力、應變及裂縫發生與發展等內部狀態的光纖傳感器技術的研究，這包括在混凝土的硬化過程中進行監測和結構的長期監測。光纖在傳感器中的應用，提供了對土建結構智能及內部狀態進行實時、在線無損檢測手段，有利于結構的安全監測和整體評價和維護。到目前為止，光纖傳感器已用于許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設的一座名為BeddingtonTail的一雙跨公路橋內部應變狀態監測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監測；國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長期監測與安全評估系統等。
1.2自調節智能混凝土
自調節智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。混凝土結構除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等災害期間，能夠調整承載能力和減緩結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調節的目的，必須復合具有驅動功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。在混凝土中埋入形狀記憶合金，利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能，在混凝土結構受到異常荷載于擾時，通過記憶合金形狀的變化，使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力，從而提高混凝土結構的承載力。
電流變體（ER）是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠，其初度隨電場增加而變調到完全固化，當外界電場拆除時，仍可恢復其流變狀態。在混凝土中復合電流變體，利用電流變體的這種流變作用，當混凝土結構受到臺風，地震襲擊時調整其內部的流變特性，改變結構的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結構振動的目的。
有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求，如各類展覽館、博物館及美術館等，為實現穩定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統及復雜的布線等，其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環境濕度的探測，并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇，可以制備符合實際需要的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點：優先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。
1.3自修復智能混凝土
混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶縫工作的。混凝土產生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土發生碳化，并腐蝕混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利，一旦混凝土發生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。在人類現實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統組分中復合特性組分（如含有粘結劑的液芯纖維或膠囊）在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經系統，模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、恢復機理。采用粘結材料和基材相復合的，使材料損傷破壞后，具有自行愈合和再生功能，恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。在日本，以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發生開裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的CarolynDry在1994年采用類似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上CarolynDry還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物，它們相互穿插粘結，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料，具有優異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中，如果發生損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，愈合損傷。
2智能混凝規究現狀和應注意的
前面所述的自診斷、自調節和自修復混凝土是智能混凝土的初級階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡化形式。因此有人也稱之為機敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發揮智能混凝土作用，人們正致力于將2種以上功能進行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應、自凋節和自修復組件材料等與混凝土基材復合并按照結構的需要進行排列，以實現混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。
智能混凝土具有廣闊的應用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實際工程，還有很多問題需要進一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優排布方式；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的產生深遠的。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：
（1）開發應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發生惡化和結構發生破壞等現象，考慮不同的智能方法，如針對這些現象，設想開發出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，從而開發出相對最適應的方法是必要的。
（2）實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性，要有利于安全使用，不揮發任何有刺激的氣味和其它有害物質，并能大量應用而且成本較低。
（3）設計應具有綜合性。采用智能化，雖然可以提高材料的耐久性，但也會帶來負面作用。如由于使用了某種材料雖然能對某種惡化現象進行控制和改善，但是否會對強度等其它性能有所影響，所有這些正反兩方面的問題都必須在判斷和設計時進行綜合考慮和權衡。
關鍵字:智能-混凝土
隨著現代材料科學的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發事故。為了有效地避免突發事故的發生，延長結構的使用壽命，必須對此類結構進行實時的“健康”監測，并及時進行修復。現有的無損檢測方法，如聲波檢測X射線及C掃描等，只能定性檢測，而不能定量、數據化處理，更主要的是不能實現實時監測。因而對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難，甚至是不可能的。傳統的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固，而對損傷的原結構進行維修比較困難，尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現代社會向智能化的發展，這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此，研究和開發具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能（智能）一體化的發展趨勢[1]
1智能混凝土的定義和發展歷史
智能材料，指的是“能感知環境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環境變化因素產生感知，自動作出適時。靈敏和恰當的響應，并具有自我診斷、自我調節、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現；為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。
1.1損傷自診斷混凝土
自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門的損傷自診斷混凝土。
1.1.1碳纖維智能混凝土
碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學性能也有明顯的改善，可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內部的損傷程度。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測，發現水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的極限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態，可以實現對結構工作狀態的在線監測[2]。在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監測。試驗發現，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發現，無論在拉伸或是壓縮狀態下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發生不可逆的降低。因此，可以應用這一現象對混凝土材料的疲勞損傷進行監測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為交通管理的智能化提供材料基礎。
碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現對建筑物內部和周圍環境變化的實時監控；也可以實現對大體積混凝土的溫度自監控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。
碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于工業防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養殖場的電熱結構等。
1.1.2光纖傳感智能混凝土
光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列，探測混凝土在碳化以及受載過程中內部應力、應變變化，并對由于外力、疲勞等產生的變形、裂紋及擴展等損傷進行實時監測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態的變化。因此人們發現，如果能測量出光波量的變化，就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，出現了光纖傳感技術。近年來，國內外進行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究，開展了混凝土結構應力、應變及裂縫發生與發展等內部狀態的光纖傳感器技術的研究，這包括在混凝土的硬化過程中進行監測和結構的長期監測。光纖在傳感器中的應用，提供了對土建結構智能及內部狀態進行實時、在線無損檢測手段，有利于結構的安全監測和整體評價和維護。到目前為止，光纖傳感器已用于許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設的一座名為BeddingtonTail的一雙跨公路橋內部應變狀態監測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監測；國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長期監測與安全評估系統等。
1.2自調節智能混凝土
自調節智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。混凝土結構除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等自然災害期間，能夠調整承載能力和減緩結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調節的目的，必須復合具有驅動功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。在混凝土中埋入形狀記憶合金，利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能，在混凝土結構受到異常荷載于擾時，通過記憶合金形狀的變化，使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力，從而提高混凝土結構的承載力。
電流變體（ER）是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠，其初度隨電場增加而變調到完全固化，當外界電場拆除時，仍可恢復其流變狀態。在混凝土中復合電流變體，利用電流變體的這種流變作用，當混凝土結構受到臺風，地震襲擊時調整其內部的流變特性，改變結構的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結構振動的目的。
有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求，如各類展覽館、博物館及美術館等，為實現穩定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統及復雜的布線等，其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環境濕度的探測，并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇，可以制備符合實際應用需要的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點：優先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。
1.3自修復智能混凝土
混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶縫工作的。混凝土產生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土發生碳化，并腐蝕混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利，一旦混凝土發生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。在人類現實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統組分中復合特性組分（如含有粘結劑的液芯纖維或膠囊）在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、恢復機理。采用粘結材料和基材相復合的方法，使材料損傷破壞后，具有自行愈合和再生功能，恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。在日本，以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發生開裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的CarolynDry在1994年采用類似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上CarolynDry還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物，它們相互穿插粘結，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料，具有優異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中，如果發生損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，愈合損傷。
2智能混凝規究現狀和應注意的問題
前面所述的自診斷、自調節和自修復混凝土是智能混凝土研究的初級階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡化形式。因此有人也稱之為機敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發揮智能混凝土作用，目前人們正致力于將2種以上功能進行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應、自凋節和自修復組件材料等與混凝土基材復合并按照結構的需要進行排列，以實現混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。
智能混凝土具有廣闊的應用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實際工程，還有很多問題需要進一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優排布方式；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的發展產生深遠的影響。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：
（1）開發應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發生惡化和結構發生破壞等現象，考慮不同的智能方法，如針對這些現象，設想開發出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，從而開發出相對最適應的方法是必要的。
（2）實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性，要有利于安全使用，不揮發任何有刺激的氣味和其它有害物質，并能大量應用而且成本較低。
（3）設計應具有綜合性。采用智能化，雖然可以提高材料的耐久性，但也會帶來負面作用。如由于使用了某種材料雖然能對某種惡化現象進行控制和改善，但是否會對強度等其它性能有所影響，所有這些正反兩方面的問題都必須在判斷和設計時進行綜合考慮和權衡。
瀝青混凝土攤鋪機主要是將瀝青或混凝土材料攤鋪在公路施工面上，采用的是恒速攤鋪作業。在實際應用過程中，由于負載改變、送料速度變化、油溫上升等因素都會導致攤鋪機的運行速度改變，使得攤鋪平面發生變化，影響路面的整體質量，因此，攤鋪機的各結構之間的配合和系統的控制就顯得非常重要。
1.1行走液壓泵
行走液壓泵是攤鋪機的主要動力來源，其主要是利用發動機燃燒過程中所產生的熱能和動能，將這些能量轉化為壓力能，向液壓系統內提供壓力油，進而推動機械進行運轉。
1.2行走液壓馬達
該馬達屬于兩檔交變馬達，是將壓力油所提供的壓力能轉化為機械動能的重要結構，通過傳動軸的帶動，使得機械產生了行駛的動力，并將動力附加在驅動鏈輪上，實現了機械的整體運動。
1.3電液伺服閥
電液伺服閥是整個液壓動力控制系統當中的關鍵元件。當液壓系統的負載壓差達到一定程度時，電液伺服閥輸出壓力油流量和電流量呈正相關，如果輸入的電流是反向的，那么壓力油的輸出也必然是反向的。因此，攤鋪機的液壓馬達的轉動速度和運動方向都是由電液伺服閥的輸出流量來進行控制，使整個系統能夠被穩定控制。
1.4電磁溢流閥
電磁溢流閥是整個系統內的安全閥，主要被用來控制電-液系統所產生的壓力，使其保持在一個恒定的范圍之內，并對系統的最大輸出壓力值進行限制，保證系統能夠在安全的情況下運行，避免壓力過大損壞行走液壓系統。
1.5控制電路
攤鋪機的控制電路與其它機械的控制電路有著相同的作用，主要就是利用傳感器所發出的反饋信號向各結構進行傳輸。控制電路負責輸入指令信號，借助控制系統計算機的分析，對信號進行處理，并產生控制信號，進而操作攤鋪機的運行。
2瀝青混凝土攤鋪機行走液壓系統的工作原理
在攤鋪機的行走液壓馬達上設有速度傳感器，當液壓馬達開始運轉時，其轉速的信號就會被傳感器檢測到，并將其轉化為反饋信號發送到控制計算機當中，計算機接收到反饋信號后將其轉化為輸出信號，將相應的速度指令進行輸出，經過D/A轉換器將信號放大，進入到驅動電液伺服閥當中，通過伺服閥和電磁溢流閥來輸出和控制馬達的轉速和攤鋪機的行走速度。當所輸出的速度指令一定時，攤鋪機的驅動輪運轉速度就會恒定，而傳感器接收和反饋出的電壓信號則一定，使得計算機分析出的偏差電壓恒定，這樣就能夠保證瀝青混凝土攤鋪機能夠保證在一定的速度內進行恒速運動，使得瀝青和混凝土的澆筑均勻，保證路面施工質量。
3瀝青混凝土攤鋪機行走液壓系統的智能控制系統
攤鋪機本身屬于多系統所組成的耦合系統，其具有反應速度快、精密度高等優點，但授予電液伺服閥等結構會產生非線性參數，導致各類不確定因素影響系統的控制。因此，為了降低這些不確定因素所帶來的風險，可以利用智能控制理念當中的模糊控制來完善攤鋪機的行走液壓系統。模糊控制系統的核心是模糊控制器，其主要由三個環節構成，包括處理輸入信號的模糊量化環節、處理輸出信號的模糊控制算法功能環節、負責輸出模糊化控制信號的模糊判決環節。在構建模糊化控制器的過程中，最重要的就是將該系統的模糊控制算法建立起來，也就是制定模糊規則表，一般采用Mandani規則。在對控制量進行選取的過程中一定要注意防止超調，以系統穩定運行作為大前提。假設系統實際采樣的誤差量為e，則誤差的變化率為ec，而模糊控制規則為R，由此得出的模糊控制量u=e*R。該公式屬于合成規則，在應多不同變量的時產生的控制量公式為：un=e，通過該公式可以求得不同情況下的控制量，進而得出模糊集合，根據這一集合數據就能夠應對不同情況下系統的控制輸出信號，達到智能應對目的。
4結語
關鍵詞：回彈-超聲-拔出綜合法；混凝土；強度；檢測
Abstract: in the theoretical analysis and test research, it established concrete rebound-ultrasound-pulled out of the synthesis detection artificial neural network model. Comparing the traditional regression algorithm, the artificial neural network model of concrete strength has higher precision.
Keywords: rebound-ultrasound-pull out the synthesis; Concrete; Strength; detection
中圖分類號： TU528 文獻標識碼：A 文章編號：
1 引言
混凝土的強度可采用無損檢測的方法進行推定，如采用回彈法、聲速法、拔出法或綜合法。綜合法由于采用多項物理參數，能較全面地反映構成混凝土強度的各種因素，并且還能夠抵消部分影響強度與物理量相關關系的因素，因而它比單一物理量的無損檢測方法具有更高的準確性和可靠性[1]。通過試驗研究和工程實踐積累的檢測數據，建立了混凝土強度回彈-超聲-拔出綜合法神經網絡模型。
2 試驗設計
2.1 試件制作
設計C15、C20、C25、C30、C35、C40六個強度等級、三個齡期的混凝土，共制作標準養護100×100×100mm立方體試件180組用于回彈法、超聲法檢測，制作標準養護200×200×200mm立方體試件180組用于拔出法檢測，同時制作相同組數的自然養護試件。試件均采用機械攪拌、機械振搗。
2.2 混凝土配合比及原材料基本性能
混凝土配合比及設計參數見表1。
表1 混凝土配合比及設計參數統計表
3 回彈-超聲-拔出綜合法人工神經網絡的設計與模型建立
3.1網絡設計與說明
3.1.1輸入和輸出層的設計
人工神經網絡的輸入、輸出層數是完全根據使用者的要求來設計，問題確定下來，輸入輸出層也就確定了。
3.1.2隱含層單元的選擇
隱含層單元個數的選擇是一個十分復雜的問題，目前尚沒有很好的解析表達式，隱含層單元的個數與問題的要求、輸入輸出單元的數量、訓練樣本的數量等都有直接關系。當隱含層單元的數量太少時會導致網絡的容錯性能降低，即訓練不出理想的結果。但隱含層單元個數太多又往往會造成網絡的訓練時間過長，且網絡的輸出誤差也不一定最小，因此目前主要依靠理論和經驗確立合適的計算網絡[2]。下面公式作為選擇隱含層單元數的參考：
式中：n1為隱含層單元數，m為輸出層單元數，n為輸入層單元數，a為1-10之間的常數。
3.1.3初始值的選取
對于系統是非線性的，初始值對于學習是否達到局部最小和是否能夠收斂的關系很大，一個重要的要求是希望初始權在輸入累加時使每個神經元的狀態接近于零，這樣可以保證開始時不落到那些平坦區域上。權一般取隨機數，而且要求比較小，這樣可以保證每個神經元一開始都在它們轉換函數變化最大的地方進行[3]。
3.1.4數據的歸一化處理
由于輸入數據的密集性，數據之間的差別太小，如超聲值；同時由于采集的各數據單位不一致，直接將數據輸入神經網絡進行訓練會引起混淆。因此，必須對輸入數據和輸出數據進行歸一化處理（Normalization Processing），使得輸入層的輸入值介于[-1,1]之間，而輸出層的輸出值介于[0,1]之間。
神經網絡訓練結束后，在神經網絡進行混凝土強度推測階段（即仿真階段），需要對數據進行反歸一化處理。
3.2網絡算法改進
3.2.1附加沖量(動量)法
附加沖量法修正網絡參數時，不僅考慮誤差函數的梯度下降，而且考慮誤差曲面的變化趨勢。沒有附加沖量作用時，網絡可能陷入局部極小或進入誤差曲面平坦區，而附加沖量則有可能使網絡跳出局部極小或滑過平坦區[4]。
3.2.2自適應學習速率
正確選擇學習速率不是一件容易的事情，通常對訓練初期合適的學習速率，隨著訓練的進行會變得不合適，因為誤差曲面是非常復雜的。為了解決這一問題，設法讓網絡具有這樣一種功能，根據自身的訓練情況自動調整學習速率，即采用自適應學習速率[5]。
3.2.3 S型函數輸出限幅算法
網絡的連接權和閥值的調節量都與中間層輸出b有關，當bj=0或b=l時，vji=0或wji=0或θj=0，即當bj=0或bj=1時，不能對網絡的權值和閥值進行調整。
3.3 網絡訓練和模型的建立
混凝土強度回彈-超聲-拔出綜合法神經
網絡訓練如圖1示。經過訓練，網絡模型如
圖2所示。
建立的神經網絡的訓練函數為Trainlm。
輸入層數是3，即回彈值、超聲值、拔出力；
輸出層數是1，即混凝土立方體抗壓強度。
隱含層是1層，單元數是5。初始學習速率
0.05，沖量系數0.9，允許學習次數3000，
學習樣本數168，計算樣本數15，初始權值和閾值為[-0.01，0.01]區間的隨機數，輸入層的輸入值介于[-1，1]之間，輸出層的輸出值介于[0，1]之間。網絡檢測樣本見表2所示。
4 人工神經網絡與回歸算法推測混凝土強度對比
4.1回歸模型選擇
根據試驗數據情況擬選三種回歸公式，通過回歸指標綜合評價這三種回歸公式，然后選取既能反映混凝土實際工作狀況又較為簡單的回歸公式作為綜合法的測強公式 。
擬選用以下幾種回歸公式模型[6，7]：
冪函數方程 ：
線性方程：
指數方程：
式中；—混凝土強度計算值(MPa)；F—拔出力(kN)；N—回彈值；V—超聲速度(km/s)；A、B、C、D—回歸系數
4.2 綜合法檢測回歸公式及試驗結果分析
本次試驗通過對576組150×150×150mm試塊和90根750×200×200mm小梁180組進行拔出、回彈、超聲檢測。對試驗數據利用Matlab進行回歸分析，得到如下回歸方程和相應的回歸指標，見表3。
表3幾種回歸方程比較
關鍵詞：施工；機械化；智能化控制
1 機械化與智能化控制的優點
隨著工程施工設備向自動化、智能化發展，工程施工工藝、管理模式也隨之發生著改變，機械化、智能化的施工方式能夠提高工程質量，使工程作業更加精細、嚴謹、可控。通過改善施工條件，提高了施工生產效率，促進工程施工向安全、可靠，低耗、便捷、專業化發展。具體來說，機械化與智能化施工具有以下優點。
第一機械化施工與智能化控制有利于提高工程質量，例如施工中采用成套自動數控鋼筋加工設備，解決了傳統設備無法完成的復雜結構尺寸和多角度精確加工的難題，批量生產、規格尺寸統一，為安裝質量提供了條件；再例如對混凝土拌合站的智能化控制，改善了混凝土拌和質量。
第二機械化施工與智能化控制有利于降低成本，雖然機械化施工與智能化控制在設備投入方面會產生一定費用，但是之后能夠大大節約人力資源，勞務需求量變少，管理難度降低，使以往高投入、低產出的工程變為技術型、低投入、高產出的工程。
第三機械化施工與智能化控制有利于縮短施工工期，我們以鋼筋籠的制作加工為例，傳統手工作業6個人一天才能加工一根27米長的鋼筋籠，而采用鋼筋籠滾焊機，3個人4個小時便可完成加工制作。
第四機械化施工與智能化控制有利于提升施工管理能力。機械化、智能化控制對施工組織提出了更高的要求，從機械設備的選型、配套設計、調配、維修管理方面都必須樹立規范管理的理念，從接受、適應、發展的角度，優化管理制度和辦法。只有不斷提升施工管理能力，才能真正讓機械化、智能化發揮成效，才能使建設項目更加規范、標準、專業。
2 機械化與智能化施工管理與控制
2.1 建立完善的機械化與智能化施工規章制度
機械化施工與智能化管理，對施工單位提出了更高的要求。只有健全規章制度，做到有章可依，有制度可約束，才能充分發揮設備效能，提高設備的利用率和完好率。同時保障高質、高效、安全的進行施工生產。
一方面來說要建立機械設備臺賬和技術檔案，按時收集設備運轉日志和司機手冊，及時掌握設備動態、技術狀況、使用、維修和安全狀況。新購設備要收集機械設備的產品合格證、購貨發票、新購設備驗收記錄單，特種設備使用許可證、機動車保修單、設備外形照片、設備使用說明書及相關技術圖紙資料等。
另一方面要建立機械化施工管理責任制。按照工程施工內容劃分施工單元和作業工班，項目部管理人員實行施工單元和作業工班管理承包責任制，對作業工班施工范圍的施工管理負責，根據現場需要，上報機械施工需求計劃至調度室，再由調度室結合所有工作面分配機械設備。現場施工員和工班長對施工質量、進度、安全分區管理。并建立考核機制，每月按時兌現獎懲。
2.2 加強機械化與智能化操作人員的培訓
機械設備，是項目管理三要素“人、材、機”之一，施工機械化與智能化又離不開人的管理管理，因此加強與之相關的人才培訓是十分必要的。
首先來說要對施工操作人員進行嚴格管理：機械操作員要熟知設備性能和安全操作規程，操作好、管理好、養修好機械設備，具備正確使用、良好養修、定期檢查，能排除故障的能力。并有權制止他人私自動用自己操作的設備；對未采取防范措施或未經主管部門審批，超負荷使用設備，有權停止使用；對運轉不正常，超期不檢修，安全裝置不符合規定的設備，有權停止使用。
其次對機械調度員要進行專業挑選。在施工機械化以及智能化控制過程中，機械調度員主要是協調安排好機械使用地點、部位、順序，對機械設備有效使用進行掌控，現場調度員必須熟悉各種機械設備的類型、數量及配套組合，掌握設備的性能、用途、生產率等，這樣才能對機械設備進行有效管理，發揮機械施工的最大效率，使機械設備更好地為施工生產服務。
最后要重視機械維修員的培訓，保證他們掌握各種設備構造，能在平常巡查中發現設備問題，能排除故障，對設備管理員或操作員告知的設備問題及時進行檢查、維修。對機械設備定期進行保養，定時進行巡查，對無法排除和解決的故障及時進行報告，不耽誤、不拖延。
2.3 細化施工機械設備智能控制措施
在項目施工過程中，不同施工單位的施工設備有不同的作用，因此在智能化控制方面要進行細化，發揮機械化與智能化的優勢。
以混凝土工程為例，混凝土澆注后由于水化熱作用需要適當的溫度和濕度條件，才能使混凝土強度不斷增長。若養護不到位，混凝土水分蒸發過快，容易形成脫水現象，內部粘結力降低，或產生較大的收縮變形。所以，混凝土澆筑后初期階段的養護非常重要。為了提高混凝土初期養護質量，就要采取合理的智能養護措施。
水泥混凝土智能養護系統旨在通過一鍵實現全周期自動養護。智能養護系統由智能養護儀主機，無線測溫測濕終端，養護終端（包括噴淋管道和養護棚）組成。主要配件包括內置吸水泵、壓力、溫濕度變送模塊、電磁閥、調速變頻器、PLC、配電系統等。一臺智能養護儀可供養護6片梁，其中噴淋管道采用的是180°可調節雙枝高霧噴頭，噴淋效果好。
水泥混凝土智能養護系統采用先進的無線傳感技術、變頻控制技術，通過控制中心根據不同配合比混凝土放熱速率、混凝土尺寸、周環境溫濕度自動進行養護施工。排除人為因素干擾，提高養護效率與養護質量，具體執行系統可見圖1。
3 結束語
綜上所述，在項目施工過程中，推進機械化、智能化施工，能有效解決傳統手工作業施工過程中的有關問題，實現工程施工效率的提升。同時通過先進施工工藝進行控制，更好地保障了工程的施工質量和施工效益，確保工程施工的穩定性與安全性。總之，推廣先進施工生產設備的研發和應用，促使新材料，新工藝的不斷發展，對提高建設人才儲備，增強施工技術能力，提升施工企業實力，提高施工控制能力等，都有著積極的意義。
參考文獻
[1]吳學松.引領施工機械化技術創新與發展――2016全國施工機械化年會勝利召開[J].建筑機械化，2016（10）.
土建工程施工項目的質量問題主要表現在引發質量問題的因素復雜，從而增加了對質量問題性質、危害分析、判斷和處理的復雜性。即使同一性質的質量問題，原因有時也截然不同。所以，在處理質量問題時，必須深入地進行調查研究，針對其質量問題的特征作具體分析。土建工程施工項目質量問題，輕者影響施工順利進行，拖延工期，增加工程費用，重者給工程留下隱患。同時，同類型的質量問題，還有可能一再重復發生。
二、現代土木結構技術分析
⒈結構智能化
隨著科學的發展，人們開發出了在線監測結構。它賦予傳統土木結構以在線監測機制，從而為探知結構內部性能打開了窗口，使人員可以方便地了解結構內部物理、力學場的演變情況，這就是結構智能化的第一層次。在在線監測結構的基礎上，進一步增加監測數據的智能處理機制，使得結構具有自感知、自診斷、自推理的能力，從而使結構實現第二層次的智能化。
⒉現代土木結構分類
⑴嵌入式現代土木結構
在基體材料如鋼結構、鋼筋混凝土結構中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進現代計算機硬件軟件技術，由傳感元件采集和檢測結構內部信息，由計算機對這些信息進行加工處理，并將處理結果通知控制處理器，由控制處理器指揮、激勵驅動元件執行相應動作。
屬于這種類型的智能結構，只須對傳統土木結構加以改進即可，無須額外研究結構的傳統力學性能，易于做到傳統結構與智能結構的平穩過渡，故而成為研究的焦點。
⑵基體、智能材料耦合結構
某些結構材料本身就具有智能功能，它們能夠隨著自身力學、物理狀態的改變而改變自身的一些其它性能。如：碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導電性能。只要探測到這一改變，便可以間接獲得結構的內部力學信息。
按照結構智能化目的的不同，又可將其分為以下幾類：①具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結構；②具有應力應變狀態自診斷功能的智能混凝土結構；③具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結構；④具有疲勞壽命預報能力的現代土木結構；⑤具有監測鋼筋或鋼構件銹蝕狀態能力的現代土木結構；⑥具有感知和自我調節功能的智能減振（橋梁）結構。
⒊現代土木結構的研究內容
⑴智能化設計
現代土木結構的首要研究內容就是對傳統結構智能化的概念設計策略性研究。需要針對結構類型及其重要性的不同以及現有工藝技術水平和經濟資金情況等多個方面因素，合理地確定智能化目標，在兼顧技術先進性、實用性和經濟節省的前提下采用合理功能層次的現代土木結構。確定了智能化目標以后，就需要著手做一些準備工作：對結構在使用中可能發生的各種行為進行預測，對結構在力學物理環境下出現的各種反應進行預估，以確定結構中需要實現智能化監控的部位，從而確定整體監控方案。
⑵由傳感元件實現智能控制
感覺是現代土木結構的基礎，它利用在傳統建筑材料中埋入傳感元件（或利用傳感、結構耦合材料）來采集各種信息，經過處理分析，才可實現自診斷、自驅動等智能控制功能。有鑒于此，應對傳感元件提出一些特殊要求如下：①尺寸細微，不影響結構外形；②與基體結構耦合良好，對原結構材料強度影響很小；③性能穩定可靠，耐久性好，與基體結構有著相同的使用壽命；④傳感的覆蓋面要寬；⑤信號頻率響應范圍要寬；⑥能與結構上其它電氣設備兼容；⑦抗外界干擾能力強；⑧能在結構的使用溫度及濕度范圍內正常工作。
可列入研究范圍的元件有光導纖維，壓電陶瓷，電阻應變絲，疲勞壽命絲，銹蝕傳感器，碳纖維等。
⑶作動材料分析
【關鍵詞】智能化；建筑；電氣設備；建筑電氣
一.智能化建筑電氣發展概述
電氣產品的質量和安全是保證建筑電氣行業持續發展的前提。電氣設備是建筑裝飾工程的重要組成部分，電氣設備的質量、環保、安全水平是衡量裝飾工程舒適度的重要因素。對于電氣設備行業來說，產品要以終端智能化為目標。建筑電氣產品的節能、安全，需要產品更新換代，需要調整產品結構，因為智能電網大量的用戶終端離不開電氣產品。當前，我國建筑電氣行業存在的主要問題是傳統的制造模式和傳統的銷售方式、以及粗放式的管理，還有能源的浪費比較嚴重。隨著智能化建筑電氣系統開始應用于現代建筑，智能化建筑電氣系統的相關標準制定也在加快進行。因此，人們對建筑在信息交換、安全性、舒適性、便利性和節能性等諸多方面提出更高要求的同時，必須通過建筑物內置的越來越多的基于高新技術的計算機網絡、通信、自動控制等現代化建筑設備來實現，這一切集中反映到建筑觀念和建筑實踐中，于是建筑中增加了各種智能化系統，智能建筑應運而生。
二.智能建筑電氣與傳統建筑電氣的對比
傳統的建筑每個子系統相互獨立、強弱電截然分立的建筑方式已經不能適應智能化建筑高速發展的要求。傳統建筑物中通常存在多套獨立的不同的布線系統，如電話系統使用普通平行線對、閉路電視系統使用同軸電纜、計算機局域網一般使用非屏蔽雙絞線、火災自動報警系統多使用屏蔽雙絞線、電視監控系統使用視頻線纜等，這些布線系統的線纜、接插件及配線架等設備都各不相同，是不能互換使用的。另外，由于傳統的布線過程中要使用不同類型的電纜、電線以及接線設備，因此，這就導致了相互之間技術性能的較大差別，從而難以互通不能兼容的問題時有發生。
在以往進行傳統的布線時，如果在布設施工中需要改變終端設備位置和數量時，同時也必須對纜線和其它設備進行重新敷設，而且施工過程中還要面臨因更換線纜和設備帶來可能發生的臨線傳送信號中斷或質量下降，從而造成增加工程投資以及延時完工的現象，因此，隨著傳統布線系統的限制，綜合布線系統得到飛速發展。綜合布線系統采用高質量的材料和標準化部件，能夠保證智能化建筑系統的技術性能的優良可靠，以及滿足今后可隨時進行升級的智能建筑通信需要，雖然綜合布線系統初投資較高，但從綜合布線系統的整個使用期來看，比傳統布線更加經濟。
相對于傳統建筑，智能建筑具有安全、舒適以及便捷的環境、節能、節省運行維護的人工費用、系統集成等等特點。智能建筑首先要實現和確保人、財、物的高度安全。其次，智能建筑的智能化系統的運行維護和管理目標就是以最少的資源、 最低的成本去確保建筑物內設備維護、運行、更新。換句話說， 智能建筑安全、舒適、便利、節能、節省人工費用等所有這些特點，必須依托集成化的建筑智能化系統才能得以實現。
三.建筑電氣與智能建筑系統的應用分析
智能建筑本身就是傳統建筑技術與以信息技術為依托的新興技術結合的產物，因此，隨著信息技術快速發展下“物聯網” 等一系列新技術和新應用的產生，智能建筑的功能和智能化的系統性能都將進一步地提升和增強。
隨著現代“3C” （即現代通信技術（Communication）、現代計算機技術（Computer）以及現代控制技術（Control）統稱為3C技術）高新技術的發展和應用，將進一步提高樓宇控制精度以及達到提升建筑節能的效果。未來，智能建筑將會逐漸 成為“信息高速公路”上的站點，先進的信息技術（以微電子技術為基礎、以計算機技術、通信技術為標志）必然會很快在智能建筑中得到應用。
隨著高新科技的發展，新的控制理論、控制技術以及新控制系統的不斷出現，如非線性控制、智能控制、自適應控制、 模糊控制、分布式控制、神經網絡控制等，在智能建筑中將越來越多地采用這些現代控制技術，智能建筑電氣必須依賴集成化的建筑智能化系統才能夠得以實現。
智能建筑的“智能化”主要是依靠以“3C”高新技術和各種建筑設備智能化系統來實現的。當前智能建筑建設中的 “智能”特征，還體現在對于建筑結構設計方案的智能化以及建筑材料的智能化等方面。比如：建筑結構設計的智能化平衡： 以日本地區“竹中建筑公司”在東京市中心修建的一棟6層大樓為例，該棟建筑在模擬的多次強地震試驗中，依然能夠安然無恙，這棟新建筑之所以能夠抗擊更高的地震在于其建筑結構采用了液壓支架系統，該系統能夠減弱和抑制40%以上的震動；另外，該棟建筑在大樓頂層安裝了重約9噸的滑板，一旦大樓受到颶風或地震影響產生傾斜，這塊大的滑板就會依據計算機指令朝著反方向進行移動。另外，建筑材料的智能化主要體現在提高建筑結構安全方面。比如進行混凝土工程施工時可采用“自修復的智能混凝土”，其原理就是在常規混凝土中摻人一定量的樹脂空心纖維， 當建筑結構構件出現超過允許值的裂縫時，從混凝土中溢流出來的樹脂就會對裂縫形成自動封閉或者裂縫修復。當前，智能化建筑發展趨勢呈現較為明顯，主要體現在兩個方面：第一是智能建筑已從以往單一辦公寫字樓逐漸向各類公共建筑領域擴展，這點從近年來我國的一些建筑都可見端倪。 如：“水立方” “鳥巢”館、上海世博會“中國館”等。第二，是隨著智能建筑建設領域的擴大和建設數量的增加，智能建筑正向宏觀系統發展并接軌，比如智能建筑與“智能城市系統” “數字國家”和“數字地球”接軌。
4 結論
智能建筑是傳統建筑電氣與3C高新技術相結合下的建筑智能電氣產物，隨著信息技術的飛速發展以及物聯網在智能建筑中的不斷應用和發展，未來智能建筑智能化技術和性能都將不斷提升，未來智能建筑的“智能化”特征也將越明顯。
參考文獻
[1]李世博.基于智能化建筑電氣中關鍵技術的分析[J].現代電子技術，2009 （21） 121-123.
關鍵詞：智能土木結構，智能材料，自診斷智能土木結構，智能控制，嵌入式智能土木結構
1.引言
建筑起初是為了滿足人類生活的舒適要求和安全要求而產生的。原始時代的建筑物是利用天然材料制造而成的能蔽風雨防侵襲的封閉空間。隨著社會生產力水平的不斷發展，人類對建筑的要求也日益復雜和多樣化，結構作為建筑的核心骨架，人們也對其提出了更高水平的要求。現代大型建筑物如高層建筑、大跨橋梁、大型水壩、地下建筑等都要求其土木結構能提供更高的強度，以及更好的可靠性、耐久性及安全性。同時，在現代社會中，這些大型建筑物在整個國民經濟中所發揮的作用已日益重要，這也尤其要求它們應具有更強的防止災害的能力。
傳統的結構大多通過提高建筑材料的物理力學性能、采用合理的結構形式、加強施工管理以及定期結構評估與維護等傳統手段來達到并滿足這些要求。然而，這些傳統的手段均屬一種消極的、被動的方式：一旦建筑物被建成并投入使用，人們便失去了對結構的全面控制，結構失效、結構災害的發生便不以其設計者、建造者、使用者的意志為轉移了，人們對它的預測及防范工作都將是一件十分困難的事情。另外，若單純地依靠以往那種要求保證結構具有足夠的剛度、強度及延性的傳統結構工程設計理念，當結構所處環境因素超越某種程度以后，就會將既不經濟，又達不到預期的效果。
考察眾多建筑災害實例，人們發現，在整個建筑結構的設計壽命期內，都有可能發生結構失效。其原因在于：
1）由于結構抗力的衰減、正常范圍內的損傷積累而致使的強度及可靠性的降低；
2）由于材料的老化、腐蝕及力學性能的劣化（如徐變等）而導致的結構耐久性失效；
3）由于施工質量和使用不當而給結構造成的隱患以及損害；
4）由于結構長期遭受動荷載作用而造成的疲勞失效；
5）由于偶然的超載（如地震荷載、爆炸沖擊荷載等）造成的破壞。
以上這些原因都對結構的強度及安全性提出傳統設計方法無法滿足的要求。因而，對建筑結構進行實時監測進而由結構自身作出智能化反應就顯得十分必要了。
2.智能土木結構（IntelligentCivilStructure）概念的形成及研究現狀
2.1智能土木結構（IntelligentCivilStructure）概念的形成
現代材料技術的發展進步促使了人類社會進入了信息時代，信息材料的生產業已實現設計制造一體化。各種具有信息采集及傳輸功能的材料及元器件正逐漸地進入土木工程師的視野。人們開始嘗試將傳感器、驅動材料緊密地融合于結構中，同時將各種控制電路、邏輯電路、信號放大器、功率放大器以及現代計算機集成于結構大系統中。通過力、熱、光、化學、電磁等激勵和控制，使結構不僅有承受建筑荷載的能力，還具有自感知、自分析計算、自推理及自我控制的能力。具體說來，結構將能進行參數（如應變、損傷、溫度、壓力、聲音、化學反應）的檢測及檢測數據的傳輸，具有一定的數據實時計算處理能力，包括人工智能診斷推理，以及初步改變結構應力分布、強度、剛度、形狀位置等能力，簡言之，即使結構具有自診斷、自學習、自適應、自修復的能力。這就是智能土木結構概念的形成過程。
文獻將智能結構定義為：“將具有仿生命功能的材料融合于基體材料中，使制成的構件（結構）具有人們期望的智能功能，這種結構稱之為智能材料結構”。可見，智能結構是傳統結構的功能的升華。智能結構在土木結構中的應用便稱之為智能土木結構。
2.2研究現狀
如前所述，智能土木結構概念是為了解決評估結構強度、完整性、安全性及耐久性問題而提出的。對土木建筑結構的性能進行監測及預報，不僅會大大減小維修費用，而且能增強預測的能力。近來出現的無損檢測技術均不能對結構進行實時監測，也不能很好地預報結構的破損情況和進行完整性的評估。這些方法的致命缺點是預報方式是自外而內的，從信息傳播角度看，難免會夾雜進種種干擾信息，從而使檢測結果失真、低效率，甚至會導致完全錯誤的檢測結果。在結構內部埋入傳感器，組成網絡，就可實時監測結構的性能，這就是智能土木結構的自內而外的預報方式。智能土木結構在這些方面有很好的應用前景，目前主要應用于高層建筑、橋梁、大壩等工程領域。
美國80年代中后期開始在多座橋梁上布設監測傳感器，用驗證設計中的一些假定，監視施工質量和服役安全狀態，如在佛羅里達州的SunshineSkywayBridge橋上就安裝了數百個傳感器[2].英國80年代后期開始研究和安裝大型橋梁的監測儀器和設備。在我國，香港的LantanFixedCrossingBridge、青馬大橋，以及大陸的虎門橋、江陰長江大橋也都在施工期間裝設了傳感系統，用以于監測建成后大橋的服役安全狀態[3].1993年加拿大在Calgary建造的BeddingTrail大橋上首次成功地布置了光纖布拉格光柵傳感器，用以監測橋梁內部的應變狀態。
在其它土木工程領域，如在采油平臺、大壩、船閘等大體積混凝土結構中也曾嘗試布置傳感器來構建智能結構。同樣，近年來發展起來的高性能、大規模分布式智能傳感元器件也為民用建筑及結構的智能監測系統的發展提供了基礎，智能大廈在我國已如雨后春筍般地涌現。在民用建筑結構的應用方面，對結構的智能振動控制方面的研究已有近30年的歷史了[4].
3.智能土木結構理論的體系構成
3.1結構智能化歷程的層次劃分
傳統的土木結構是一種被動結構，一經設計、制造完成后，其性能及使用狀態將很大程度上存在著不可預知性和不可控制性，這就給結構的使用和維護帶來不便。為了解決這一問題，發展出了在線監測結構，它賦予傳統土木結構以在線監測機制，從而為探知結構內部性能打開了窗口，使人員可以方便地了解結構內部物理、力學場的演變情況，這就是結構智能化的第一層次。在在線監測結構的基礎上，進一步增加了監測數據的智能處理機制，使得結構具有自感知、自診斷、自推理的能力，從而使結構實現了第二層次的智能化。
進一步在結構中引入自適應及自動控制機制，即根據自診斷自推理的成果，由在結構中耦合的作動系統做出必要的反應，從而實現智能控制結構，這就是第三層次的智能化。比如，對結構的開裂、變形行為，結構的銹蝕、老化、損傷行為，以及結構的動力振動行為做出抑制性控制，在更高層次上對結構起到保護和維修作用。
可見，在結構智能化演化過程中，按其智能化程度的不同可劃分為如下三個層次：
22第一層次：自感知土木結構（Self-sensoryCivilStructure），它是智能結構的最低級形式；
22第二層次：自診斷智能土木結構（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有對前一層次結果的智能化加工處理，包括結構內部力學物理場的自我計算，對結構特定目標參數的自我診斷，以及以做出結構自身行為的應對策略為目標的自我推理等功能。
22第三層次：智能控制土木結構（IntelligentControlCivilStructure），它是智能土木結構的最高形式。
3.23.2智能土木結構分類
智能土木結構按其材料可分為兩種類型，分述如下：
1）嵌入式智能土木結構：在基體材料如鋼結構、鋼筋混凝土結構中嵌入具有傳感、動作和控制處理功能的材料或儀器，并集成進現代計算機硬件軟件技術，由傳感元件采集和檢測結構內部信息，由計算機對這些信息進行加工處理，并將處理結果通知控制處理器，由控制處理器指揮、激勵驅動元件執行相應動作。其工作原理如圖（2）所示。
屬于這種類型的智能結構只需對傳統土木結構加以改進即可，無須額外研究結構的傳統力學性能，易于做到傳統結構與智能結構的平穩過渡，故而成為研究的焦點。
2）基體、智能材料耦合結構：
某些結構材料本身就具有智能功能，它們能夠隨著自身力學、物理狀態的改變而改變自身的一些其它性能。如碳纖維混凝土材料能隨自身受力情況而改變其導電性能，只要探測到這一改變，便可以間接獲得結構的內部力學信息。
按照結構智能化目的的不同，又可將其分為如下幾類：
1）具有裂縫自診斷和自愈合功能的智能混凝土結構；
2）具有應力應變狀態自診斷功能的智能混凝土結構；
3）具有變形、損傷自診斷功能的智能混凝土結構；
4）具有疲勞壽命預報能力的智能土木結構；
5）具有監測鋼筋或鋼構件銹蝕狀態能力的智能土木結構；
6）具有感知和自我調節功能的智能減振（橋梁）結構；
3.3智能土木結構的研究內容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木結構的首要研究內容就是對傳統結構智能化的概念設計策略性研究。需要針對結構類型及其重要性的不同，以及現有工藝技術水平和經濟資金情況等多個方面因素，合理地確定智能化目標，在兼顧技術先進性、實用性和經濟節省的前提下采用合理功能層次的智能土木結構。確定了智能化目標以后，就需要著手做一些準備工作，它們是：對結構在使用中可能發生的各種行為進行預測，對結構在力學物理環境下出現的各種反應進行預估，以確定結構中需要實現智能化監控的部位，確定整體監控方案。
3.3.2傳感元件（Sensor）研究
另外一項重要研究內容就是傳感元件。感覺是智能土木結構的基礎性功能，它利用在傳統建筑材料中埋入傳感元件（或利用傳感、結構耦合材料）來采集各種信息，經過處理分析，才可實現自診斷、自驅動等智能控制功能。有鑒于此，應對傳感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸細微，不影響結構外形；
2）與基體結構耦合良好，對原結構材料強度影響很小；
3）性能穩定可靠，耐久性好，與基體結構有著相同的使用壽命；
4）傳感的覆蓋面要寬；
5）信號頻率響應范圍要寬；
6）能與結構上其它電氣設備兼容；
7）抗外界干擾能力強；
8）能在結構的使用溫度及濕度范圍內正常工作。
可列入研究范圍的元件有：光導纖維，壓電陶瓷，電阻應變絲，疲勞壽命絲，銹蝕傳感器，碳纖維等。
3.3.3作動材料（Actuator）研究
智能土木結構的最終目標是實現結構的智能控制，而控制是由作動材料實現的。利用某些存在物理耦合現象的材料，尤其是機械量與電、熱、磁、光等非機械量的耦合材料，作為結構的作動件。可以通過控制非機械量的變化來獲取結構特性（形狀、剛度、位置、應力應變狀態、頻率、阻尼、摩阻等）的改變，從而達到作動目的。對它的要求主要有：
1）與基體結構耦合良好，結合強度高；
2）作動元件本身的靜強度和疲勞強度高；
3）驅動方法簡單安全，對基體結構無影響，激勵能量小；
4）激勵后能產生高效穩定的控制，反復激勵下性能穩定；
5）頻率響應范圍寬，響應速度快，并可控制；
常用的作動材料有記憶型合金、壓電材料、記憶聚合物以及聚合膠體等。目前有關作動元件的研究正在一些領域展開，如董聰、Crawlay等人評述了幾種常用作動/傳感材料的性能。
3.3.4智能結構信息處理
智能土木結構要成為有機的整體，還須借助于信息的流動控制及加工處理。只有使信息在環境、結構、傳感器、信息處理中樞及作動系統之間有序地流動，并同時進行加工處理，方可使結構具有智能功能。其信息流動可如下圖所示：
由此可見，應首先對數據采集予以研究。這包括各種傳感器信號的A/D轉換以及數據處理通訊接口軟硬件的研制[8].作為一種嘗試，筆者利用傳統結構實驗裝置，實現了單片機應變儀與微機在線通訊的硬件組建及計算機數據接受軟件的開發，初步的結果表明，建立土木結構在線監測是完全可以做得到的。
其次，應著重研究輸入到計算機中的數據的智能化處理算法，以及相應軟件的開發。算法的核心目標應為對結構內部力學、物理場的全面計算。在此，應注意算法的快速性，避免因算法過于復雜而失去了智能結構的機敏、實時特性[9].
接著，應對結構的健康診斷及安全評定方法予以研究。包括結構的數學建模，參數空間的模式識別，損傷評定，體系可靠性分析，以及人工智能的應用。
最后需要研究的是結構控制機理、結構局部損傷修復方法、結構振動控制機理等問題。
4.結論及研究建議
智能土木結構是材料科學、計算機科學、自動控制技術發展到一定程度的產物。它涉及到結構和建造的重大變革，涉及到當今土木工程、材料科學、自動控制、計算機軟硬件技術、信息通訊、人工智能等眾多領域內的前沿技術。正如建筑業是國民經濟各部門原動力一樣，智能土木結構及智能建筑不僅對于未來土木界的發展意義重大，而且對于目前主要的高科技領域而言也具有重要的意義，它的研發及實現必將進一步帶動其它高科技領域的進一步提高，是土木工程界的知識經濟。毋須置言，對它的研究工作應首先要求結構工程師投入極大的努力，更新觀念，注意吸取其它領域的思想，成為智能土木結構研究的主體，同時還需結構工程師同相關領域的專業人員緊密配合，建立科學化的研究管理機制，才能完成這個系統工程。
在具體的研究中，筆者給出了幾點建議，謹供業內參考：
1）對于土木工程中普遍使用鋼筋混凝土（包括RC，PC，PPC）、鋼結構的現狀，建議以嵌入式智能結構的研究為重點。這樣做的好處在于能最大限度地利用現有的結構理論知識，使研究的重點放在未知的附加智能化功能的研究上來，同時還能使智能化經濟可行，也可做到工藝水平的傳統與未來的連續。另外，這種思路還可以利用現有土木結構實驗的裝置和方法。
2）對嵌入式智能土木結構，研究出一種高效、實時的力學計算算法將是一項迫在眉睫的任務，只有利用監測傳感系統所得到的信息進行全面實時計算，方可對結構有全面及時的了解，才能為其后的信息流動打下基礎。這就需要對復雜的非線性有限元加以改進，使其勝任在線、實時、精確的計算工作。
關鍵詞：現代橋梁；橋梁材料；橋梁結構；橋梁形式；智能仿生
中圖分類號： TU997 文獻標識碼： A 文章編號：
前言
人類有目的、有計劃地模仿自然、模仿生物是一種人類特有的能力，可以達到提高生活質量、提升生產力的目標。進入到20世紀60年代，仿生學正式被創建出來成為一門新興的學科，同時也就開始了各領域的科學化應用。橋梁可以根據橋梁的功能要求和設計要求，將仿生學引入到設計工作中，不但能有效提高橋梁的實效性和功能性，而且還可以創造出更新、更美的橋梁結構，使橋梁更加富于生命力、表現力和安全性。
1現代橋梁設計中材料仿生的應用
材料仿生是現代橋梁設計的主要標志，是通過對生物長時期進化過程的模擬而得出的材料方面的突破。仿生材料最常見的形式為鋼筋混凝土，在鋼筋混凝土的制作中就是模仿植物根系形成的交叉結構而形成的穩固形態，因此，法國人約瑟夫·莫尼埃嘗試用鐵絲模仿植物根系，再用沙子和水泥構成的混凝土澆筑在一起，就形成了當前的鋼筋混凝土前身。當前鋼筋混凝土結構已經成為現代橋梁中必不可少的組成部分，對于現代橋梁的安全、穩定有著不可替代的作用。木材因為纖維結構而具有較強的抵御震動和沖擊的能力，并具有輕質、彈性、韌性等優點，日本建筑業在普通混凝土中添加鋼絲，在混凝土結構的內部形成了鋼絲的網狀結構，鋼絲支撐著混凝土，混凝土包裹著鋼絲，這樣不但提高了鋼絲混凝土的結構強度，而且提高了鋼絲混凝土的韌性，還提高了鋼絲混凝土對抗沖擊的能力，這對于橋梁結構來說有著比較好的適應性，因此，在當前現代橋梁設計中很多部位都采用鋼絲混凝土的結構。珊瑚蟲生物有著外骨骼，并會隨著時間而生長，可以通過將珊瑚蟲引種到跨海橋梁的基礎附近，通過珊瑚的結構抵御風浪對基礎的沖擊，這樣的設計可以有效提高防護效果，是對自然材料的科學化利用。
2現代橋梁設計中結構仿生的應用
生物界里有很多質地輕巧、曲度均勻的結構，如蛋殼、顱骨，這些結構可以在橋梁設計上應用，設計出橋梁的薄殼結構，這種結構可是實現外部力量的迅速擴散，在簡化橋梁自身結構的同時，有保證了橋梁關鍵部位的強度。蜘蛛網能夠承受很大重量的問題，其原理是蜘蛛絲的特殊結構和蜘蛛絲間的相互連接，在現代橋梁設計中懸索橋和斜拉橋就是對蜘蛛絲的仿生學應用，在懸索橋和斜拉橋的主要部位——鋼索中，就是采用與蜘蛛絲結構相仿的鋼絲纏繞和綁束方式，這樣的設計不但可以提高懸索橋和斜拉橋的外觀美感，而且還可以有效降低橋梁的自重，并能夠提升懸索橋和斜拉橋的通行能力和安全性。
3現代橋梁設計中橋梁形式仿生的應用
橋梁形式仿生是現代橋梁設計中最為常見的應用，形式仿生可以設計出新穎的橋梁結構，而且新型結構有助于發揮出橋梁新結構的體系作用。天津的大沽橋就是我國仿生形式橋的一個杰出代表,由兩個不對稱的拱圈構成,形成不對稱外飄式聯合梁系桿拱橋,大拱圈面向東方,象征著太陽,小拱圈面向西方,象征著月亮。大沽橋的設計構思為“日月雙輝”,在2006年國際橋梁大會上獲得了全球橋梁設計建造最高獎———尤金·菲戈獎。國外橋梁形式仿生的代表建筑之一就是引人注目的鹿特丹城市的埃拉斯穆斯橋梁,自1997年建成起就成為世人贊美的目標,該橋另一個別名就是“天鵝橋”,它運用了仿生學原理,以美妙的天鵝姿態跨越了2600ft的距離。鋼索懸掛在塔門上,彎曲著抵抗拉力,支持著橋身。上述橋梁大師的作品無疑在橋梁形式創作中是值得借鑒的,只要我們善于觀察和吸收自然界中千變萬化現象的內在規律,我們就能有取之不盡的源泉，也就能夠形成傳世的橋梁建筑。
4現代橋梁設計中智能仿生的應用
智能仿生是現代橋梁設計的主要方向，是將橋梁賦予“智能”，具有主動修復、自我調節和自我診斷的功能。現在部分復合材料已經具備本征自感應功能,可以有效地預報混凝土材料內部的損傷。重慶市重點自然科學基金項目課題組模仿富含神經元及神經脈絡的動物肌膚對創傷的感知機理,開發研制出混凝土橋梁裂縫仿生監測BCM系統,該系統能及時感知混凝土橋梁表面裂紋的位置、長度及發展狀況,裂紋監測準確率大于95%,已成功應用于渝黔高速公路太平莊大橋跨中區段的長期遠程監測。自調節智能混凝土在受臺風、地震等自然災害期間,能夠調整承載能力和減緩橋梁結構振動,但因混凝土本身是惰性材料,要達到自調節的目的,必須復合具有驅動功能的組件材料,如形狀記憶合金(SMA)和電流變體(ER)等。在混凝土中埋入形狀記憶合金,當混凝土結構受到異常荷載干擾時,通過記憶合金形狀的變化,使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力,從而提高混凝土結構的承載力。佐治亞理工學院的土木工程學家們通過試驗首次證明利用鎳鈦諾形狀記憶合金(SMA)制成的纜索能夠有助于抵御地震或者颶風。它們可以像橡皮筋一樣彈回來,沒有任何損壞。因此,由SMA制成的超彈性纜索可以讓橋梁路面在連接處“彎曲”,地震消散后又很快恢復到支座支撐的位置。自修復混凝土是指在混凝土傳統組分中復合特性組分(如含有粘結劑的液芯纖維或膠囊)在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統,模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、恢復機理。日本,以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中,一旦混凝土在外力作用下發生開裂,部分膠囊或空心玻璃纖維破裂,粘結液流出并深入裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。
參考文獻:
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[3]保羅·文森佐·格諾維斯,水潤宇.自然中的對數螺旋:仿生學在建筑中的應用[J].建筑創作.2006(05)
關鍵詞： 碳纖維碳纖維混凝土性能作用應用研究
一、前言
混凝土是目前使用最廣的一種建筑材料，由于其在各方面的優良性能， 自它誕生之日起就一直受到人們的關注。近兩年， 國家采取擴大內需保增長政策， 全國各地都加大了基礎設施建設力度， 每年混凝土用量數十億立方米， 規模之大， 耗資之巨， 居世界之首。 隨著現代材料科學的不斷進步， 混凝土已逐漸向高強、 高性能、 多功能和智能化方向發展， 用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。 然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用過程和周圍環境的影響下不可避免地會產生微開裂和局部損傷，而且混凝土的損傷通常是逐漸積累發展的， 從而會導致混凝土結構的最終破壞。 為了改善混凝土抗拉性能差、 延性差等缺點， 可以通過在原材料中摻加各種纖維的辦法來配制纖維混凝土。目前， 在工程中應用最廣的纖維混凝土主要有4種， 分別是鋼纖維混凝(SFRC)、 玻璃纖維混凝土(GFRC)、 碳纖維混凝土(CFRC)以及合成纖維混凝土( SNFRC)。在原材料中摻加碳纖維即
為碳纖維混凝土， 又稱為碳纖維增強混凝土， 它是一種智能型材料。本文論述了碳纖維的性能、碳纖維在混凝土中的作用以及碳纖維混凝土的應用研究。
二、碳纖維的性能
碳纖維是一種含碳量在 90％以上的高強度、 高模量、 耐高溫纖維， 它重量輕 （密度約 1.8kg/m3）、 強度高、 尺寸穩定、 抗疲勞阻尼特性好、 耐高溫、 耐酸堿腐蝕、 有導電性、 抗蠕變、 可傳熱、 熱膨脹系數小，既可作為結構材料承擔荷載，又可作為功能材料發揮作用。 它強度比鋼的大、 密度比鋁的小、 比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、 又能像銅那樣導電， 具有許多寶貴的電學、 熱學和力學性能的新型材料。碳纖維能顯著提高混凝土的 （抗拉、壓、彎） 強度， 韌性、 延性、 抗沖擊疲勞性能和變形模量。
由于碳的單質在高溫下不能熔化(在 3000℃以上升華)， 而且在各種溶劑中均不溶解， 所以，目前人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維， 只能采用一些含碳的有機纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)作原料，將有機纖維與塑料樹脂結合在一起，放在稀有氣體的氣氛中， 在一定壓強下強熱碳化而成。 現在市場上生產銷售的碳纖維絕大部分是用聚丙烯腈纖維的固相碳化制得的。 碳纖維有極好的纖度， 纖度的表示方法之一是 9000m長的纖維的克數， 一般僅約為 19 g;碳纖維的拉力高達 300 kg/mm2， 同時還具有耐高溫、 耐腐蝕、 導電、 傳熱、膨脹系數小等一系列的優異性能。目前幾乎沒有其他材料能像碳纖
維一樣具有如此多的優異性能。
三、碳纖維在混凝土中的加固作用
1高抗拉強高彈性模量
碳纖維是一種柔性材料，可任意剪裁，設計自由度大，經粘貼后其抗拉強度超過普通鋼板的10倍，彈性模量和鋼材相近，而其重量約為3mm厚鋼板的1/100。因此，在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構及構件的承載力和延性，改善其受力性能，達到加固修補的目的。
2施工方便，工作效率高
無需大型施工機具和輔助機械、模板，施工占用場地少，無濕作業，能適應各種結構外形的補強而不改變構件外形尺寸，操作簡單，施工速度快。據有關資料統計，粘貼碳纖維的加固工效是粘貼鋼板加固工效的4～8倍。
3耐腐蝕及耐久性能好
碳纖維材料化學性質穩定，不與酸、堿、鹽等化學物質發生反應，且還可以防水，可長期經受核輻射和紫外線照射，在-52～82℃溫度環境條件下使用，強度不降低；并易與外加防火涂層后有效地防火，可大大增強結構對惡劣外部環境的適應能力，如可免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護，節省維護費用，延長結構壽命。
4不增加結構自重
碳纖維材料重量輕（僅為200～300g/m2），厚度小，經加固修補后的構件，不會增加結構體積，基本上也不增加原結構的自重及尺寸。
5不影響結構外觀
碳纖維片的厚度很薄粘貼固化后表面做高性能砂漿，不僅增加了混凝土保護層厚度，對防止混凝土鹽害侵蝕有較大作用，同時，不影響結構的外觀。
6能有效地封閉混凝土的裂縫
碳纖維片粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，碳纖維片高強模量的特性還約束了混凝土結構裂縫的生成與擴展，改變了裂縫的形態，使寬而深的裂縫變成分散的細微裂縫，從而提高了混凝土的整體剛度。
7適用范圍廣
可用于不同結構類型(如建筑物、構筑物、橋梁、隧道、涵洞等)、不同結構形狀(如矩形、圓形、曲面結構等)、不同材料的構件如混凝土結構、木結構、鋼結構等)加固，也可用于構件的不同部位(如梁、板、柱、節點、拱、殼、墩等)及不同薄弱因素的加固。除此之外，碳纖維材料還有其他的一些優勢，如透電磁波、絕緣、隔熱等。
四、碳纖維混凝土的應用研究
碳纖維智能混凝土在今后將得到更加廣泛的應用，但就目前來講， 碳纖維混凝土的廣泛應用還受到很多限制。因此， 加強碳纖維混凝土的應用研究，對其應用過程中存在和出現的各種問題進行研究并找出合理解決方案， 將是碳纖維混凝土研究的一個重要方向， 主要有：（1） 改善攪拌工藝， 提高碳纖維在混凝土基體內的分散均勻性。 美國在 20世紀 70 年代就開始研究用于自動撕開纏裹成團的鋼纖維，并以均勻而又可以調節的速度將纖維送進混凝土攪拌裝置。國內也做過大量這方面的試驗研究，探索如何提高碳纖維在混凝土中的分
散性， 并從原材料選擇、 配合比設計、 拌合和澆注等方面著手提高纖維混凝土各項性能。（2） 改善碳纖維和基體材料的性能， 研究碳纖維與基體界面性能， 從而得到性能更好的纖維混凝土材料。（3） 高摻量碳纖維混凝土的研究， 在滿足施工和易性和保證強度的前提下， 通過使用外加劑和摻和料以獲得韌性明顯提高的碳纖維混凝土材料。（4）充分利用碳纖維混凝土的智能特性， 開發更實用的智能混凝土。（5）完善碳纖維生產工藝， 降低碳纖維價格， 從而降低建設成本。
五、結語
綜上所述，工民建混凝土結構構件出現裂縫，是目前建筑工程施工中較為普遍的現象，而裂縫的存在直接影響了工民建筑的正常施工和使用，而將碳纖維布加固混凝土結構應用于工民建筑中，由于其具有施工簡便、耐久性好、抗腐蝕、不增加結構自重、原結構的影響較小、能有效封閉混凝土裂縫等優點，可有效提高工民建混凝土結構的承載能力和抗疲勞性能，增強結構的抗震能力，綜合加固效果顯著。且隨著碳纖維材料成本的降低及國內外研究的不斷深入，該項技術在工民建混凝土結構加固領域中的應用會越來越廣泛，具有廣闊的發展前景。
1 防雷設計基本原則
1.1 智能建筑物體在進行防雷措施設計的過程中，必須要針對建筑自身的實際情況，根據綜合性防雷措施要求對建筑進行設計。堅持預防為主，安全第一的指導方針，為確保防雷設計的科學性，在設計前應對現場雷電環境進行評估。
1.2 智能建筑物的防雷宜考慮環境因素、雷電活動規律、建筑物內設備的重要性，發生雷災后果的嚴重程度，分別采用相應的防護措施。
1.3 智能建筑物的防雷應堅持全面規劃、綜合治理、優化設計、技術先進、經濟合理、進行綜合設計。
1.4 智能建筑物內的微電子設備的防雷應采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、共用接地系統和安裝電涌保護裝置等措施進行綜合防護。
1.5 智能建筑物內的微電子設備應根據所在地區雷暴等級，設備放置在不同的雷電防護區，以及系統對雷電電磁脈沖的抗擾度，采用不同的防護措施。
2 智能建筑綜合防雷技術應用分析
2.1 引下分流影響
引下分流所帶來的影響主要對是雷電的電流電壓進行分散，其建筑內部所安裝的引下線直接影響到了實際分流的效果。并且建筑內部所安裝的引下線越多，那么雷電在不斷分流之后，其電流也會在這一過程中被不斷的分流，分流之后的電流在這一過程中所呈現出的感應范圍也在逐漸的縮小，而不同引下線之間距離在這一過程中并不能超過相關間距規定，此外，還需要在建筑物體的內部加裝上相應的均壓環，均壓環所起到的主要作用就是最大限度的降低電感之間所存在的電流壓力，利用這一裝置，不但能夠使得建筑達到對雷電進行分流的目的，還能夠降低電流的電壓，為各個電氣提供更為高效的安全保障。
2.2 均衡電位
均衡電位措施的目的就是為了讓建筑內部每一個部位之間的電位都完全相同，也就是形成等電位。在建筑工程進行修建的過程中，如果能夠使得其中的結構鋼筋、金屬物體、金屬管線完全連接成為一個整體，讓整個建筑物的內部形成一個完整、統一的導電體，形似完全封閉的金屬籠，那么在這樣的環境下，其建筑便能夠形成以小接地電阻、引下線阻抗、等電位作為主體防雷構造的法拉第籠。當建筑自身在這一過程中遭受到雷擊之后，便能夠起到極為良好的屏蔽作用，讓建筑內部的電流壓力保持在一個較為安全的狀態之下，形成一個整體性的等電位，如此一來，建筑的內部就不會出現危害性較大不同電位，最大限度的避免了雷電反擊和跨步電壓的危害。這一措施對于現代城市建筑內部所存在的電器設備防護來說，起到了極其重要的作用。
3 智能建筑綜合防雷施工措施
3.1 接閃器對于智能建筑來說，屋面結構一般采用現澆混凝土板，主要采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅扁鋼敷設成帶狀或網狀作為接閃器。智能建筑一般屬于一級負荷，要按照一級防雷建筑物的保護措施設計施工，接閃器在屋頂組成不大于10m×10m的網格。由于較多系統的存在，智能建筑屋面的設備相比普通的建筑要多，常見的包括衛星接收裝置、天線、冷卻塔、航空障礙燈、金屬裝飾架、廣告牌、旗桿、太陽能熱水器等。上述裝置多采用金屬構架，為突出屋面建筑，一般在工程后期安裝，通常利用預埋地腳螺栓或采用膨脹螺栓固定在屋面板上，如果不采取有效的施工措施，與屋面避雷網的電氣連接很不可靠。
3.2 接地裝置一般鋼筋混凝土或鋼結構的建筑最好利用其樁基內或底板基礎內的鋼筋作為接地裝置，并在整個基礎內構成統一的聯合接地體，智能建筑中的智能系統設備如無特殊要求，建筑物接地應采取聯合接地。但是需要注意，有些鋼筋混凝土不能作為接地裝置，如防水水泥、鋁酸鹽水泥、礬土水泥、異丁硅酸鹽水泥等以人造材料水泥做成的鋼筋混凝土基礎等。對避雷系統接地裝置的接地電阻值有一定的要求是無可非議的，因為接地電阻越小，散流越快，落雷物體高電位保持時間就越短，危險越小，以至于跨步電壓、接觸電壓也越小。
3.3 等電位聯結防雷規范給出等電位聯結網絡的基本形式：S型星型網絡、M型網型網絡及SM型混合網。前者網絡單點接地，特點是直流電流不能流人室內鋼筋上，外部電流無通路。后者網絡多點接地，特點是接地阻抗低，但易引來直流電流和侵入電流。具體選用的取舍還應研究信息系統設備信號頻率和電磁干擾頻率等。
3.4 電涌保護電涌保護器是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置
為了安全起見及使用和維護方便，電源系統的多級防雷原則上均選用并聯型電源電涌保護器。但考慮到我國電網電壓普遍不穩定、波動范圍大的實際情況，在盡量選擇殘壓較低的電源電涌保護器的同時，還必須考慮電涌保護器有足夠大的最大連續工作電壓。
關鍵詞：建筑技術；發展；應用
Abstract: with the steady increase in China's overall strength, the rapid development of economic strength, and the acceleration of urbanization, the urban construction of our country on the trend of rapid development, the following is building number and scale of rapid surge, high-rise buildings in, with the current situation of the development, building new technology and new material also constantly applied in the construction engineering construction, which also greatly promote the building the pace of construction of the project, and, to some extent, also ensures the stability of the construction engineering and high quality, but some more specific and complex construction need more system, and the advanced construction technology to make promises, in order to ensure the safety and reliability of the construction project, this paper the author development of construction technology and application for a discussion.
Keywords: building technology; Development; application
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：
我國的建筑施工技術可謂是源遠流長，而且門類也繁多，具有很強的豐富性和民族色彩及地域色彩，它與西方的建筑施工技術有本質上的區別，可以說我國的建筑技術在世界上產生的影響力還是比較深遠的，是世界建筑史上的一朵奇葩，建造出了許多讓人們嘆為觀止和為世界人們所稱奇的具有實用性和藝術性特點并存的建筑，比如萬里長城、北京故宮、紫禁城、大雁塔、十三陵等一些恢宏壯闊的建筑，充分展現了我國的建筑技術。不同的地域所采用的建筑技術往往有很大的不同，建筑技術也處于不斷的發展與革新過程中，進入新的階段，尤其是21世紀的今天，我國建筑技術的發展正逐步形成了完整和規范化的建筑體系，并且采用了最先進的科技成果，呈現一種綜合化的發展趨勢。
一、建筑技術的內涵
建筑技術包含了很多方面的知識，包括從整體規劃、建筑外觀設計、建筑內部設計再到施工工藝和結構設計等都屬于建筑技術的范疇，例如景觀設計、建筑設計，室內設計、人工挖土工藝、機械挖土工藝等也都屬于建筑技術，可以說建筑技術這個名詞具有非常豐富的內涵。
二、我國建筑技術的發展與實際應用
在建造具體有規格和要求的建筑工程項目時，需要綜合考慮到各方面的因素，以達到建筑工程的最大經濟效益和實用性，在兼顧建筑經費和實用、安全可靠性的基礎上，我們可以大膽地創新建筑施工技術，使用新材料和新技術工藝等。下面筆者具體地來闡述我國建筑技術的發展與實際應用情況：
（一）模板與腳手架技術
模板在建筑施工中發揮著重要的作用，它是混凝土結構工程施工的重要工具，也是不斷推進我國建筑技術進步的一個關鍵因素和重要內容之一。在最近的幾年，我國的模板技術不斷地在進步，不僅開發研制了一些通用性較強的組合式模板，同時還結合建筑工程結構構件的特點施工工藝要求，開發研制出了一些用于澆筑豎向結構構件的大模板、爬升模板和滑動模板以及用于澆筑大空間水平結構構件的飛模或臺模、密肋樓蓋模殼等，還有可以同時澆筑樓蓋和墻體的隧道模等工具式的模板，從這些方面可以看出我國的模板技術在飛速發展。我國的腳手架技術也得到了發展，近年來，我國的腳手架技術貫徹和堅持“以鋼代木”的原則和方針，腳手架的生產也實現了系列化和工廠化，腳手架的功能已經發展為多樣化，另外，腳手架的設計計算、搭設和安裝也逐步向規范化的趨勢發展，并且已經形成門架式、碗扣式、扣件式以及橋式、吊掛式、升降爬架式和懸掛式等多種工具式腳手架。眾所周知，腳手架是保證保證高空作業安全的重要設施，腳手架技術的發展可以進一步為高空作業安全作保障。從這些可以看出模板和腳手架技術在混凝土結構工程施工和高空作業工程施工方面有著廣闊的應用前景。
（二）地基基礎工程施工技術。
我國的地基基礎工程施工技術得到了迅猛的發展，在地基施工工藝上，目前已經基本形成了加筋復合法、壓密固結法、注漿加固法和換填墊層法等四種相關方法，其中加筋復合法成為了地基施工的主導方法。地基基礎工程技術在實際應用有很廣闊的領域和前景，因為它仍是我國應用最廣泛的一種基礎形式，在混凝土灌注樁和混凝土預制樁中，由于混凝土灌注樁可以適用于任何土層結構，而且其承載力也大，施工時對環境產生的影響較小，所以它的發展很快，有廣闊的應用前景。
（三）混凝土技術
眾所周知，水泥混凝土是我國建筑工程的主要施工材料，近年來，我國建筑工程中常用混凝土的設計強度標準有所提高，從20-30MPa提高到了30-50MPa，強度等級為C50、C60的高強度混凝土越來越多，建筑施工時采用這種強度的混凝土也越來越多。而在混凝土澆筑時，泵送技術的發展，從一定程度上解決了大面積混凝土連續澆筑所產生的問題。高強度混凝土作為現代的主要混凝土技術，由于它的特性是在常規水泥、砂石的基礎上，依靠礦物摻合料和化學外加劑來降低混凝土的水灰比例，從而改善混凝土的微觀結構，使混凝土能夠更加密實，并獲得高強度的粘性，因此對混凝土的配置質量要求較高，這從另外一個方面可以促金預拌混凝土的進一步發展，也為混凝土技術的實際應用打開了領域，讓其有良好的應用前景。
（四）現澆結構的粗鋼筋連接技術
近年來，隨著高層建筑的增多，高層現澆混凝土結構也在增多，而現場施工時粗鋼筋的連接，成為了一個突出的問題，但隨著我國科學技術的發展，開發研制出了電渣壓力焊后，為現澆結構的粗鋼筋連接技術的研發作好了鋪墊，先后開發研制出了多種適合現場現澆結構施工的粗鋼筋連接新技術，如套筒徑向和軸向擠壓連接、錐螺紋連接和直螺紋連接等機械連接技術。這些技術的發展為高層建筑的施工提供了安全可靠的質量保障，從側面可以說現澆結構的粗鋼筋連接技術具有廣闊的應用前景。
（五）鋼結構技術和大型結構整體安裝技術
隨著我國建筑施工工藝的不斷發展，鋼結構被更廣泛地應用到建筑工程施工中，近年來，我國的建筑結構中的鋼結構進入到了一個嶄新的發展時期，它所具備的抗震性能好、施工速度快等獨一無二的優點被更多的建筑人士所認可，并且更加廣泛地應用在建筑工程的施工中。如今，我國的建筑工程鋼結構種類更加繁多，鋼結構已包括大跨度空間鋼結構、高層和超高層建筑鋼結構、輕型鋼結構（這種鋼結構包括門式鋼網架結構和輕型房屋鋼結構）以及鋼和混凝土組合的結構（包括鋼管混凝土結構和勁性混凝土結構）等等，鋼結構的連接技術也在不斷發展，采用焊接（包括半自動焊、手工焊、全自動焊）、高強螺栓連接、栓焊和自攻螺釘連接等連接技術，這些技術從設計、制造再到施工等方面形成了比較成熟和系統的成套技術，在某些領域這些技術還處于領先地位。由此可見，我國的建筑鋼結構技術和大型結構整體安裝技術的發展勢頭迅猛，有廣闊的應用前景。
（六）高效鋼筋和現代化預應力技術
隨著我國建筑施工中混凝土結構的不斷發展，鋼筋用量大、造價高以及配筋稠密度問題也日漸突出，為了解決這些問題，進一步提高鋼筋材質的強度，改善其綜合性能是解決這些問題的出路，為此，近年來，我國加大了在鋼筋方面研發力度，也取得了不錯的成績，在熱軋鋼筋方面開發研制出了400MPa的新III級鋼筋，較之以前的370MPaIII級的鋼筋性能更加優良，同時還引進生產了冷軋帶肋的鋼筋。我國不僅在高效鋼筋的研發上有發展，在現代化預應力混凝土技術上也得到了迅猛發展，目前，我國的預應力鋼絲和鋼絞線的標準同國際接了軌，而且低松弛高強度的鋼絞線的強度也已達到了國際標準上的先進水平，現代化預應力技術，尤其是預應力體外張拉技術，對于鋼材的節約和鋼材結構剛度的提高，都具有十分重要的作用，由此可見，我國的高效鋼筋和現代化預應力技術在建筑工程施工中的發展勢頭良好，同時，這種技術的應用領域在未來的建筑行業中會更多地用到這種技術，所以，它具有廣闊的應用和發展前景。
三、不同領域的建筑技術發展與應用
前面筆者闡述了建筑工程中一些建筑技術的發展與應用情況，不同領域有不同的建筑技術，下面筆者就簡單談談以下不同建筑領域的建筑技術的發展與應用情況。
（一）生態建筑技術的發展與應用
隨著人們環保意識的增強，生態建筑越來越受到人們的關注，其特點就是要自然通風、超低能耗、綠色建材、生態綠化等，所以也可稱之為綠色建筑，生態建筑的發展趨勢是達到降低能耗、減少污染的，從而實現可持續發展的目的，因此在建筑技術上的發展要跟上步伐，我國的生態建筑技術還處于發展階段，歐洲國家的建筑生態節能技術走在了世界的前列，他們的節能理念、技術都很先進，在節能能耗上，從控制單項建筑維護結構的最低保溫隔熱指標轉化為對建筑能量總消耗量的控制，同時采用遮陽、溫室效應、余熱回收等技術進行節能，在生態技術的發展與應用方面，廣泛應用的生態建筑技術主要有：能量活性建筑基礎系統、呼吸式雙層幕墻系統、樓板輻射采暖制冷系統、置換式新風系統、高效防噪聲系統、雙層架空地面系統以及水循環再生系統等，這些技術系統在生態建筑領域發揮著重要的作用，其應用前景良好。
（二）智能建筑技術的發展與應用
智能建筑是信息時代的產物，它是將計算機技術、信息技術、通信技術與建筑藝術有機結合，我國的智能建筑發展還處于初級階段，美國是最早誕生智能建筑的國家。智能建筑的發展離不開計算機、通信、控制三項技術作支撐，這三項技術實現了建筑樓宇的自動化和智能化，智能建筑技術在未來將會有廣闊的發展和應用前景。
結束語
綜上所述，我國的現代化建設正進入階段,基礎設施和建筑工程建設也進入了新的建設時期,建筑技術隨著時代的進步而進步，在建筑工程施工上發揮著重要的作用，為我國建筑工程的質量作技術支撐和安全可靠性保障，建筑業必須與相關的高新建筑技術相結合，才能達到最高的建筑使用效益，同時我國還應該在不同的建筑領域研發出更多的建筑技術，使我國的建筑行業健康向上地發展。
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