时间：2022-11-15 20:43:33
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇智能混凝土，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
随着现代材料的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测，如声波检测X射线及C扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2].在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（Seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（E）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为BeddingtonTail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国Winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（SME），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体（ER）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、N0x和S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上CarolynDry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的产生深远的。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
关键字:智能-混凝土
随着现代材料科学的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测方法，如声波检测X射线及C扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代社会向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2]。在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（Seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（E）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于工业防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为BeddingtonTail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国Winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（SME），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体（ER）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、N0x和S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上CarolynDry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只具备了智能混凝土的某一基本特征，是一种智能混凝土的简化形式。因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能混凝土作用，目前人们正致力于将2种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应、自凋节和自修复组件材料等与混凝土基材复合并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
沥青混凝土摊铺机主要是将沥青或混凝土材料摊铺在公路施工面上，采用的是恒速摊铺作业。在实际应用过程中，由于负载改变、送料速度变化、油温上升等因素都会导致摊铺机的运行速度改变，使得摊铺平面发生变化，影响路面的整体质量，因此，摊铺机的各结构之间的配合和系统的控制就显得非常重要。
1.1行走液压泵
行走液压泵是摊铺机的主要动力来源，其主要是利用发动机燃烧过程中所产生的热能和动能，将这些能量转化为压力能，向液压系统内提供压力油，进而推动机械进行运转。
1.2行走液压马达
该马达属于两档交变马达，是将压力油所提供的压力能转化为机械动能的重要结构，通过传动轴的带动，使得机械产生了行驶的动力，并将动力附加在驱动链轮上，实现了机械的整体运动。
1.3电液伺服阀
电液伺服阀是整个液压动力控制系统当中的关键元件。当液压系统的负载压差达到一定程度时，电液伺服阀输出压力油流量和电流量呈正相关，如果输入的电流是反向的，那么压力油的输出也必然是反向的。因此，摊铺机的液压马达的转动速度和运动方向都是由电液伺服阀的输出流量来进行控制，使整个系统能够被稳定控制。
1.4电磁溢流阀
电磁溢流阀是整个系统内的安全阀，主要被用来控制电-液系统所产生的压力，使其保持在一个恒定的范围之内，并对系统的最大输出压力值进行限制，保证系统能够在安全的情况下运行，避免压力过大损坏行走液压系统。
1.5控制电路
摊铺机的控制电路与其它机械的控制电路有着相同的作用，主要就是利用传感器所发出的反馈信号向各结构进行传输。控制电路负责输入指令信号，借助控制系统计算机的分析，对信号进行处理，并产生控制信号，进而操作摊铺机的运行。
2沥青混凝土摊铺机行走液压系统的工作原理
在摊铺机的行走液压马达上设有速度传感器，当液压马达开始运转时，其转速的信号就会被传感器检测到，并将其转化为反馈信号发送到控制计算机当中，计算机接收到反馈信号后将其转化为输出信号，将相应的速度指令进行输出，经过D/A转换器将信号放大，进入到驱动电液伺服阀当中，通过伺服阀和电磁溢流阀来输出和控制马达的转速和摊铺机的行走速度。当所输出的速度指令一定时，摊铺机的驱动轮运转速度就会恒定，而传感器接收和反馈出的电压信号则一定，使得计算机分析出的偏差电压恒定，这样就能够保证沥青混凝土摊铺机能够保证在一定的速度内进行恒速运动，使得沥青和混凝土的浇筑均匀，保证路面施工质量。
3沥青混凝土摊铺机行走液压系统的智能控制系统
摊铺机本身属于多系统所组成的耦合系统，其具有反应速度快、精密度高等优点，但授予电液伺服阀等结构会产生非线性参数，导致各类不确定因素影响系统的控制。因此，为了降低这些不确定因素所带来的风险，可以利用智能控制理念当中的模糊控制来完善摊铺机的行走液压系统。模糊控制系统的核心是模糊控制器，其主要由三个环节构成，包括处理输入信号的模糊量化环节、处理输出信号的模糊控制算法功能环节、负责输出模糊化控制信号的模糊判决环节。在构建模糊化控制器的过程中，最重要的就是将该系统的模糊控制算法建立起来，也就是制定模糊规则表，一般采用Mandani规则。在对控制量进行选取的过程中一定要注意防止超调，以系统稳定运行作为大前提。假设系统实际采样的误差量为e，则误差的变化率为ec，而模糊控制规则为R，由此得出的模糊控制量u=e*R。该公式属于合成规则，在应多不同变量的时产生的控制量公式为：un=e，通过该公式可以求得不同情况下的控制量，进而得出模糊集合，根据这一集合数据就能够应对不同情况下系统的控制输出信号，达到智能应对目的。
4结语
关键词：回弹-超声-拔出综合法；混凝土；强度；检测
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
中图分类号： TU528 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
混凝土的强度可采用无损检测的方法进行推定，如采用回弹法、声速法、拔出法或综合法。综合法由于采用多项物理参数，能较全面地反映构成混凝土强度的各种因素，并且还能够抵消部分影响强度与物理量相关关系的因素，因而它比单一物理量的无损检测方法具有更高的准确性和可靠性[1]。通过试验研究和工程实践积累的检测数据，建立了混凝土强度回弹-超声-拔出综合法神经网络模型。
2 试验设计
2.1 试件制作
设计C15、C20、C25、C30、C35、C40六个强度等级、三个龄期的混凝土，共制作标准养护100×100×100mm立方体试件180组用于回弹法、超声法检测，制作标准养护200×200×200mm立方体试件180组用于拔出法检测，同时制作相同组数的自然养护试件。试件均采用机械搅拌、机械振捣。
2.2 混凝土配合比及原材料基本性能
混凝土配合比及设计参数见表1。
表1 混凝土配合比及设计参数统计表
3 回弹-超声-拔出综合法人工神经网络的设计与模型建立
3.1网络设计与说明
3.1.1输入和输出层的设计
人工神经网络的输入、输出层数是完全根据使用者的要求来设计，问题确定下来，输入输出层也就确定了。
3.1.2隐含层单元的选择
隐含层单元个数的选择是一个十分复杂的问题，目前尚没有很好的解析表达式，隐含层单元的个数与问题的要求、输入输出单元的数量、训练样本的数量等都有直接关系。当隐含层单元的数量太少时会导致网络的容错性能降低，即训练不出理想的结果。但隐含层单元个数太多又往往会造成网络的训练时间过长，且网络的输出误差也不一定最小，因此目前主要依靠理论和经验确立合适的计算网络[2]。下面公式作为选择隐含层单元数的参考：
式中：n1为隐含层单元数，m为输出层单元数，n为输入层单元数，a为1-10之间的常数。
3.1.3初始值的选取
对于系统是非线性的，初始值对于学习是否达到局部最小和是否能够收敛的关系很大，一个重要的要求是希望初始权在输入累加时使每个神经元的状态接近于零，这样可以保证开始时不落到那些平坦区域上。权一般取随机数，而且要求比较小，这样可以保证每个神经元一开始都在它们转换函数变化最大的地方进行[3]。
3.1.4数据的归一化处理
由于输入数据的密集性，数据之间的差别太小，如超声值；同时由于采集的各数据单位不一致，直接将数据输入神经网络进行训练会引起混淆。因此，必须对输入数据和输出数据进行归一化处理（Normalization Processing），使得输入层的输入值介于[-1,1]之间，而输出层的输出值介于[0,1]之间。
神经网络训练结束后，在神经网络进行混凝土强度推测阶段（即仿真阶段），需要对数据进行反归一化处理。
3.2网络算法改进
3.2.1附加冲量(动量)法
附加冲量法修正网络参数时，不仅考虑误差函数的梯度下降，而且考虑误差曲面的变化趋势。没有附加冲量作用时，网络可能陷入局部极小或进入误差曲面平坦区，而附加冲量则有可能使网络跳出局部极小或滑过平坦区[4]。
3.2.2自适应学习速率
正确选择学习速率不是一件容易的事情，通常对训练初期合适的学习速率，随着训练的进行会变得不合适，因为误差曲面是非常复杂的。为了解决这一问题，设法让网络具有这样一种功能，根据自身的训练情况自动调整学习速率，即采用自适应学习速率[5]。
3.2.3 S型函数输出限幅算法
网络的连接权和阀值的调节量都与中间层输出b有关，当bj=0或b=l时，vji=0或wji=0或θj=0，即当bj=0或bj=1时，不能对网络的权值和阀值进行调整。
3.3 网络训练和模型的建立
混凝土强度回弹-超声-拔出综合法神经
网络训练如图1示。经过训练，网络模型如
图2所示。
建立的神经网络的训练函数为Trainlm。
输入层数是3，即回弹值、超声值、拔出力；
输出层数是1，即混凝土立方体抗压强度。
隐含层是1层，单元数是5。初始学习速率
0.05，冲量系数0.9，允许学习次数3000，
学习样本数168，计算样本数15，初始权值和阈值为[-0.01，0.01]区间的随机数，输入层的输入值介于[-1，1]之间，输出层的输出值介于[0，1]之间。网络检测样本见表2所示。
4 人工神经网络与回归算法推测混凝土强度对比
4.1回归模型选择
根据试验数据情况拟选三种回归公式，通过回归指标综合评价这三种回归公式，然后选取既能反映混凝土实际工作状况又较为简单的回归公式作为综合法的测强公式 。
拟选用以下几种回归公式模型[6，7]：
幂函数方程 ：
线性方程：
指数方程：
式中；—混凝土强度计算值(MPa)；F—拔出力(kN)；N—回弹值；V—超声速度(km/s)；A、B、C、D—回归系数
4.2 综合法检测回归公式及试验结果分析
本次试验通过对576组150×150×150mm试块和90根750×200×200mm小梁180组进行拔出、回弹、超声检测。对试验数据利用Matlab进行回归分析，得到如下回归方程和相应的回归指标，见表3。
表3几种回归方程比较
关键词：施工；机械化；智能化控制
1 机械化与智能化控制的优点
随着工程施工设备向自动化、智能化发展，工程施工工艺、管理模式也随之发生着改变，机械化、智能化的施工方式能够提高工程质量，使工程作业更加精细、严谨、可控。通过改善施工条件，提高了施工生产效率，促进工程施工向安全、可靠，低耗、便捷、专业化发展。具体来说，机械化与智能化施工具有以下优点。
第一机械化施工与智能化控制有利于提高工程质量，例如施工中采用成套自动数控钢筋加工设备，解决了传统设备无法完成的复杂结构尺寸和多角度精确加工的难题，批量生产、规格尺寸统一，为安装质量提供了条件；再例如对混凝土拌合站的智能化控制，改善了混凝土拌和质量。
第二机械化施工与智能化控制有利于降低成本，虽然机械化施工与智能化控制在设备投入方面会产生一定费用，但是之后能够大大节约人力资源，劳务需求量变少，管理难度降低，使以往高投入、低产出的工程变为技术型、低投入、高产出的工程。
第三机械化施工与智能化控制有利于缩短施工工期，我们以钢筋笼的制作加工为例，传统手工作业6个人一天才能加工一根27米长的钢筋笼，而采用钢筋笼滚焊机，3个人4个小时便可完成加工制作。
第四机械化施工与智能化控制有利于提升施工管理能力。机械化、智能化控制对施工组织提出了更高的要求，从机械设备的选型、配套设计、调配、维修管理方面都必须树立规范管理的理念，从接受、适应、发展的角度，优化管理制度和办法。只有不断提升施工管理能力，才能真正让机械化、智能化发挥成效，才能使建设项目更加规范、标准、专业。
2 机械化与智能化施工管理与控制
2.1 建立完善的机械化与智能化施工规章制度
机械化施工与智能化管理，对施工单位提出了更高的要求。只有健全规章制度，做到有章可依，有制度可约束，才能充分发挥设备效能，提高设备的利用率和完好率。同时保障高质、高效、安全的进行施工生产。
一方面来说要建立机械设备台账和技术档案，按时收集设备运转日志和司机手册，及时掌握设备动态、技术状况、使用、维修和安全状况。新购设备要收集机械设备的产品合格证、购货发票、新购设备验收记录单，特种设备使用许可证、机动车保修单、设备外形照片、设备使用说明书及相关技术图纸资料等。
另一方面要建立机械化施工管理责任制。按照工程施工内容划分施工单元和作业工班，项目部管理人员实行施工单元和作业工班管理承包责任制，对作业工班施工范围的施工管理负责，根据现场需要，上报机械施工需求计划至调度室，再由调度室结合所有工作面分配机械设备。现场施工员和工班长对施工质量、进度、安全分区管理。并建立考核机制，每月按时兑现奖惩。
2.2 加强机械化与智能化操作人员的培训
机械设备，是项目管理三要素“人、材、机”之一，施工机械化与智能化又离不开人的管理管理，因此加强与之相关的人才培训是十分必要的。
首先来说要对施工操作人员进行严格管理：机械操作员要熟知设备性能和安全操作规程，操作好、管理好、养修好机械设备，具备正确使用、良好养修、定期检查，能排除故障的能力。并有权制止他人私自动用自己操作的设备；对未采取防范措施或未经主管部门审批，超负荷使用设备，有权停止使用；对运转不正常，超期不检修，安全装置不符合规定的设备，有权停止使用。
其次对机械调度员要进行专业挑选。在施工机械化以及智能化控制过程中，机械调度员主要是协调安排好机械使用地点、部位、顺序，对机械设备有效使用进行掌控，现场调度员必须熟悉各种机械设备的类型、数量及配套组合，掌握设备的性能、用途、生产率等，这样才能对机械设备进行有效管理，发挥机械施工的最大效率，使机械设备更好地为施工生产服务。
最后要重视机械维修员的培训，保证他们掌握各种设备构造，能在平常巡查中发现设备问题，能排除故障，对设备管理员或操作员告知的设备问题及时进行检查、维修。对机械设备定期进行保养，定时进行巡查，对无法排除和解决的故障及时进行报告，不耽误、不拖延。
2.3 细化施工机械设备智能控制措施
在项目施工过程中，不同施工单位的施工设备有不同的作用，因此在智能化控制方面要进行细化，发挥机械化与智能化的优势。
以混凝土工程为例，混凝土浇注后由于水化热作用需要适当的温度和湿度条件，才能使混凝土强度不断增长。若养护不到位，混凝土水分蒸发过快，容易形成脱水现象，内部粘结力降低，或产生较大的收缩变形。所以，混凝土浇筑后初期阶段的养护非常重要。为了提高混凝土初期养护质量，就要采取合理的智能养护措施。
水泥混凝土智能养护系统旨在通过一键实现全周期自动养护。智能养护系统由智能养护仪主机，无线测温测湿终端，养护终端（包括喷淋管道和养护棚）组成。主要配件包括内置吸水泵、压力、温湿度变送模块、电磁阀、调速变频器、PLC、配电系统等。一台智能养护仪可供养护6片梁，其中喷淋管道采用的是180°可调节双枝高雾喷头，喷淋效果好。
水泥混凝土智能养护系统采用先进的无线传感技术、变频控制技术，通过控制中心根据不同配合比混凝土放热速率、混凝土尺寸、周环境温湿度自动进行养护施工。排除人为因素干扰，提高养护效率与养护质量，具体执行系统可见图1。
3 结束语
综上所述，在项目施工过程中，推进机械化、智能化施工，能有效解决传统手工作业施工过程中的有关问题，实现工程施工效率的提升。同时通过先进施工工艺进行控制，更好地保障了工程的施工质量和施工效益，确保工程施工的稳定性与安全性。总之，推广先进施工生产设备的研发和应用，促使新材料，新工艺的不断发展，对提高建设人才储备，增强施工技术能力，提升施工企业实力，提高施工控制能力等，都有着积极的意义。
参考文献
[1]吴学松.引领施工机械化技术创新与发展――2016全国施工机械化年会胜利召开[J].建筑机械化，2016（10）.
土建工程施工项目的质量问题主要表现在引发质量问题的因素复杂，从而增加了对质量问题性质、危害分析、判断和处理的复杂性。即使同一性质的质量问题，原因有时也截然不同。所以，在处理质量问题时，必须深入地进行调查研究，针对其质量问题的特征作具体分析。土建工程施工项目质量问题，轻者影响施工顺利进行，拖延工期，增加工程费用，重者给工程留下隐患。同时，同类型的质量问题，还有可能一再重复发生。
二、现代土木结构技术分析
⒈结构智能化
随着科学的发展，人们开发出了在线监测结构。它赋予传统土木结构以在线监测机制，从而为探知结构内部性能打开了窗口，使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况，这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上，进一步增加监测数据的智能处理机制，使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力，从而使结构实现第二层次的智能化。
⒉现代土木结构分类
⑴嵌入式现代土木结构
在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器，并集成进现代计算机硬件软件技术，由传感元件采集和检测结构内部信息，由计算机对这些信息进行加工处理，并将处理结果通知控制处理器，由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。
属于这种类型的智能结构，只须对传统土木结构加以改进即可，无须额外研究结构的传统力学性能，易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡，故而成为研究的焦点。
⑵基体、智能材料耦合结构
某些结构材料本身就具有智能功能，它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如：碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能。只要探测到这一改变，便可以间接获得结构的内部力学信息。
按照结构智能化目的的不同，又可将其分为以下几类：①具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构；②具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构；③具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构；④具有疲劳寿命预报能力的现代土木结构；⑤具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的现代土木结构；⑥具有感知和自我调节功能的智能减振（桥梁）结构。
⒊现代土木结构的研究内容
⑴智能化设计
现代土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素，合理地确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的现代土木结构。确定了智能化目标以后，就需要着手做一些准备工作：对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测，对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估，以确定结构中需要实现智能化监控的部位，从而确定整体监控方案。
⑵由传感元件实现智能控制
感觉是现代土木结构的基础，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感、结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：①尺寸细微，不影响结构外形；②与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小；③性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命；④传感的覆盖面要宽；⑤信号频率响应范围要宽；⑥能与结构上其它电气设备兼容；⑦抗外界干扰能力强；⑧能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
可列入研究范围的元件有光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。
⑶作动材料分析
【关键词】智能化；建筑；电气设备；建筑电气
一.智能化建筑电气发展概述
电气产品的质量和安全是保证建筑电气行业持续发展的前提。电气设备是建筑装饰工程的重要组成部分，电气设备的质量、环保、安全水平是衡量装饰工程舒适度的重要因素。对于电气设备行业来说，产品要以终端智能化为目标。建筑电气产品的节能、安全，需要产品更新换代，需要调整产品结构，因为智能电网大量的用户终端离不开电气产品。当前，我国建筑电气行业存在的主要问题是传统的制造模式和传统的销售方式、以及粗放式的管理，还有能源的浪费比较严重。随着智能化建筑电气系统开始应用于现代建筑，智能化建筑电气系统的相关标准制定也在加快进行。因此，人们对建筑在信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能性等诸多方面提出更高要求的同时，必须通过建筑物内置的越来越多的基于高新技术的计算机网络、通信、自动控制等现代化建筑设备来实现，这一切集中反映到建筑观念和建筑实践中，于是建筑中增加了各种智能化系统，智能建筑应运而生。
二.智能建筑电气与传统建筑电气的对比
传统的建筑每个子系统相互独立、强弱电截然分立的建筑方式已经不能适应智能化建筑高速发展的要求。传统建筑物中通常存在多套独立的不同的布线系统，如电话系统使用普通平行线对、闭路电视系统使用同轴电缆、计算机局域网一般使用非屏蔽双绞线、火灾自动报警系统多使用屏蔽双绞线、电视监控系统使用视频线缆等，这些布线系统的线缆、接插件及配线架等设备都各不相同，是不能互换使用的。另外，由于传统的布线过程中要使用不同类型的电缆、电线以及接线设备，因此，这就导致了相互之间技术性能的较大差别，从而难以互通不能兼容的问题时有发生。
在以往进行传统的布线时，如果在布设施工中需要改变终端设备位置和数量时，同时也必须对缆线和其它设备进行重新敷设，而且施工过程中还要面临因更换线缆和设备带来可能发生的临线传送信号中断或质量下降，从而造成增加工程投资以及延时完工的现象，因此，随着传统布线系统的限制，综合布线系统得到飞速发展。综合布线系统采用高质量的材料和标准化部件，能够保证智能化建筑系统的技术性能的优良可靠，以及满足今后可随时进行升级的智能建筑通信需要，虽然综合布线系统初投资较高，但从综合布线系统的整个使用期来看，比传统布线更加经济。
相对于传统建筑，智能建筑具有安全、舒适以及便捷的环境、节能、节省运行维护的人工费用、系统集成等等特点。智能建筑首先要实现和确保人、财、物的高度安全。其次，智能建筑的智能化系统的运行维护和管理目标就是以最少的资源、 最低的成本去确保建筑物内设备维护、运行、更新。换句话说， 智能建筑安全、舒适、便利、节能、节省人工费用等所有这些特点，必须依托集成化的建筑智能化系统才能得以实现。
三.建筑电气与智能建筑系统的应用分析
智能建筑本身就是传统建筑技术与以信息技术为依托的新兴技术结合的产物，因此，随着信息技术快速发展下“物联网” 等一系列新技术和新应用的产生，智能建筑的功能和智能化的系统性能都将进一步地提升和增强。
随着现代“3C” （即现代通信技术（Communication）、现代计算机技术（Computer）以及现代控制技术（Control）统称为3C技术）高新技术的发展和应用，将进一步提高楼宇控制精度以及达到提升建筑节能的效果。未来，智能建筑将会逐渐 成为“信息高速公路”上的站点，先进的信息技术（以微电子技术为基础、以计算机技术、通信技术为标志）必然会很快在智能建筑中得到应用。
随着高新科技的发展，新的控制理论、控制技术以及新控制系统的不断出现，如非线性控制、智能控制、自适应控制、 模糊控制、分布式控制、神经网络控制等，在智能建筑中将越来越多地采用这些现代控制技术，智能建筑电气必须依赖集成化的建筑智能化系统才能够得以实现。
智能建筑的“智能化”主要是依靠以“3C”高新技术和各种建筑设备智能化系统来实现的。当前智能建筑建设中的 “智能”特征，还体现在对于建筑结构设计方案的智能化以及建筑材料的智能化等方面。比如：建筑结构设计的智能化平衡： 以日本地区“竹中建筑公司”在东京市中心修建的一栋6层大楼为例，该栋建筑在模拟的多次强地震试验中，依然能够安然无恙，这栋新建筑之所以能够抗击更高的地震在于其建筑结构采用了液压支架系统，该系统能够减弱和抑制40%以上的震动；另外，该栋建筑在大楼顶层安装了重约9吨的滑板，一旦大楼受到飓风或地震影响产生倾斜，这块大的滑板就会依据计算机指令朝着反方向进行移动。另外，建筑材料的智能化主要体现在提高建筑结构安全方面。比如进行混凝土工程施工时可采用“自修复的智能混凝土”，其原理就是在常规混凝土中掺人一定量的树脂空心纤维， 当建筑结构构件出现超过允许值的裂缝时，从混凝土中溢流出来的树脂就会对裂缝形成自动封闭或者裂缝修复。当前，智能化建筑发展趋势呈现较为明显，主要体现在两个方面：第一是智能建筑已从以往单一办公写字楼逐渐向各类公共建筑领域扩展，这点从近年来我国的一些建筑都可见端倪。 如：“水立方” “鸟巢”馆、上海世博会“中国馆”等。第二，是随着智能建筑建设领域的扩大和建设数量的增加，智能建筑正向宏观系统发展并接轨，比如智能建筑与“智能城市系统” “数字国家”和“数字地球”接轨。
4 结论
智能建筑是传统建筑电气与3C高新技术相结合下的建筑智能电气产物，随着信息技术的飞速发展以及物联网在智能建筑中的不断应用和发展，未来智能建筑智能化技术和性能都将不断提升，未来智能建筑的“智能化”特征也将越明显。
参考文献
[1]李世博.基于智能化建筑电气中关键技术的分析[J].现代电子技术，2009 （21） 121-123.
关键词：智能土木结构，智能材料，自诊断智能土木结构，智能控制，嵌入式智能土木结构
1.引言
建筑起初是为了满足人类生活的舒适要求和安全要求而产生的。原始时代的建筑物是利用天然材料制造而成的能蔽风雨防侵袭的封闭空间。随着社会生产力水平的不断发展，人类对建筑的要求也日益复杂和多样化，结构作为建筑的核心骨架，人们也对其提出了更高水平的要求。现代大型建筑物如高层建筑、大跨桥梁、大型水坝、地下建筑等都要求其土木结构能提供更高的强度，以及更好的可靠性、耐久性及安全性。同时，在现代社会中，这些大型建筑物在整个国民经济中所发挥的作用已日益重要，这也尤其要求它们应具有更强的防止灾害的能力。
传统的结构大多通过提高建筑材料的物理力学性能、采用合理的结构形式、加强施工管理以及定期结构评估与维护等传统手段来达到并满足这些要求。然而，这些传统的手段均属一种消极的、被动的方式：一旦建筑物被建成并投入使用，人们便失去了对结构的全面控制，结构失效、结构灾害的发生便不以其设计者、建造者、使用者的意志为转移了，人们对它的预测及防范工作都将是一件十分困难的事情。另外，若单纯地依靠以往那种要求保证结构具有足够的刚度、强度及延性的传统结构工程设计理念，当结构所处环境因素超越某种程度以后，就会将既不经济，又达不到预期的效果。
考察众多建筑灾害实例，人们发现，在整个建筑结构的设计寿命期内，都有可能发生结构失效。其原因在于：
1）由于结构抗力的衰减、正常范围内的损伤积累而致使的强度及可靠性的降低；
2）由于材料的老化、腐蚀及力学性能的劣化（如徐变等）而导致的结构耐久性失效；
3）由于施工质量和使用不当而给结构造成的隐患以及损害；
4）由于结构长期遭受动荷载作用而造成的疲劳失效；
5）由于偶然的超载（如地震荷载、爆炸冲击荷载等）造成的破坏。
以上这些原因都对结构的强度及安全性提出传统设计方法无法满足的要求。因而，对建筑结构进行实时监测进而由结构自身作出智能化反应就显得十分必要了。
2.智能土木结构（IntelligentCivilStructure）概念的形成及研究现状
2.1智能土木结构（IntelligentCivilStructure）概念的形成
现代材料技术的发展进步促使了人类社会进入了信息时代，信息材料的生产业已实现设计制造一体化。各种具有信息采集及传输功能的材料及元器件正逐渐地进入土木工程师的视野。人们开始尝试将传感器、驱动材料紧密地融合于结构中，同时将各种控制电路、逻辑电路、信号放大器、功率放大器以及现代计算机集成于结构大系统中。通过力、热、光、化学、电磁等激励和控制，使结构不仅有承受建筑荷载的能力，还具有自感知、自分析计算、自推理及自我控制的能力。具体说来，结构将能进行参数（如应变、损伤、温度、压力、声音、化学反应）的检测及检测数据的传输，具有一定的数据实时计算处理能力，包括人工智能诊断推理，以及初步改变结构应力分布、强度、刚度、形状位置等能力，简言之，即使结构具有自诊断、自学习、自适应、自修复的能力。这就是智能土木结构概念的形成过程。
文献将智能结构定义为：“将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中，使制成的构件（结构）具有人们期望的智能功能，这种结构称之为智能材料结构”。可见，智能结构是传统结构的功能的升华。智能结构在土木结构中的应用便称之为智能土木结构。
2.2研究现状
如前所述，智能土木结构概念是为了解决评估结构强度、完整性、安全性及耐久性问题而提出的。对土木建筑结构的性能进行监测及预报，不仅会大大减小维修费用，而且能增强预测的能力。近来出现的无损检测技术均不能对结构进行实时监测，也不能很好地预报结构的破损情况和进行完整性的评估。这些方法的致命缺点是预报方式是自外而内的，从信息传播角度看，难免会夹杂进种种干扰信息，从而使检测结果失真、低效率，甚至会导致完全错误的检测结果。在结构内部埋入传感器，组成网络，就可实时监测结构的性能，这就是智能土木结构的自内而外的预报方式。智能土木结构在这些方面有很好的应用前景，目前主要应用于高层建筑、桥梁、大坝等工程领域。
美国80年代中后期开始在多座桥梁上布设监测传感器，用验证设计中的一些假定，监视施工质量和服役安全状态，如在佛罗里达州的SunshineSkywayBridge桥上就安装了数百个传感器[2].英国80年代后期开始研究和安装大型桥梁的监测仪器和设备。在我国，香港的LantanFixedCrossingBridge、青马大桥，以及大陆的虎门桥、江阴长江大桥也都在施工期间装设了传感系统，用以于监测建成后大桥的服役安全状态[3].1993年加拿大在Calgary建造的BeddingTrail大桥上首次成功地布置了光纤布拉格光栅传感器，用以监测桥梁内部的应变状态。
在其它土木工程领域，如在采油平台、大坝、船闸等大体积混凝土结构中也曾尝试布置传感器来构建智能结构。同样，近年来发展起来的高性能、大规模分布式智能传感元器件也为民用建筑及结构的智能监测系统的发展提供了基础，智能大厦在我国已如雨后春笋般地涌现。在民用建筑结构的应用方面，对结构的智能振动控制方面的研究已有近30年的历史了[4].
3.智能土木结构理论的体系构成
3.1结构智能化历程的层次划分
传统的土木结构是一种被动结构，一经设计、制造完成后，其性能及使用状态将很大程度上存在着不可预知性和不可控制性，这就给结构的使用和维护带来不便。为了解决这一问题，发展出了在线监测结构，它赋予传统土木结构以在线监测机制，从而为探知结构内部性能打开了窗口，使人员可以方便地了解结构内部物理、力学场的演变情况，这就是结构智能化的第一层次。在在线监测结构的基础上，进一步增加了监测数据的智能处理机制，使得结构具有自感知、自诊断、自推理的能力，从而使结构实现了第二层次的智能化。
进一步在结构中引入自适应及自动控制机制，即根据自诊断自推理的成果，由在结构中耦合的作动系统做出必要的反应，从而实现智能控制结构，这就是第三层次的智能化。比如，对结构的开裂、变形行为，结构的锈蚀、老化、损伤行为，以及结构的动力振动行为做出抑制性控制，在更高层次上对结构起到保护和维修作用。
可见，在结构智能化演化过程中，按其智能化程度的不同可划分为如下三个层次：
22第一层次：自感知土木结构（Self-sensoryCivilStructure），它是智能结构的最低级形式；
22第二层次：自诊断智能土木结构（IntelligentSelf-diagnosticCivilStructure），具有对前一层次结果的智能化加工处理，包括结构内部力学物理场的自我计算，对结构特定目标参数的自我诊断，以及以做出结构自身行为的应对策略为目标的自我推理等功能。
22第三层次：智能控制土木结构（IntelligentControlCivilStructure），它是智能土木结构的最高形式。
3.23.2智能土木结构分类
智能土木结构按其材料可分为两种类型，分述如下：
1）嵌入式智能土木结构：在基体材料如钢结构、钢筋混凝土结构中嵌入具有传感、动作和控制处理功能的材料或仪器，并集成进现代计算机硬件软件技术，由传感元件采集和检测结构内部信息，由计算机对这些信息进行加工处理，并将处理结果通知控制处理器，由控制处理器指挥、激励驱动元件执行相应动作。其工作原理如图（2）所示。
属于这种类型的智能结构只需对传统土木结构加以改进即可，无须额外研究结构的传统力学性能，易于做到传统结构与智能结构的平稳过渡，故而成为研究的焦点。
2）基体、智能材料耦合结构：
某些结构材料本身就具有智能功能，它们能够随着自身力学、物理状态的改变而改变自身的一些其它性能。如碳纤维混凝土材料能随自身受力情况而改变其导电性能，只要探测到这一改变，便可以间接获得结构的内部力学信息。
按照结构智能化目的的不同，又可将其分为如下几类：
1）具有裂缝自诊断和自愈合功能的智能混凝土结构；
2）具有应力应变状态自诊断功能的智能混凝土结构；
3）具有变形、损伤自诊断功能的智能混凝土结构；
4）具有疲劳寿命预报能力的智能土木结构；
5）具有监测钢筋或钢构件锈蚀状态能力的智能土木结构；
6）具有感知和自我调节功能的智能减振（桥梁）结构；
3.3智能土木结构的研究内容
3.3.1智能化策略性研究
智能土木结构的首要研究内容就是对传统结构智能化的概念设计策略性研究。需要针对结构类型及其重要性的不同，以及现有工艺技术水平和经济资金情况等多个方面因素，合理地确定智能化目标，在兼顾技术先进性、实用性和经济节省的前提下采用合理功能层次的智能土木结构。确定了智能化目标以后，就需要着手做一些准备工作，它们是：对结构在使用中可能发生的各种行为进行预测，对结构在力学物理环境下出现的各种反应进行预估，以确定结构中需要实现智能化监控的部位，确定整体监控方案。
3.3.2传感元件（Sensor）研究
另外一项重要研究内容就是传感元件。感觉是智能土木结构的基础性功能，它利用在传统建筑材料中埋入传感元件（或利用传感、结构耦合材料）来采集各种信息，经过处理分析，才可实现自诊断、自驱动等智能控制功能。有鉴于此，应对传感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸细微，不影响结构外形；
2）与基体结构耦合良好，对原结构材料强度影响很小；
3）性能稳定可靠，耐久性好，与基体结构有着相同的使用寿命；
4）传感的覆盖面要宽；
5）信号频率响应范围要宽；
6）能与结构上其它电气设备兼容；
7）抗外界干扰能力强；
8）能在结构的使用温度及湿度范围内正常工作。
可列入研究范围的元件有：光导纤维，压电陶瓷，电阻应变丝，疲劳寿命丝，锈蚀传感器，碳纤维等。
3.3.3作动材料（Actuator）研究
智能土木结构的最终目标是实现结构的智能控制，而控制是由作动材料实现的。利用某些存在物理耦合现象的材料，尤其是机械量与电、热、磁、光等非机械量的耦合材料，作为结构的作动件。可以通过控制非机械量的变化来获取结构特性（形状、刚度、位置、应力应变状态、频率、阻尼、摩阻等）的改变，从而达到作动目的。对它的要求主要有：
1）与基体结构耦合良好，结合强度高；
2）作动元件本身的静强度和疲劳强度高；
3）驱动方法简单安全，对基体结构无影响，激励能量小；
4）激励后能产生高效稳定的控制，反复激励下性能稳定；
5）频率响应范围宽，响应速度快，并可控制；
常用的作动材料有记忆型合金、压电材料、记忆聚合物以及聚合胶体等。目前有关作动元件的研究正在一些领域展开，如董聪、Crawlay等人评述了几种常用作动/传感材料的性能。
3.3.4智能结构信息处理
智能土木结构要成为有机的整体，还须借助于信息的流动控制及加工处理。只有使信息在环境、结构、传感器、信息处理中枢及作动系统之间有序地流动，并同时进行加工处理，方可使结构具有智能功能。其信息流动可如下图所示：
由此可见，应首先对数据采集予以研究。这包括各种传感器信号的A/D转换以及数据处理通讯接口软硬件的研制[8].作为一种尝试，笔者利用传统结构实验装置，实现了单片机应变仪与微机在线通讯的硬件组建及计算机数据接受软件的开发，初步的结果表明，建立土木结构在线监测是完全可以做得到的。
其次，应着重研究输入到计算机中的数据的智能化处理算法，以及相应软件的开发。算法的核心目标应为对结构内部力学、物理场的全面计算。在此，应注意算法的快速性，避免因算法过于复杂而失去了智能结构的机敏、实时特性[9].
接着，应对结构的健康诊断及安全评定方法予以研究。包括结构的数学建模，参数空间的模式识别，损伤评定，体系可靠性分析，以及人工智能的应用。
最后需要研究的是结构控制机理、结构局部损伤修复方法、结构振动控制机理等问题。
4.结论及研究建议
智能土木结构是材料科学、计算机科学、自动控制技术发展到一定程度的产物。它涉及到结构和建造的重大变革，涉及到当今土木工程、材料科学、自动控制、计算机软硬件技术、信息通讯、人工智能等众多领域内的前沿技术。正如建筑业是国民经济各部门原动力一样，智能土木结构及智能建筑不仅对于未来土木界的发展意义重大，而且对于目前主要的高科技领域而言也具有重要的意义，它的研发及实现必将进一步带动其它高科技领域的进一步提高，是土木工程界的知识经济。毋须置言，对它的研究工作应首先要求结构工程师投入极大的努力，更新观念，注意吸取其它领域的思想，成为智能土木结构研究的主体，同时还需结构工程师同相关领域的专业人员紧密配合，建立科学化的研究管理机制，才能完成这个系统工程。
在具体的研究中，笔者给出了几点建议，谨供业内参考：
1）对于土木工程中普遍使用钢筋混凝土（包括RC，PC，PPC）、钢结构的现状，建议以嵌入式智能结构的研究为重点。这样做的好处在于能最大限度地利用现有的结构理论知识，使研究的重点放在未知的附加智能化功能的研究上来，同时还能使智能化经济可行，也可做到工艺水平的传统与未来的连续。另外，这种思路还可以利用现有土木结构实验的装置和方法。
2）对嵌入式智能土木结构，研究出一种高效、实时的力学计算算法将是一项迫在眉睫的任务，只有利用监测传感系统所得到的信息进行全面实时计算，方可对结构有全面及时的了解，才能为其后的信息流动打下基础。这就需要对复杂的非线性有限元加以改进，使其胜任在线、实时、精确的计算工作。
关键词：现代桥梁；桥梁材料；桥梁结构；桥梁形式；智能仿生
中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号：
前言
人类有目的、有计划地模仿自然、模仿生物是一种人类特有的能力，可以达到提高生活质量、提升生产力的目标。进入到20世纪60年代，仿生学正式被创建出来成为一门新兴的学科，同时也就开始了各领域的科学化应用。桥梁可以根据桥梁的功能要求和设计要求，将仿生学引入到设计工作中，不但能有效提高桥梁的实效性和功能性，而且还可以创造出更新、更美的桥梁结构，使桥梁更加富于生命力、表现力和安全性。
1现代桥梁设计中材料仿生的应用
材料仿生是现代桥梁设计的主要标志，是通过对生物长时期进化过程的模拟而得出的材料方面的突破。仿生材料最常见的形式为钢筋混凝土，在钢筋混凝土的制作中就是模仿植物根系形成的交叉结构而形成的稳固形态，因此，法国人约瑟夫·莫尼埃尝试用铁丝模仿植物根系，再用沙子和水泥构成的混凝土浇筑在一起，就形成了当前的钢筋混凝土前身。当前钢筋混凝土结构已经成为现代桥梁中必不可少的组成部分，对于现代桥梁的安全、稳定有着不可替代的作用。木材因为纤维结构而具有较强的抵御震动和冲击的能力，并具有轻质、弹性、韧性等优点，日本建筑业在普通混凝土中添加钢丝，在混凝土结构的内部形成了钢丝的网状结构，钢丝支撑着混凝土，混凝土包裹着钢丝，这样不但提高了钢丝混凝土的结构强度，而且提高了钢丝混凝土的韧性，还提高了钢丝混凝土对抗冲击的能力，这对于桥梁结构来说有着比较好的适应性，因此，在当前现代桥梁设计中很多部位都采用钢丝混凝土的结构。珊瑚虫生物有着外骨骼，并会随着时间而生长，可以通过将珊瑚虫引种到跨海桥梁的基础附近，通过珊瑚的结构抵御风浪对基础的冲击，这样的设计可以有效提高防护效果，是对自然材料的科学化利用。
2现代桥梁设计中结构仿生的应用
生物界里有很多质地轻巧、曲度均匀的结构，如蛋壳、颅骨，这些结构可以在桥梁设计上应用，设计出桥梁的薄壳结构，这种结构可是实现外部力量的迅速扩散，在简化桥梁自身结构的同时，有保证了桥梁关键部位的强度。蜘蛛网能够承受很大重量的问题，其原理是蜘蛛丝的特殊结构和蜘蛛丝间的相互连接，在现代桥梁设计中悬索桥和斜拉桥就是对蜘蛛丝的仿生学应用，在悬索桥和斜拉桥的主要部位——钢索中，就是采用与蜘蛛丝结构相仿的钢丝缠绕和绑束方式，这样的设计不但可以提高悬索桥和斜拉桥的外观美感，而且还可以有效降低桥梁的自重，并能够提升悬索桥和斜拉桥的通行能力和安全性。
3现代桥梁设计中桥梁形式仿生的应用
桥梁形式仿生是现代桥梁设计中最为常见的应用，形式仿生可以设计出新颖的桥梁结构，而且新型结构有助于发挥出桥梁新结构的体系作用。天津的大沽桥就是我国仿生形式桥的一个杰出代表,由两个不对称的拱圈构成,形成不对称外飘式联合梁系杆拱桥,大拱圈面向东方,象征着太阳,小拱圈面向西方,象征着月亮。大沽桥的设计构思为“日月双辉”,在2006年国际桥梁大会上获得了全球桥梁设计建造最高奖———尤金·菲戈奖。国外桥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桥梁,自1997年建成起就成为世人赞美的目标,该桥另一个别名就是“天鹅桥”,它运用了仿生学原理,以美妙的天鹅姿态跨越了2600ft的距离。钢索悬挂在塔门上,弯曲着抵抗拉力,支持着桥身。上述桥梁大师的作品无疑在桥梁形式创作中是值得借鉴的,只要我们善于观察和吸收自然界中千变万化现象的内在规律,我们就能有取之不尽的源泉，也就能够形成传世的桥梁建筑。
4现代桥梁设计中智能仿生的应用
智能仿生是现代桥梁设计的主要方向，是将桥梁赋予“智能”，具有主动修复、自我调节和自我诊断的功能。现在部分复合材料已经具备本征自感应功能,可以有效地预报混凝土材料内部的损伤。重庆市重点自然科学基金项目课题组模仿富含神经元及神经脉络的动物肌肤对创伤的感知机理,开发研制出混凝土桥梁裂缝仿生监测BCM系统,该系统能及时感知混凝土桥梁表面裂纹的位置、长度及发展状况,裂纹监测准确率大于95%,已成功应用于渝黔高速公路太平庄大桥跨中区段的长期远程监测。自调节智能混凝土在受台风、地震等自然灾害期间,能够调整承载能力和减缓桥梁结构振动,但因混凝土本身是惰性材料,要达到自调节的目的,必须复合具有驱动功能的组件材料,如形状记忆合金(SMA)和电流变体(ER)等。在混凝土中埋入形状记忆合金,当混凝土结构受到异常荷载干扰时,通过记忆合金形状的变化,使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力,从而提高混凝土结构的承载力。佐治亚理工学院的土木工程学家们通过试验首次证明利用镍钛诺形状记忆合金(SMA)制成的缆索能够有助于抵御地震或者飓风。它们可以像橡皮筋一样弹回来,没有任何损坏。因此,由SMA制成的超弹性缆索可以让桥梁路面在连接处“弯曲”,地震消散后又很快恢复到支座支撑的位置。自修复混凝土是指在混凝土传统组分中复合特性组分(如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊)在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。日本,以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中,一旦混凝土在外力作用下发生开裂,部分胶囊或空心玻璃纤维破裂,粘结液流出并深入裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。
参考文献:
[1]沙莎,王强,赖疆.仿生学在桥梁建筑中的应用及前景展望[J].科技资讯.2007(27)
[2]吕洪举,赵良华.基于仿生学的钢筋混凝土高桥墩结构设计的数值模拟[J].科技风.2009(14)
[3]保罗·文森佐·格诺维斯,水润宇.自然中的对数螺旋:仿生学在建筑中的应用[J].建筑创作.2006(05)
关键词： 碳纤维碳纤维混凝土性能作用应用研究
一、前言
混凝土是目前使用最广的一种建筑材料，由于其在各方面的优良性能， 自它诞生之日起就一直受到人们的关注。近两年， 国家采取扩大内需保增长政策， 全国各地都加大了基础设施建设力度， 每年混凝土用量数十亿立方米， 规模之大， 耗资之巨， 居世界之首。 随着现代材料科学的不断进步， 混凝土已逐渐向高强、 高性能、 多功能和智能化方向发展， 用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。 然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用过程和周围环境的影响下不可避免地会产生微开裂和局部损伤，而且混凝土的损伤通常是逐渐积累发展的， 从而会导致混凝土结构的最终破坏。 为了改善混凝土抗拉性能差、 延性差等缺点， 可以通过在原材料中掺加各种纤维的办法来配制纤维混凝土。目前， 在工程中应用最广的纤维混凝土主要有4种， 分别是钢纤维混凝(SFRC)、 玻璃纤维混凝土(GFRC)、 碳纤维混凝土(CFRC)以及合成纤维混凝土( SNFRC)。在原材料中掺加碳纤维即
为碳纤维混凝土， 又称为碳纤维增强混凝土， 它是一种智能型材料。本文论述了碳纤维的性能、碳纤维在混凝土中的作用以及碳纤维混凝土的应用研究。
二、碳纤维的性能
碳纤维是一种含碳量在 90％以上的高强度、 高模量、 耐高温纤维， 它重量轻 （密度约 1.8kg/m3）、 强度高、 尺寸稳定、 抗疲劳阻尼特性好、 耐高温、 耐酸碱腐蚀、 有导电性、 抗蠕变、 可传热、 热膨胀系数小，既可作为结构材料承担荷载，又可作为功能材料发挥作用。 它强度比钢的大、 密度比铝的小、 比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、 又能像铜那样导电， 具有许多宝贵的电学、 热学和力学性能的新型材料。碳纤维能显著提高混凝土的 （抗拉、压、弯） 强度， 韧性、 延性、 抗冲击疲劳性能和变形模量。
由于碳的单质在高温下不能熔化(在 3000℃以上升华)， 而且在各种溶剂中均不溶解， 所以，目前人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维， 只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)作原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中， 在一定压强下强热碳化而成。 现在市场上生产销售的碳纤维绝大部分是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。 碳纤维有极好的纤度， 纤度的表示方法之一是 9000m长的纤维的克数， 一般仅约为 19 g;碳纤维的拉力高达 300 kg/mm2， 同时还具有耐高温、 耐腐蚀、 导电、 传热、膨胀系数小等一系列的优异性能。目前几乎没有其他材料能像碳纤
维一样具有如此多的优异性能。
三、碳纤维在混凝土中的加固作用
1高抗拉强高弹性模量
碳纤维是一种柔性材料，可任意剪裁，设计自由度大，经粘贴后其抗拉强度超过普通钢板的10倍，弹性模量和钢材相近，而其重量约为3mm厚钢板的1/100。因此，在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到加固修补的目的。
2施工方便，工作效率高
无需大型施工机具和辅助机械、模板，施工占用场地少，无湿作业，能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸，操作简单，施工速度快。据有关资料统计，粘贴碳纤维的加固工效是粘贴钢板加固工效的4～8倍。
3耐腐蚀及耐久性能好
碳纤维材料化学性质稳定，不与酸、碱、盐等化学物质发生反应，且还可以防水，可长期经受核辐射和紫外线照射，在-52～82℃温度环境条件下使用，强度不降低；并易与外加防火涂层后有效地防火，可大大增强结构对恶劣外部环境的适应能力，如可免去了粘钢加固所需的定期防锈维护，节省维护费用，延长结构寿命。
4不增加结构自重
碳纤维材料重量轻（仅为200～300g/m2），厚度小，经加固修补后的构件，不会增加结构体积，基本上也不增加原结构的自重及尺寸。
5不影响结构外观
碳纤维片的厚度很薄粘贴固化后表面做高性能砂浆，不仅增加了混凝土保护层厚度，对防止混凝土盐害侵蚀有较大作用，同时，不影响结构的外观。
6能有效地封闭混凝土的裂缝
碳纤维片粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，碳纤维片高强模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土的整体刚度。
7适用范围广
可用于不同结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道、涵洞等)、不同结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、不同材料的构件如混凝土结构、木结构、钢结构等)加固，也可用于构件的不同部位(如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等)及不同薄弱因素的加固。除此之外，碳纤维材料还有其他的一些优势，如透电磁波、绝缘、隔热等。
四、碳纤维混凝土的应用研究
碳纤维智能混凝土在今后将得到更加广泛的应用，但就目前来讲， 碳纤维混凝土的广泛应用还受到很多限制。因此， 加强碳纤维混凝土的应用研究，对其应用过程中存在和出现的各种问题进行研究并找出合理解决方案， 将是碳纤维混凝土研究的一个重要方向， 主要有：（1） 改善搅拌工艺， 提高碳纤维在混凝土基体内的分散均匀性。 美国在 20世纪 70 年代就开始研究用于自动撕开缠裹成团的钢纤维，并以均匀而又可以调节的速度将纤维送进混凝土搅拌装置。国内也做过大量这方面的试验研究，探索如何提高碳纤维在混凝土中的分
散性， 并从原材料选择、 配合比设计、 拌合和浇注等方面着手提高纤维混凝土各项性能。（2） 改善碳纤维和基体材料的性能， 研究碳纤维与基体界面性能， 从而得到性能更好的纤维混凝土材料。（3） 高掺量碳纤维混凝土的研究， 在满足施工和易性和保证强度的前提下， 通过使用外加剂和掺和料以获得韧性明显提高的碳纤维混凝土材料。（4）充分利用碳纤维混凝土的智能特性， 开发更实用的智能混凝土。（5）完善碳纤维生产工艺， 降低碳纤维价格， 从而降低建设成本。
五、结语
综上所述，工民建混凝土结构构件出现裂缝，是目前建筑工程施工中较为普遍的现象，而裂缝的存在直接影响了工民建筑的正常施工和使用，而将碳纤维布加固混凝土结构应用于工民建筑中，由于其具有施工简便、耐久性好、抗腐蚀、不增加结构自重、原结构的影响较小、能有效封闭混凝土裂缝等优点，可有效提高工民建混凝土结构的承载能力和抗疲劳性能，增强结构的抗震能力，综合加固效果显著。且随着碳纤维材料成本的降低及国内外研究的不断深入，该项技术在工民建混凝土结构加固领域中的应用会越来越广泛，具有广阔的发展前景。
1 防雷设计基本原则
1.1 智能建筑物体在进行防雷措施设计的过程中，必须要针对建筑自身的实际情况，根据综合性防雷措施要求对建筑进行设计。坚持预防为主，安全第一的指导方针，为确保防雷设计的科学性，在设计前应对现场雷电环境进行评估。
1.2 智能建筑物的防雷宜考虑环境因素、雷电活动规律、建筑物内设备的重要性，发生雷灾后果的严重程度，分别采用相应的防护措施。
1.3 智能建筑物的防雷应坚持全面规划、综合治理、优化设计、技术先进、经济合理、进行综合设计。
1.4 智能建筑物内的微电子设备的防雷应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、共用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。
1.5 智能建筑物内的微电子设备应根据所在地区雷暴等级，设备放置在不同的雷电防护区，以及系统对雷电电磁脉冲的抗扰度，采用不同的防护措施。
2 智能建筑综合防雷技术应用分析
2.1 引下分流影响
引下分流所带来的影响主要对是雷电的电流电压进行分散，其建筑内部所安装的引下线直接影响到了实际分流的效果。并且建筑内部所安装的引下线越多，那么雷电在不断分流之后，其电流也会在这一过程中被不断的分流，分流之后的电流在这一过程中所呈现出的感应范围也在逐渐的缩小，而不同引下线之间距离在这一过程中并不能超过相关间距规定，此外，还需要在建筑物体的内部加装上相应的均压环，均压环所起到的主要作用就是最大限度的降低电感之间所存在的电流压力，利用这一装置，不但能够使得建筑达到对雷电进行分流的目的，还能够降低电流的电压，为各个电气提供更为高效的安全保障。
2.2 均衡电位
均衡电位措施的目的就是为了让建筑内部每一个部位之间的电位都完全相同，也就是形成等电位。在建筑工程进行修建的过程中，如果能够使得其中的结构钢筋、金属物体、金属管线完全连接成为一个整体，让整个建筑物的内部形成一个完整、统一的导电体，形似完全封闭的金属笼，那么在这样的环境下，其建筑便能够形成以小接地电阻、引下线阻抗、等电位作为主体防雷构造的法拉第笼。当建筑自身在这一过程中遭受到雷击之后，便能够起到极为良好的屏蔽作用，让建筑内部的电流压力保持在一个较为安全的状态之下，形成一个整体性的等电位，如此一来，建筑的内部就不会出现危害性较大不同电位，最大限度的避免了雷电反击和跨步电压的危害。这一措施对于现代城市建筑内部所存在的电器设备防护来说，起到了极其重要的作用。
3 智能建筑综合防雷施工措施
3.1 接闪器对于智能建筑来说，屋面结构一般采用现浇混凝土板，主要采用镀锌圆钢或镀锌扁钢敷设成带状或网状作为接闪器。智能建筑一般属于一级负荷，要按照一级防雷建筑物的保护措施设计施工，接闪器在屋顶组成不大于10m×10m的网格。由于较多系统的存在，智能建筑屋面的设备相比普通的建筑要多，常见的包括卫星接收装置、天线、冷却塔、航空障碍灯、金属装饰架、广告牌、旗杆、太阳能热水器等。上述装置多采用金属构架，为突出屋面建筑，一般在工程后期安装，通常利用预埋地脚螺栓或采用膨胀螺栓固定在屋面板上，如果不采取有效的施工措施，与屋面避雷网的电气连接很不可靠。
3.2 接地装置一般钢筋混凝土或钢结构的建筑最好利用其桩基内或底板基础内的钢筋作为接地装置，并在整个基础内构成统一的联合接地体，智能建筑中的智能系统设备如无特殊要求，建筑物接地应采取联合接地。但是需要注意，有些钢筋混凝土不能作为接地装置，如防水水泥、铝酸盐水泥、矾土水泥、异丁硅酸盐水泥等以人造材料水泥做成的钢筋混凝土基础等。对避雷系统接地装置的接地电阻值有一定的要求是无可非议的，因为接地电阻越小，散流越快，落雷物体高电位保持时间就越短，危险越小，以至于跨步电压、接触电压也越小。
3.3 等电位联结防雷规范给出等电位联结网络的基本形式：S型星型网络、M型网型网络及SM型混合网。前者网络单点接地，特点是直流电流不能流人室内钢筋上，外部电流无通路。后者网络多点接地，特点是接地阻抗低，但易引来直流电流和侵入电流。具体选用的取舍还应研究信息系统设备信号频率和电磁干扰频率等。
3.4 电涌保护电涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置
为了安全起见及使用和维护方便，电源系统的多级防雷原则上均选用并联型电源电涌保护器。但考虑到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况，在尽量选择残压较低的电源电涌保护器的同时，还必须考虑电涌保护器有足够大的最大连续工作电压。
关键词：建筑技术；发展；应用
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
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
我国的建筑施工技术可谓是源远流长，而且门类也繁多，具有很强的丰富性和民族色彩及地域色彩，它与西方的建筑施工技术有本质上的区别，可以说我国的建筑技术在世界上产生的影响力还是比较深远的，是世界建筑史上的一朵奇葩，建造出了许多让人们叹为观止和为世界人们所称奇的具有实用性和艺术性特点并存的建筑，比如万里长城、北京故宫、紫禁城、大雁塔、十三陵等一些恢宏壮阔的建筑，充分展现了我国的建筑技术。不同的地域所采用的建筑技术往往有很大的不同，建筑技术也处于不断的发展与革新过程中，进入新的阶段，尤其是21世纪的今天，我国建筑技术的发展正逐步形成了完整和规范化的建筑体系，并且采用了最先进的科技成果，呈现一种综合化的发展趋势。
一、建筑技术的内涵
建筑技术包含了很多方面的知识，包括从整体规划、建筑外观设计、建筑内部设计再到施工工艺和结构设计等都属于建筑技术的范畴，例如景观设计、建筑设计，室内设计、人工挖土工艺、机械挖土工艺等也都属于建筑技术，可以说建筑技术这个名词具有非常丰富的内涵。
二、我国建筑技术的发展与实际应用
在建造具体有规格和要求的建筑工程项目时，需要综合考虑到各方面的因素，以达到建筑工程的最大经济效益和实用性，在兼顾建筑经费和实用、安全可靠性的基础上，我们可以大胆地创新建筑施工技术，使用新材料和新技术工艺等。下面笔者具体地来阐述我国建筑技术的发展与实际应用情况：
（一）模板与脚手架技术
模板在建筑施工中发挥着重要的作用，它是混凝土结构工程施工的重要工具，也是不断推进我国建筑技术进步的一个关键因素和重要内容之一。在最近的几年，我国的模板技术不断地在进步，不仅开发研制了一些通用性较强的组合式模板，同时还结合建筑工程结构构件的特点施工工艺要求，开发研制出了一些用于浇筑竖向结构构件的大模板、爬升模板和滑动模板以及用于浇筑大空间水平结构构件的飞模或台模、密肋楼盖模壳等，还有可以同时浇筑楼盖和墙体的隧道模等工具式的模板，从这些方面可以看出我国的模板技术在飞速发展。我国的脚手架技术也得到了发展，近年来，我国的脚手架技术贯彻和坚持“以钢代木”的原则和方针，脚手架的生产也实现了系列化和工厂化，脚手架的功能已经发展为多样化，另外，脚手架的设计计算、搭设和安装也逐步向规范化的趋势发展，并且已经形成门架式、碗扣式、扣件式以及桥式、吊挂式、升降爬架式和悬挂式等多种工具式脚手架。众所周知，脚手架是保证保证高空作业安全的重要设施，脚手架技术的发展可以进一步为高空作业安全作保障。从这些可以看出模板和脚手架技术在混凝土结构工程施工和高空作业工程施工方面有着广阔的应用前景。
（二）地基基础工程施工技术。
我国的地基基础工程施工技术得到了迅猛的发展，在地基施工工艺上，目前已经基本形成了加筋复合法、压密固结法、注浆加固法和换填垫层法等四种相关方法，其中加筋复合法成为了地基施工的主导方法。地基基础工程技术在实际应用有很广阔的领域和前景，因为它仍是我国应用最广泛的一种基础形式，在混凝土灌注桩和混凝土预制桩中，由于混凝土灌注桩可以适用于任何土层结构，而且其承载力也大，施工时对环境产生的影响较小，所以它的发展很快，有广阔的应用前景。
（三）混凝土技术
众所周知，水泥混凝土是我国建筑工程的主要施工材料，近年来，我国建筑工程中常用混凝土的设计强度标准有所提高，从20-30MPa提高到了30-50MPa，强度等级为C50、C60的高强度混凝土越来越多，建筑施工时采用这种强度的混凝土也越来越多。而在混凝土浇筑时，泵送技术的发展，从一定程度上解决了大面积混凝土连续浇筑所产生的问题。高强度混凝土作为现代的主要混凝土技术，由于它的特性是在常规水泥、砂石的基础上，依靠矿物掺合料和化学外加剂来降低混凝土的水灰比例，从而改善混凝土的微观结构，使混凝土能够更加密实，并获得高强度的粘性，因此对混凝土的配置质量要求较高，这从另外一个方面可以促金预拌混凝土的进一步发展，也为混凝土技术的实际应用打开了领域，让其有良好的应用前景。
（四）现浇结构的粗钢筋连接技术
近年来，随着高层建筑的增多，高层现浇混凝土结构也在增多，而现场施工时粗钢筋的连接，成为了一个突出的问题，但随着我国科学技术的发展，开发研制出了电渣压力焊后，为现浇结构的粗钢筋连接技术的研发作好了铺垫，先后开发研制出了多种适合现场现浇结构施工的粗钢筋连接新技术，如套筒径向和轴向挤压连接、锥螺纹连接和直螺纹连接等机械连接技术。这些技术的发展为高层建筑的施工提供了安全可靠的质量保障，从侧面可以说现浇结构的粗钢筋连接技术具有广阔的应用前景。
（五）钢结构技术和大型结构整体安装技术
随着我国建筑施工工艺的不断发展，钢结构被更广泛地应用到建筑工程施工中，近年来，我国的建筑结构中的钢结构进入到了一个崭新的发展时期，它所具备的抗震性能好、施工速度快等独一无二的优点被更多的建筑人士所认可，并且更加广泛地应用在建筑工程的施工中。如今，我国的建筑工程钢结构种类更加繁多，钢结构已包括大跨度空间钢结构、高层和超高层建筑钢结构、轻型钢结构（这种钢结构包括门式钢网架结构和轻型房屋钢结构）以及钢和混凝土组合的结构（包括钢管混凝土结构和劲性混凝土结构）等等，钢结构的连接技术也在不断发展，采用焊接（包括半自动焊、手工焊、全自动焊）、高强螺栓连接、栓焊和自攻螺钉连接等连接技术，这些技术从设计、制造再到施工等方面形成了比较成熟和系统的成套技术，在某些领域这些技术还处于领先地位。由此可见，我国的建筑钢结构技术和大型结构整体安装技术的发展势头迅猛，有广阔的应用前景。
（六）高效钢筋和现代化预应力技术
随着我国建筑施工中混凝土结构的不断发展，钢筋用量大、造价高以及配筋稠密度问题也日渐突出，为了解决这些问题，进一步提高钢筋材质的强度，改善其综合性能是解决这些问题的出路，为此，近年来，我国加大了在钢筋方面研发力度，也取得了不错的成绩，在热轧钢筋方面开发研制出了400MPa的新III级钢筋，较之以前的370MPaIII级的钢筋性能更加优良，同时还引进生产了冷轧带肋的钢筋。我国不仅在高效钢筋的研发上有发展，在现代化预应力混凝土技术上也得到了迅猛发展，目前，我国的预应力钢丝和钢绞线的标准同国际接了轨，而且低松弛高强度的钢绞线的强度也已达到了国际标准上的先进水平，现代化预应力技术，尤其是预应力体外张拉技术，对于钢材的节约和钢材结构刚度的提高，都具有十分重要的作用，由此可见，我国的高效钢筋和现代化预应力技术在建筑工程施工中的发展势头良好，同时，这种技术的应用领域在未来的建筑行业中会更多地用到这种技术，所以，它具有广阔的应用和发展前景。
三、不同领域的建筑技术发展与应用
前面笔者阐述了建筑工程中一些建筑技术的发展与应用情况，不同领域有不同的建筑技术，下面笔者就简单谈谈以下不同建筑领域的建筑技术的发展与应用情况。
（一）生态建筑技术的发展与应用
随着人们环保意识的增强，生态建筑越来越受到人们的关注，其特点就是要自然通风、超低能耗、绿色建材、生态绿化等，所以也可称之为绿色建筑，生态建筑的发展趋势是达到降低能耗、减少污染的，从而实现可持续发展的目的，因此在建筑技术上的发展要跟上步伐，我国的生态建筑技术还处于发展阶段，欧洲国家的建筑生态节能技术走在了世界的前列，他们的节能理念、技术都很先进，在节能能耗上，从控制单项建筑维护结构的最低保温隔热指标转化为对建筑能量总消耗量的控制，同时采用遮阳、温室效应、余热回收等技术进行节能，在生态技术的发展与应用方面，广泛应用的生态建筑技术主要有：能量活性建筑基础系统、呼吸式双层幕墙系统、楼板辐射采暖制冷系统、置换式新风系统、高效防噪声系统、双层架空地面系统以及水循环再生系统等，这些技术系统在生态建筑领域发挥着重要的作用，其应用前景良好。
（二）智能建筑技术的发展与应用
智能建筑是信息时代的产物，它是将计算机技术、信息技术、通信技术与建筑艺术有机结合，我国的智能建筑发展还处于初级阶段，美国是最早诞生智能建筑的国家。智能建筑的发展离不开计算机、通信、控制三项技术作支撑，这三项技术实现了建筑楼宇的自动化和智能化，智能建筑技术在未来将会有广阔的发展和应用前景。
结束语
综上所述，我国的现代化建设正进入阶段,基础设施和建筑工程建设也进入了新的建设时期,建筑技术随着时代的进步而进步，在建筑工程施工上发挥着重要的作用，为我国建筑工程的质量作技术支撑和安全可靠性保障，建筑业必须与相关的高新建筑技术相结合，才能达到最高的建筑使用效益，同时我国还应该在不同的建筑领域研发出更多的建筑技术，使我国的建筑行业健康向上地发展。
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