请详细介绍土木工程中的发展趋势
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请详细介绍土木工程中的发展趋势
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## 土木工程中的发展趋势

在世界和中国的经济建设和国防建设中，大量的投资用于土木工程，包括建筑工程、道路桥梁和交通工程、港口和海洋工程，隧道和各类地下工程、电力和水利水电工程、核能风能太阳能等能源工程、航天等高科技基础设施建设，这些重大工程设施，数量之众多、规模之宏大、环境之复杂、要求之高是人类历史上前所未有的，它们的高质量与安全建设和安全运行对土木工程科学与技术提出了严峻的挑战，提出了众多崭新的课题，推动了土木工程学科的不断发展。土木工程的发展趋势具体表现在下述几个方面。

### 土木工程材料方面

土木工程材料将朝着高性能化（轻质、高强、环保、抗震、高耐久性等）、多功能化（结构功能一体化）以及智能化（自感知、自清洁、自修复等）等方向发展。特别是在深入研究材料的化学组成与多尺度结构特征、微细结构与宏观行为内在联系的基础上，随着大数据处理与人工智能的快速发展，有望大幅降低土木工程材料的研究周期和成本，有望解决材料设计和服役过程中的共性问题以及按功能需求反向设计的超材料研制，从而在土木工程的绿色智能建造和智慧健康管理中展现出良好的应用前景。

### 土木工程勘察与测量方面

工程地质勘察未来将呈现空-天-地-孔立体勘察和智能化勘察的新趋势：以地面与孔中多种地球物理方法联合探测与卫星遥感、航空物探和遥测为主要手段实现多维度、多方法相融合，并将人工智能算法引入数据处理中，发展数据自动采集与联合反演、智能解译等新技术，提高工程地质勘察精准性与透明性。水文地质勘察未来也将和遥感技术、地球物理勘探技术等紧密结合：通过热红外监测等遥感手段以及激发极化、瞬变电磁、地质雷达等物探手段，有效判断地下水的位置、规模、形态等赋存情况，并结合水文情况建立地下水的定量评价模型土木工程测量将利用卫星遥感、三维激光扫描、机载合成孔径测量、机载激光雷达测量、倾斜摄影测量及无人机测量技术等，开展广域测量，以丰富地面测量内容，构建三维可视化测量模型，提高工程测量成果的精度及工作效率。

### 土木工程设计理论方面

随着电子计算机硬件与软件技术的快速进步，以及现代结构测试技术的广泛应用，工程设计理论与方法得以取得快速发展，体现在以下几个方面：考虑材料的非线性与几何非线性的工程动态分析，如结构的地震时程分析、风振分析；从确定性设计理念向不确定设计理念发展，具体体现在概率分析法与可靠度分析法日益深入的研究与逐步具体应用；基于性能的设计方法，针对提出或预订的设计性能目标，用有别于依赖规范的固定设计目标方法以实现预定性能要求，达到在确保安全的前提下使新材料、新结构体系、新设计理念与方法更易得到实际应用，如针对超高层建筑在风载作用下顶层的大位移，采用调整侧向刚度方法、调谐质量阻尼器的振动控制技术和改善高层建筑形体以减少风振效应；工程的最优化设计，如多目标优化、结构动力设计优化、基于可靠度的设计优化和遗传计算法等研究成果逐步进入应用阶段；计算机非线性数值模拟试验分析，如应用高性能有限元分析软件进行数值模拟复杂工程试验分析，归纳有关分析结论，在少量模型试验验证后提供设计应用。

### 土木工程建造方面

数字化技术在工程建造过程中的融合创新应用全面重新塑造了土木工程建造产业。具体包括：①工程多维数字化建模与仿真。将环境勘测信息、工程信息化设计过程信息通过三维数字化模型来展现，高效率地对工程设计方案进行仿真分析和优化，消除与减少建造中的不确定性和缺陷。②基于工程场地物联网的工程技术。全面及时、准确感知工程建造动态信息，发挥数字计算的算法和算力优势，对工程的资源和建造要素（质量、效率、安全风险）进行计算和分析，实现对工程建造的高效管控与组织，如设备物资调度、施工作业管理、安全预警、质量保证、进度控制等。③自动化、智能化工程机械技术。数字化技术赋能工程机械，提升工程机械的自主作业能力和自动化水平，使其发展为负载人员智慧的智能机械，如智能化的造楼机、造桥机、建筑3D 打印设备、隧道无人钻爆设备。

### 土木工程健康管理方面

随着社会经济建设的不断发展，土木工程项目的规模不断扩大，土木工程结构劣化问题日益突出，原有土木工程维护管理方法难以满足要求，对其提出了长寿命安全保障、抗灾韧性提升、绿色低碳化、重大灾害预测预警和快速应急保障等方面的课题。为促进土木工程维护管理工作的积极有效开展，下述新趋势日益明显和迫切：①在土木工程检测和监测数据进行针对性预防的基础上建立土木工程予知性维护管理的策略和体系。②大力发展实时化、精准化、快速化、可视化的无损检测技术。③依托卫星遥感、无人机、地面监测站等，在形成信息共享的空间动态监测网络的基础上实现“空、天、地、体”一体化的全域感知体系。④在无人机、机器人等先进装备应用和物联网、云计算、大数据及人工智能等先进技术基础上推进实时、主动的土木工程健康管理的自动化水平。