时间：2023-08-11 09:14:04
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇土木工程的技能，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
Abstract: Graduation design is the most important link in the practical teaching of civil engineering major, and is important stage of achieving the objectives and requirements of professional development. The quality of graduation design is an important index to measure the higher education and teaching quality, and it directly affect the development of students' ability after they go to work, and also reflects the university's educational level. According to the teaching practice of graduation design of civil engineering major, this paper summarized some of the practices and thinking of graduation design teaching from the selection, teachers' arrangement, performance evaluation and other aspects.
关键词： 创新能力培养；土木工程；毕业设计；课题模块化；教师多元化
Key words: innovative ability；civil engineering；graduation design；subject modular；teacher diversity
中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0013-02
0引言
毕业设计是土木工程专业教学计划中最重要的一个实践性教学环节，也是实现本专业培养目标要求的重要阶段,具有时间长、内容涉及面广、综合性和实践性强等特点。通过毕业设计这一实践环节，培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，分析、解决和处理工程实际问题的能力。毕业设计作为培养学生创新精神和工程实践能力的一次较为系统的训练，应特别注意综合能力的培养：①调查研究、查阅中外文献、收集资料和自主学习的能力；②理论分析、制定设计方案或试验方案的能力；③分别运用程序和人工进行设计、计算和绘图的能力；④实验研究、数据处理及解决问题的能力。显然毕业设计是培养学生自主创新和工程实践能力的一种良好途径，可以使学生得到工程师的初步训练。
毕业设计质量的好坏、是衡量高等学校教育、教学质量的一个重要评价指标，它直接影响着学生毕业走上工作岗位后能力的发挥，同时也反映了高校的办学水平，怎样提高毕业设计的质量是本科教育的一项重要内容。下面以本院土木工程专业建筑工程方向为例，介绍毕业设计实践教学的改革思路和实践，为从事这项工作的老师提供参考。
1做到毕业设计课题的模块化
毕业设计课题应有利于巩固、加深和扩大学生所学的专业知识，有利于学生得到全面的、综合的专业技能训练，有利于培养学生的独立工作能力。设计课题应尽可能贴近实际工程建设项目、或与解决某专项工程难题的科研相结合，以充分调动学生的学习积极性和主动性，增强学生的责任感，激发他们的工程实践能力和自主创新能力。
为了使学生能够根据自身的兴趣爱好、今后的就业方向等，选择自己喜好的课题进行毕业设计，要求毕业设计课题模块化。根据本院多年的实践与探索，土木工程专业的毕业设计课题主要包括工程项目设计、科研及施工技术三大方模块面。
工程项目设计模块设计题目一般直接来源于设计院，也可由老师拟定。毕业设计的选题应充分考虑到设计的可行性，课题难度应适中、同时要与建筑业的发展紧密联系，题目的覆盖面应该尽量广一些。既可选择钢筋混凝土框架结构、又可选钢结构。框架结构应包括建筑设计、结构设计等二部分。一般可选规模适中的公共建筑如综合楼、商住楼、办公楼、教学楼、实验楼等实际工程。手工绘制建筑图不少于2张，结构图不少于3张，以训炼绘图基本功、磨练其心智。其余利用绘图软件AutoCAD或天正建筑设计软件进行计算机绘图，以提高学生的动手能力和计算机应用水平。计算书要求手工计算、并用PKPM设计软件进行核算。
科研模块毕业设计选题一般来自指导老师的纵向或横向课题。如混凝土碳化、再生骨料混凝土、高性能混凝土、混凝土楼板裂缝的控制等大量应用性强的课题，深受用人单位和学生的欢迎。学生在老师的指导下，首先要查阅大量参考文献（一般应不少于30篇），对课题的国内外研究现状有较全面的了解，撰写开题报告。提出科研课题的基本内容和拟解决的主要问题、完成课题的方法、步骤及进度安排。然后综合应用所学知识，同教师一起制定科研方案、通过试验或理论分析，协助老师解决与研究项目相关的科学难题，并写出研究报告。通过科研模块毕业设计，可培养学生应用所学知识解决科研问题的能力，培养学生严谨的科学态度，为学生今后继续进行学业深造及从事科学研究打下基础。
施工技术模块毕业设计与施工现场管理、施工技术及施工组织等有关，主要培养学生利用所学专业知识，特别是施工方面的知识，编制专项施工方案、施工组织设计的能力，或解决工程施工及管理中问题的能力，为学生今后走向与施工有关的工作岗位打下坚实基础。施工技术型毕业设计一般来源于真实的实际工程，包括各种类型的施工方案设计、施工组织设计、经济分析等内容。对于这类课题应要求做到数据计算与图表、文字相结合；针对性强、避免雷同、抄袭；多方案进行技术、经济分析。
2实现教师与学生的双向选择
毕业设计的课题由具备相应资格的教师提出申请，并撰写毕业设计课题方案，再由毕业设计指导委员会对各个课题方案进行考察和可行性研究，最后将课题方案公布于网上。
论文关键词：土木工程；毕业设计；创新能力；实践
高等院校的培养目标要求本科毕业生掌握本专业的基础理论、专业知识和基本技能，具有分析与解决实际问题的能力，具有从事本专业工作的能力和初步的科学研究能力。近年来，我国建筑经济发展较快，社会对高等学校土木工程专业的人才需求量增大，对其质量的要求也逐步提高。土木工程专业毕业设计是反映学生综合运用大学四年所学的基础理论和专业知识独立分析和解决问题的能力，及进行工程设计和科学研究的能力。如何抓好毕业设计这一实践环节，提高毕业设计质量，应引起高校专业课教师的高度重视。为提高学生毕业设计的质量，更好地适应社会，各项教学改革均应考虑毕业设计的教学效果，并采取相应的改革措施，使毕业设计环节充分发挥应有的作用。在毕业设计的教学工作中，还存在一些问题。
一是教师自身创新能力有限，责任心不够。教师课堂教学任务繁重，投入到毕业设计实践环节的时间远远不够，更无精力要求学生毕业设计创新。
二是毕业设计过程中忽视对学生进行创新能力的培养。毕业设计选题及内容单一，不灵活。
三是毕业设计模式僵化，学生发挥创新思维的条件受限。仅局限于校内做毕业设计，反对校企结合的模式，不利于学生创新能力的拓展。
四是毕业设计过程检查和考核评价体系有待创新。毕业设计开题报告、中期检查等环节只注重形式，没有起到应有的作用，毕业设计成绩给定标准需要细化。
一、实施方案和实施方法
1.提高教师自身的创新能力和责任感
高校教师自身的创新能力对创新教育起着重要作用。在这方面，学校应积极支持并出台鼓励教师进行创新的政策，鼓励专业课教师深入现场，解决社会生产实际中的具体问题，在教学和科研中提高创新能力，养成创新的良好教风，不断积累开展创新教学工作的经验。鼓励教师积极申报国家级、省级教学改革及科学研究项目，充分发挥创新能力，并带动学生把毕业设计融入到科研项目中。毕业设计不像课堂教学，它可以巧妙加入个人对以前所学知识的充分理解。在这个过程中，教师思路灵活，思维开阔，不断创新才能带动学生有更开阔的思路。另外，高校教师应把创新教育当作一种责任教育，充分认识到创新给学生带来的效益。学校在安排教学任务时，尽量减轻有指导毕业设计教师的课堂工作量；或者课堂教学任务重的教师指导毕业设计学生数尽量控制在可指导的范围内。保证教师有足够的时间指导毕业设计并进行创新能力发挥。
2.培养学生的创新意识，抓好毕业设计选题工作，发挥教师和学生的创新能力
毕业设计作为大学教育最后一个实践教学环节，必须更好地体现创新能力的培养与训练。在进行专业课教学计划过程中，结合认识实习、生产实习及课程设计，一方面由各专业教师结合自己参加的科研课题，组织学生参加本专业的科研活动，进行创新能力和实践能力的锻炼；另一方面在进行毕业设计之前，利用4周的毕业实习时间，由学生结合毕业实习基地，在专业教师的指导下，结合专业方向对土木工程企业单位和设计院的新材料和新技术进行调研，学生自己选题后，由指导教师根据选题和研究的内容是否具有创新性而确定是否开题。这样可以有效调动学生发挥创新能力的积极性和主动性。
有计划的提前进行设计也是培养学生创新能力的一种途径。为了使学生的专业课学习与毕业设计紧密结合，可以在专业课学习和毕业实习过程中就逐步引入毕业设计。例如，在第八学期让学生熟悉和掌握毕业设计所涉及的相关专业知识，明确设计任务，查阅相应文献资料，提前进入毕业设计工作状态，学期末做出初步设计方案。提前进行毕业设计某种程度上变相延长了毕业设计时间，使学生有足够的时间进行创新思考，为正式的毕业设计打下良好基础，也有助于激发学生的学习积极性和主动性，既有利于专业课学习质量的提高，也促进学生增加对毕业设计工作的投入。提前进入毕业设计也可以使学生与专业教师有较多的接触机会，有更多的时间向教师请教设计方法和设计思路，有利于学生创新精神和创新能力的培养。
毕业设计选题是否合适，对毕业设计的质量、学生能力的发挥以及学生知识水平的提高有很大影响。总结起来，选题应符合以下要求：（1）选题要符合培养目标要求，覆盖专业主干课程内容；（2）选题要联系生产实际，或者结合教师的科研项目，提高就业后的科研能力；（3）选题应新颖，不要局限于历年的单一模式，可以扩展到本专业相近的专业题目，例如施工组织设计、建筑概预算等，如果工作量不够可以增加部分结构构件的计算作为补充。设计结束后学生创新能力有明显的提高。
3.改革毕业设计模式，校企结合，设计与就业相结合，营造良好的创新条件
为了适应社会的快速发展，必须改变传统的毕业设计模式。在教学过程中，教师可以与建筑工程企业或者设计院相结合，采取统一安排、学生根据就业意向自主安排的模式，一方面可以使理论更好地联系实际，另一方指导教师和学生可以学到一些课本上涉及不到的专业具体细节问题。结合现场做毕业设计的学生可以在建筑公司相关专业技术负责人的指导下进行毕业设计工作，不仅可以拓宽知识面，还可以解决具体的生产实际问题。但需要教师严格把关，要求学生定期汇报毕业设计的阶段性成果，对这些学生的要求要比在校学生更高，对学生具有一定的挑战性和创造性。这可以改善学生在毕业设计中被动接受自己不感兴趣的课题的现状，从而最大限度开发了学生潜在创新能力。
同时，学校和学院应加快土木学院产、学、研结合步伐，鼓励教师通过校友及有渠道的学生与大型建筑企业或者设计院联系，建立合作关系，学院主动与这些单位磋商，达成联合办学，签订学生在单位进行毕业实习和毕业设计的有关协议。这样的改革措施可以为专业课程设置，教学内容改革方向提供依据，也可以缩短学校教学与企业需求之间的差距。
4.加强毕业设计过程检查和成绩考核体系的创新
毕业设计进行过程中，指导教师是主导，学生是主体，组织管理是保障。毕业设计应是严格的、规范化的过程。
（1）教师编写毕业设计指导书和任务书。任务书应明确设计题目范围、设计内容、设计进度安排及对设计成果的要求等。指导教师应注意培养学生独立工作能力、查阅和使用工具书的能力，教师按设计进度，有针对性地对学生进行启发式辅导。
（2）定期检查。毕业设计开始一周后，要求每位学生写好开题报告和设计计划，并向指导教师汇报，教师要对设计方案、工作计划、进度安排等进行全面指导，提出明确要求。校、院可以对开题的情况进行抽查。在毕业设计全过程中，指导教师要保证有足够的时间与学生直接见面，应对本组学生每周进行一次工作进程和质量的抽查。每月进行一次阶段检查，提出指导意见。毕业设计的中期检查对扎实开展毕业设计工作，减少“前松后紧”的现象，起到督促和推动作用。
（3）严格答辩程序，客观评定设计成绩。学院要成立答辩工作领导小组和答辩委员会，下设答辩小组，分别由4～5名教师组成。答辩前，学生将独立完成的毕业设计交给指导教师审阅，指导教师给出评语和成绩后由评阅教师评阅，然后决定是否可以进入答辩程序。这些顺序决不能任意调整，流于形式，也不能减少任一程序。对不遵守纪律、抄袭他人或者下载网上设计的学生，取消毕业答辩资格，绝不姑息。学生的毕业设计成绩由开题报告成绩、中期检查成绩、指导教师评定成绩、评阅教师评定成绩和答辩成绩五部分组成，各部分所占比例建议分别为5 %、5 %、50 %、15 %、25 %。对毕业设计成绩评定要求科学、严格、客观、公正，标准统一。对毕业设计进行客观、合理的考核，对促进学生充分发挥积极性和主动性，对做好毕业设计和提高毕业设计质量起到重要激励的作用。
关键词：土木工程；施工；成本控制
Abstract: The civil engineering construction costs is occur during the construction phase, it need to invest a lot of manpower, material and financial at this stage, the resources likely wasted. Therefore, careful organization construction, saving the consumption of resources, can receive the obvious cost savings.Key words: Civil Engineering; construction; cost control
中图分类号：E951文献标识码：A文章编号：
一、土木工程的内容及职能（一）土木工程的内容
土木工程既指建设的对象，也指应用的材料设备和进行的勘测、设计施工、保养维修等专业技术。随着人类社会的进步和发展，已经演变成为大型综合性的学科，包括建筑工程、铁路工程、道路工程、桥梁工程、特种工程结构、给水排水工程、港口工程、水利工程、环境工程等。为了更好的解决，我国土木工程建设过程中的问题和抓住良好的发展机遇，我国的土木工程建设，在不断，采用新技术，开发新材料并积极开拓新的开发空间。在这种情形下，我国的土木工程建设也呈现出现新的发展趋势：空间上的开发；新材料的使用；计算机应用；环境工程；新的计算理论和计算手段和新材料的结合；新管理技术和运营方式的采用；新能源和能源多极化。（二）土木工程项目管理的职能1、策划职能工程项目策划是把建设意图转换成定义明确、系统清晰、目标具体、活动科学、过程有效的、富有战略性和策略性思路的、高智能的系统活动，是工程项目概念阶段的主要工作。策划的结果是其他各阶段活动的总纲。2、决策职能决策是工程项目管理者在工程项目策划的基础上，通过调查研究证评估等活动，得出结论性意见并将其付诸实施的过程。3、计划职能决策只解决启动的决心问题，根据决策做出实施安排、设计出控制目标和实现目标的措施的活动就是计划。计划职能决定项目的实施步骤、搭接关系、起止时间、持续时间、中间目标、最终目标及措施。它是目标控制的依据和方向。4、组织职能组织职能是组织者和管理者个人把资源合理利用起来，把各种作业(管理)活动协调起来，使作业(管理)需要和资源应用结合起来的行为，是管理者按计划进行目标控制的一种依托和手段。5、控制职能控制职能的作用在于按计划运行，随时收集信息并与计划进行比较，找出偏差并及时纠正，从而保证计划和确定的目标的实现。控制职能是管理活动员活跃的职能，工程项目管理学中把目标控制作为最主要的内容。6、协调职能协调职能就是在控制的过程中疏通关系，解决矛盾，排除障碍，使控制职能充分发挥作用。所以它是控制的动力和保证。控制是动态的，协调可以使动态控制平衡、有力、有效。7、指挥职能指挥是管理的重要职能。计划、组织、控制、协调等都需要强有力的指挥。工程项目管理依靠团队，团队要靠负责人，负责人就是指挥。指挥职能是管理的动力和灵魂，是其他职能无法代替的。8、监督职能监督是督促、帮助，也是管理职能。土木工程项目与管理需要监督职能，以保证法规制度、标准和宏观调控措施的实施。监督的方式有：自我监督、相互监督、领导监督、权力部门监督、业主监督、自我监督、公众监督等。
二、土木工程的发展趋势
关键词：土木工程；建筑节能；措施
中图分类号：TE08文献标识码： A
引言
我国土木工程建设的一大宗旨就是合理节约利用土地、节约材料资源、降低使用费用、减少环境污染、节约水电等能源。然而，要处理好土木工程建设行业各个方面的问题不能单单只靠国家宏观的调控，所以，就更需要土木工程建设行业的各企事业单位和个人在正确的框架下相互合作相互竞争，通过自主创新，以市场为向导，开发出各种节能环保的建筑房眉，以广大消费者的利益为出发点，积极探索新能源新材料，并以此来加快祖国社会主义现代化进程。
一、土木工程中建筑物节能的重要性分析
1、能源危机的缓解
我国的建筑物的消耗能量在社会能源中占得比重很大，甚至愈演愈烈。因此，建筑节能技术的发展相当的重要。据相关资料显示，节能措施在建筑方面的应用，可以降低很大的能耗。新技术在长期可持续发展中，可以很好地促进能源的可持续发展和利用，因此，就可以缓解能源危机。其次，改造原有的高能耗、旧建筑建筑后，节能效果相当好，从而配合上述措施，达到建筑全面节能的效果。最后，建筑物采用节能技术还可以对绿色建筑的发展有一定的促进意义。绿色建筑是一个比较新的概念，不仅可以更好的应用各种节能技术结合绿色植物来达到节能目的，同时还能很好的改善人们生活环境，总之，节能措施在建筑中的广泛运用，可以在很大程度上促进社会能源危机的缓解。
2、促进建筑行业健康发展
随着社会经济的不断发展，人们对生活质量的要求逐渐提高，对建筑条件要求也有所提高。人们对高质量生活环境追求的过程中，高耗能的建筑是无法满足人们需求的，还会造成环境的负荷加大。从这一点来看，人们在选择住房时，建筑物节能与否以及建筑物节能具体程度成为人们选择住房的具体因素之一。因此，建筑行业在其发展的过程中，要想取得可持续的发展，就要在其发展的过程中，不断的更新建筑理念，改变原有的建筑的设计思维，跟随时代的潮流，将节能的设计理念不断的在建筑的设计方案体现，这样才能促进建筑行业的持续健康发展。
3、鼓励各个行业对节能的应用
建筑行业是我国三大能源消耗之一，因此，建筑行业对节能措施采用后，能够做到很好的榜样，从而为我国的各个行业作出一个节能理念践行的表率。为了极大地改观目前能源消耗居高不下的局面，这种节能理念在各行各业应用，社会上快速扩展之后，就能在很大程度上促进我国社会产业体系的升级，为我国节约建设作出重要的贡献。
二、土木建筑节能技术的应用
1、加强管理机制，确保建筑节能措施的落实
国家制定了一些列的建筑节能指标，并且也有配套的法律法规进行监控和控制，但是由于建筑节能提出时间较短，国内仍然存在着执行不力，监管不严的问题。国家也未能建立完善的节能技术创新鼓励和扶持政策。目前，我国的土木工程建筑节能进程比较缓慢，这很大程度上是由相应的法制体系和鼓励政策决定的。因此，制定推进土木工程建筑节能政策成了当务之急。当然，还需要严格按照法律法规执行相应的节能标准，政府对现有的建筑节能法律体系进行完善，并建立强大的监督约束体系。抓紧建设政策扶持和技术服务支持体系。结合我国国情，吸收利用国外的建筑节能成功经验。对于那些提前实现我国建筑节能标准或是超额完成建筑节能要求的施工单位给予物质上的奖励和政策上的扶持。国家可以设定相应的节能建筑标志制度。
2、合理地选择施工技术、材料、器械等，提高机械使用效率
在土木工程建设过程中，要大力推广使用节能的新工艺、新设备、新材料和新技术，极力推广使用节能产品和材料，同时还要在土木工程建设过程中，设计、安装节电节水型器具；禁止或限制使用能源消耗高的工艺、设备、技术和材料。在工程材料的选择上，要尽可能多选用一些非透明的材料，其中，石材、金属材料和合成板材又都是很好的选择。此外，遮阳设备选择上，巧妙利用遮阳板等材料，则可以进一步减少阳光直射，从而发挥了隔热的节能作用。在机械的选择上，则应该根据施工条件和具体的建设方案选择最合理的施工机械，既能使得机械的潜力、性能优势得以充分地发挥，又能保证土木工程建设的质量。在对机械的配置上，要根据具体的工程量、结构类型等各方面的条件，做到对机械的合理使用。
同时，还有一点需要注意的是，必须要认真的掌握主导机械设备在已定工程里的配置，并且次要机械设备的配置必须围绕这台主要机械。次要设机械备必须拥有与主要机械设备相匹配的工作能力，以方便对设备的维修管理和保证次要机械设备工作量的饱满。
3、抓好在土木工程建设中的管理工作
土木工程建设中的管理环节是整个工程建设过程中很重要的一个环节。首先，土木工程建设的施工企业必须要注意保护已建设节能建筑的节能设施和结构。其次，对进入施工现场的保温材料、照明设备、门窗和墙体材料进行严格的检查。必须严格按规范进行工程建设施工，以保证工程的节能减排效果。
在土木工程建设企业中也可以采用定人定机的工程建设管理制度，即一台机械设备配备固定的操作人员。这样可以让固定的操作人员对该机械设备的特性有足够充分的了解，从而使得该机械设备可以发挥自身最大的使用效率。
4、加强我国的室内装饰行业的节能减排工作
根据我国目前国家有关标准和规范和《建筑节能工程施工质量验收规范》，中国室内装饰协会室内环境委员会和节能环保装饰装修认证指导中心提出：把国家关于建筑节能的规范贯彻到家庭装饰装修全过程中，从家庭室内装饰装修工程打好节能减排的基础。所以，除了以上提出的节能问题的解决办法以外，还应该加强我国的室内装饰行业的节能减排工作，把节能减排落实到每个装修家庭和装饰装修工程。
根据《规范》要求，建筑工程的工程监理单位、施工单位、设计单位及其注册执业人员，应当按照民用建筑节能强制性标准进行监理、施工、设计。建筑装修工程的节能同样要注意节能设计、施工管理和材料、产品选购等3个环节。这些环节必须全部落实，缺一不可。
5、合理利用建筑垃圾
在进行建筑时，会产生大量的废弃物，这些垃圾并不是真正的垃圾，而是有再生利用空间。所以，我们要鼓励建筑垃圾综合利用，对这种行为要进行鼓励，并投入大量资金进行改造。国外，对于建筑垃圾的处理有先进国家的经验，从建筑的设计开始就要注重对能源的有效利用方案，对施工过程中要做到监管有效，以减少建筑垃圾的产生，从根源处做好建筑材料消耗量的降低式作，做到提高废弃物的资源利用率。
结束语
建筑节能是建筑行业得以实现可持续性发展的重要前提,只有做好了建筑节能,应用建筑节能技术和建筑节能设计方式切实降低了建筑能耗,建筑工程的经济效益才会得到提高,反之,则加大建筑能耗,降低建筑工程的社会经济效益。因此，只有在建筑时减少消耗，才能保证建筑的高效性，为全国的综合消耗做出贡献。
参考文献
[1]杨娟,胡文强.浅谈房屋建筑节能施工技术[J].山西科技,2010，(O2)．
关键词：智能材料；土木工程；应用；发展趋势
中图分类号：O434 文献标识码： A
一、土木工程建设项目智能材料的特征和概念
针对土木工程建设项目当中所应用到的智能材料的种类、特性和基本的概念进行分析，是加强技术操作水准的一个首要步骤。在上个世纪七十年代，美国率先的提出了关于在建筑项目之中使用智能材料的理念和想法，并且通过试验测试，得出材料的基本特性。而在今后的几十年发展当中，随着技术的不断改进以及各大部门对建筑项目研究的重视程度增加，先后的出现了机敏材料、建筑结构自适应材料以及智能材料等项目。
首先，当前针对建筑项目当中的智能材料并没有一个统一的、标准的定义。总体的来讲，在土木工程施工当中应用的智能材料指的是可以对外界的环境和内部环境进行感知的、可以以此来对建筑进行准确的处理分析和判定的、具有适度相应的智能材料。智能材料是高分子材料、人工合成材料、天然材料等之后出现的一种新型建筑施工材料，并且在今后的建筑行业当中将发挥出巨大的效应。另外还需要明确的是土木工程施工建设当中所使用到的智能材料的基本特征，一般的来讲，智能材料特性有以下几点：反馈功能、传感功能、自诊断功能、相应功能、信息的积累以及识别功能、建筑结构的自我修复功能、自适应功能等。
而当前所使用的智能材料还具有以下几个方面的特性：第一，在土木工程建设施工项目当中应用的智能材料可以对外界的环境进行准确的感知，可以精准的检测出环境当中的刺激和刺激所产生的强度，诸如应变量、应力、光、热能以及核辐射和化学能等；第二，智能建筑材料还具有一定的驱动能力，可以对外界的变化进行适当的相应；第三，智能材料可以按照事前设计好的方式，来对自身的相应进行控制，同时还可以选择相应的具体方式；第四，智能建筑材料对于外界刺激所产生的反应非常的快捷，并且非常恰当：最后，智能材料受到外界的刺激并且当刺激消除之时，可以迅速的、在短时间之内恢复至最初始的状态。
二、土木工程中智能材料的应用
1、形状记忆合金的应用
形状记忆合金是具有形状记忆效应的一种智能合金材料，作为新型功能性材料，最主要的优点就是在激发材料的形状记忆效应过程中，材料可以产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变，同时具有较强的能量传输储存能力。该特性的应用能够将材料置于各种结构中，实现结构的自我诊断、增韧、增强与适应控制的应用研究，而且还可以将材料研制为智能型驱动器，在结构变形、损伤、裂缝及振动等方面开展应用研究工作。相变伪弹性与相变滞后性能是形状记忆合金的另一个优点，在加卸载过程中其应力-应变曲线构成环状，表明材料在此过程中能够吸收耗散较多的能量。形状记忆合金具有高达400兆帕的相变回复力，结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统，该系统可实现相变伪弹性性能，可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。通常在结构层间或底部安置形状记忆合金被动耗能控制系统，用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知，进而起到消耗地震能量的作用。有关研究结果显示，耗能器安装形状记忆合金结构后，耗能器可吸收约为三分之二的地震能量，并显著抑制结构的位移。
2、压电材料的应用
传统结构中集成压电体，采用压电传感元件对结构的振动模态进行感知，利用其输出结果，采取适宜控制算法对压电体的输入进行确定，以主动控制结构振动的实现，是开展压电类智能结构应用研究的一个较为前沿的领域。很多研究人员在任意复杂激励下，采用压电陶瓷作为加速度传感器与驱动体开展基于压电层合结构的主被动阻尼及主动振动控制等相关问题的研究工作，随着近年来不断发展的压电材料与堆技术，使研究应用压电类智能结构的领域更为广泛。主要应用在土木工程结构的噪声主动控制、静变形控制能、安全评定、健康监测等众多领域都获得良好的控制效果。
3、光导纤维的应用
光导纤维由外包层与内芯构成，是一种纤维状光通信介质材料，该材料采用先进的信息传输技术起初用于通信传输系统，由于作为信息载体的光子在速度与容量上高于电子，因此得到较为迅速的发展。光子所具有的高并行处理能力与高信息率，潜力在信息容量与处理速度得到充分发挥。光纤材料在监测、传感及信息远距离传输等方面得到应用，将光纤作为传感元件埋入传统混凝土结构中针对结构方面各项指标实现自动监测、诊断、控制、预报及评价等功能，而且将形状记忆合金等驱动元件埋入，有机结合信息处理系统与控制元件，使混凝土结构具有智能功能，进而实现混凝土结构自我诊断与修复。在土木工程结构诊断及主动控制地震响应中，光纤材料一直作为设计传感器的一种比较理想的材料，我国目前也已将其用于检测评定三峡大坝。
4、压磁材料的应用
在外加磁场作用下，磁流变液悬浮体系的各项流变性能会产生明显的可逆变化。同时在外加场强高于临界值后，磁流变液将迅速从液态转变为固态，在显微镜下能够观察到磁流变液的分散相颗粒在磁场作用下结成沿磁场方向的链状结构。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质，控制流体特性实施时需要较低的能量，因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。在土木工程领域，电视塔、高层建筑、大跨度桥梁等结构中都采用该材料用于实现对地震的半主动控制。此外，磁致伸缩智能材料也在相关研究中日益的得到重要关注。磁致伸缩智能材料具有强烈的磁致伸缩效应，电磁/机械能能够进行逆转换。在智能材料领域中应用前景较为广阔，该材料可用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等多个领域。
三、智能材料的前景
目前在土木工程领域内，智能材料的研究主要在以下三方面的应用研究最受重视：（1）结构健康的实时检测与监控。这主要是指将先进的传感元件和驱动元件集成在传统的土木结构中，利用它们构成的网络对结构的裂缝、损伤、疲劳、冲击、缺陷、腐蚀等状态进行实时监测和控制，以确保重大土木工程结构和基础设施的安全可靠，降低其维修费用。（2）形状自适应材料与结构。智能材料的研究与出现不仅可使土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程设计人员所期盼的自适应结构的诞生成为可能，而且更重要的是它代表着先进的新型材料与传统的土木工程结构相结合这一重大的学科研究发展方向。自适应结构既具有承受荷载和传递运动的能力，同时还兼有检测（应力、应变、裂缝、损伤、温度等）、动作（改变结构内部应力应变分布和结构外形及位置等）和改变结构特性（结构阻尼、固有频率、光学特性、周围电磁场分布）诸多智能功能，因此其应用前景非常广阔。（3）结构减振抗震抗风降噪的自适应控制。结构的动力响应一直是土木工程设计中的一个非常重要的问题，特别是对于高层建筑和桥梁等大型土木工程结构的抗震抗风问题更是如此，而智能材料的开发与应用就可为之提供一个更为有效的新途径，从而使结构的自适应控制成为可能。目前，虽然智能材料还有这样或那样的不足，但是，随着研究的深入，智能材料的性能将得到进一步的改善。智能材料在许多领域都具有巨大的潜在应用前景，其研究涉及材料科学、化学、力学、生物、微电子技术、分子电子学、计算机控制、人工智能等学科与技术。
结束语
综上所述，随着智能材料的广泛应用，同时元件逐渐向小型化、多功能化及高功率化方向发展，在建筑结构中复合控制、传感、驱动系统及耦合/连接元件，建筑结构将发展成为主动式智能建筑结构，对于有效利用太阳能、抵御地震、风振等严重自然灾害影响具有重要作用，为人们工作生活提供更为舒适安全的环境，对于提高土木工程结构建设质量具有十分重要的意义。
参考文献
[1]阎平，智能材料在土木工程中的应用[J].现代物业.2013.
[关键词]土木工程；节能环保技术；发展趋势
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0230-01
0.引言
在济快速发展的推动下，当前土木工程建设中常常会忽略自然生态的保护，一味的强调经济发展的重要性，这最终导致自然环境恶化加剧。因此，在当前我国大力提倡环保节能的里面下，土木工程建筑中，一定要加强节能环保技术的使用，以缓解社会经济发展与自然环境保护的矛盾，实现社会的可持续发展。
1.土木工程施工中节能环保的重要性
1.1 节能环保是土木工程创新的必然要求
节能环保技术中体现了创新这一理念，比如太阳能利用、能源循环再生等，在土木工程建设中，如果充分使用节能环保技术，能够让整个工程项目具有创新性的特点，给人们强大的视觉冲击，为我国土木工程发展提供助力[1]。
1.2 节能环保能够促进土木建筑施工发展进程
节能环保技术在土木工程中应用，能够达到缩短工程的建设周期，并且还能够通过降低能耗来达到成本节约的目的，从而提升建筑施工单位的经济效益以及社会效益，进而推动土木建筑行业的稳定发展。
1.3 节能环保技术有助于改善人们的生活质量
随着社会经济的快速发展，现代人们更加追求干净、舒适的生活环境[2]。而良好生活环境的营造需要借助节能环保实现，比如在装修材料的选择上，尽可能不使用甲醛含量高的装修材料，这样使得人们的身心健康免受伤害，改善生活环境，提高生活质量。
2.节能环保技术在土木工程施工中的应用
2.1 加强土木施工原材料的管理
为了达到有效的节能环保，在实际施工中，需要进行原材料的节能管理，具体操作为：（1）加强原材料的限额管理，根据工程施工计划及与预算采购原材料，严禁出现多购导致的原材料浪费问题；（2）做好原材料的存储工作，减少原材料积压及存储管理不当导致的材料质量下降问题，以降低重复购置成本；（3）建立科学合理的材料回收制度，对施工过程能够重复使用的原材料，应实现循环利用；（4）建立合理的原材料节约考核以及奖励制度。
2.2 加强水电等的节能管理
土木工程施工中，常常涉及到大量的水资源以及电力资源的使用，而做好水资源及电力资源的节能管理，对降低建筑能耗意义重大。具体的节能管理上，首先对土木工程施工现场的空调、风扇以及照明设备进行合理的规划；其次是要尽可能选择节能环保的施工设备，并且在施工过程中，如果施工设备暂时不用，应及时将设备关闭，从而减少限制设备对电力的消耗。最后是应做好现场水资源的合理利用，可以采取节水装置以及水资源循环处理设备，提高水资源的利用率。
2.3 提高施工人员的节能环保意识
节能意识强化是激发施工人员节能环保积极性的关键，在土木工程施工中，若要推行节能环保技术，首先要做的是提升施工人员的节能环保意识，强调施工过程中的资源合理使用及循环利用的重要性[3]。具体实施上，可以在工程项目施工前，组织进行节能环保培训工作，并且要求所有施工人员参与其中，同时要求节能环保理论与实践同行，让节能环保意识能够渗透每个施工人员的实际工作中。同时在上岗前还应进行相关的环保知识考核，以保证所有施工人员都能牢牢借助节能环保理念。
3.土木工程技术节能环保的发展趋势
3.1 绿色生态化发展趋势
土木工程实际上就是对自然环境的改造，在当前的建筑现实下，土木工程存在的一个突出问题就是在建设过程中没能做好环境保护工作，这导致土木建筑一直都是先建设后治理，没有形成绿色生态化的发展模式[4]。因此在未来土木工程施工中，相信土木工程会充分联系当前节能环保理念，在建设过程中更加关心自然生态的保护，达到边建设边保护，使土木工程真正与自然生态环境象统一，最终实现绿色生态化的发展。
3.2 信息化发展趋势
随着科学技术的快速发展，在土木工程施工中，现代化信息技术的应用是必不可少的。计算机技术、网络通信技术以及智能化技术对提高土木工程节能环保施工水平有重要意义，通过信息化技术得出土木工程节能环保的具体情况，利用网络监控系统对土木施工的全过程进行监控，以及时发现施工工程中存在的不合理施工情况，实现土木施工的可持续发展以及施工质量的提升。
3.3 工业化发展趋势
土木施工的节能环保技术应用依赖工程施工中引入流水线的作业模式，即要求在相同项目中，参照最佳的节能环保施工方案，使节能环保操作正常进行，并且引入成套的节能环保技术，使土木工程施工的标准化程度不断提升，从而加快推进我国土木工程节能环保技术的统一化发展。
4.结语
总之，加快推进环保节约型社会的建设是时展的必然需求。在土木工程施工中，使用节能环保技术，对改善人们生活环境意义重大。具体的节能环保控制上，需要通过施工原材料的控制、水电能耗控制以及节能环保意识的培训与宣传，使节能环保技术能够真正落实到实际的建筑施工中，以便建成节能型的绿色建筑，实现社会的可持续发展。
参考文献
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[4] 王刘军.保温节能施工技术在土建建筑外墙施工中的应用[J].江西建材，2017，6（04）：108-109.
结构设计竞赛已经成为土木工程专业最具影响力的专业型科技赛事之一。通过竞赛可考核学生专业知识的应用程度，从而发挥其重要的反馈功能。根据结构设计竞赛与专业类课程的对接点，构建了基于竞赛的专业类课程反馈指标体系。在此基础上设计调查问卷，以校内竞赛两年的调查数据进行分析统计，结合学生提交的实体模型成果，进行学生知识能力应用效果评价，并将结果反馈给相关课程组，为专业课程改革提供了量化依据，也为大学生学科竞赛的良性发展提供了创新思路。
关键词：结构设计竞赛；土木工程；力学课程；应用能力
中图分类号：G6423；TU文献标志码：A文章编号：
10052909（2017）01015205
结构设计竞赛是中国各大高校实践教学环节的重要内容之一，其目的在于通过方案设计、分析计算、模型制作、加载试验和现场答辩等一系列过程，培养大学生创新精神、团队意识和实践能力[1]。从2005年开始，全国大学生结构设计竞赛迄今已举办8届。在全国竞赛的辐射下，地区级、校级结构设计竞赛也不断开展起来，有很多学生从中受益。但主观随意的标新立异并不是土木工程专业结构模型竞赛的目标，参赛者只有以客观的物理准则为基础并对其正确应用，才能实现结构模型竞赛所需要的合理创新，从而呈现高质量的参赛作品，而这必须以参赛者通过传统教学模式所获得的坚实理论和专业基础为条件。
在结构设计竞赛中，参赛学生从开始对题目进行分析，提出一个模糊的受力模式，进而寻求适当的结构形式和具体构造措施来保证该模型所预期的力学性能，其间会经历结构选型、荷载计算、内力分析、计算简图、承载能力估算、构造设计、绘制出结构图以及结构模型制作等环节。为顺利完成以上竞赛任务，参赛者必须掌握画法几何与工程制图、理论力学、材料力学、结构力学、土木工程材料、房屋建筑学、计算机辅助设计、材料力学试验、土木工程材料试验、结构试验、钢筋混凝土结构、钢结构、结构抗震等基础课和专业基础课方面的背景知识[2]。因此，结构模型竞赛本身就是对上述知识点课堂教学成果的最直接检验。通过竞赛，一方面可以使学生对所学知识融会贯通，更加熟练地掌握知识点；另一方面，可发现学生知识体系中的不足之处，从教学源头寻找薄弱环节，及时改革教学内容与方法。
目前绝大多数竞赛在决出胜负后结束，缺乏总结和反思，忽视了竞赛非常重要的功能――向理论课程的反馈功能。通过竞赛可反映出学生知识体系的薄弱环节，从而在随后的传统课堂教学中做到有的放矢、查漏补缺，进一步强化传统教学的质量效果，充分发挥专业知识在参赛者创新、探索过程中的指导作用，推动结构模型竞赛向更深层次、更高水平的方向不断发展。
鉴于此，文章构建了土木工程专业类课程反馈指标体系，在此基础上设计调查问卷，以长安大学两年校内竞赛的调查数据为例进行分析，将学生专业知识应用能力反馈给相关课程组，为课程改革提供了量化依据，也为大学生学科竞赛的良性发展提供了创新思路。
一、专业类课程反馈指标构建及调查问卷设计
土木工程专业课程包括工程制图、工程地质、测量学、基础工程设计原理、土木工程材料、混凝土结构基本原理、钢结构基本原理、土木工程施工、结构概念体系、工程质量事故分析处理、土木工程抗震等课程[3]。这些课程要求学生掌握结构设计理论，熟悉设施和系统的设计方法；掌握土木工程施工和组织的过程和项目管理、技术经济分析的基本方法；掌握土木工程现代施工技术、工程检测和测试的基本方法；了解土木工程的风险管理和防灾减灾基本原理及一般方法；了解结构、设施和系统的破坏和加固维修理论[4-6]。由于每年竞赛考核的内容不同，结构设计竞赛不一定能够涵盖专业培养的全部，但在模型设计中可以充分认识各类荷载及灾害作用的特点、结构体系的选择与概念O计以及各类结构构件的功能特点；在模型制作中可以深入理解构件连接节点的形式与构造；制作完成后对于结构加固技术的原理、结构加载试验等会有深刻的认识。
二、 专业类课程知识应用能力评价
长安大学从2005年开始举办每年一届的校级竞赛，竞赛已经成为校内最具影响力的科技活动之一，反馈指标的调查已经持续进行了多年。本文选择了2013年和2014年长安大学校级结构设计竞赛为分析样本，其原因有三个方面。一是由于参赛学生人数多，样本具有广泛性；二是因为经过十几年的发展，竞赛已经植根于学生和教师的实践教学中，具有可靠性；三是因为这两年均以结构抗震为主题，具有相似的考核内容。2013年竞赛题目为“重檐歇山式仿古殿宇结构模型制作与测试”，模型采用木质材料制作。2014年赛题为“多层塔式结构模型制作与测试”，采用竹质材料制作。两次竞赛分别以歇山式仿古殿宇结构和多层建筑结构抵抗地震灾害为主题，具有重要的科学价值和工程意义。
两次竞赛共收到调查问卷223份，有效问卷177份，其中2013年有效数据64份，2014年113份。为区分不同年级的应用水平，2014年分为土木工程专业大三和大二分别进行统计，大三学生有效数据44份，大二学生有效数据69份。数据收集后进行统计，按照各项目所占的百分比进行能力分析评价。
（一）专业类课程与竞赛的关联度指标分析
（1）经过筛选的土木工程专业类课程知识点与竞赛的关联度很高。两年的数据均表明，这些知识点中，在竞赛中“有一定应用”所占比例最高，其次是“是技术关键”，“基本未涉及”所占比例最小。
（2）“基本未涉及”所占比例最大的是绘图及结构计算软件的应用，2013年为35%，2014年分别是16%和21%，这说明软件的应用能力较低。调查表明，很多学生认为当荷载条件及结构体系过于复杂时，计算非常困难，希望通过试验进行结构的优化。“基本未涉及”接近20%的指标为各类荷载及灾害作用的特点，两次竞赛都是水平地震作用，说明学生对地震波的作用模式及简化计算把握不准。“基本未涉及”在10%～20%的指标为基础选型及计算方法，两次竞赛提供了模型安装底板，模型底部通过胶水或螺栓固定在底板上，涉及到基础选型的内容较少，是此项指标超过10%的原因。其余指标“基本未涉及”者基本小于10%。
（3）“是技术关键”所占比例最大的是节点形式与构造，基本上达到50%，这说明强节点的设计思路已经为学生所领会；40%～50%的同学认为截面形式及计算方法是“技术关键点”，说明他们进行了截面形式优化。
（4）通过以上分析，可以初步得出：应用较好的指标是节点形式与构造、截面形式及计算方法；应用较差的指标是绘图及结构计算软件的应用、荷载及灾害作用的特点，其余指标需要进一步分析。
从统计结果可以得出以下结论。
（1）所有数据均表明，“了解原理但无法应用”超过20%的指标包括：2013年绘图软件及结构计算软件应用。说明土木工程专业学生的软件应用能力，特别是结构计算软件的应用能力非常薄弱。但也说明在结构设计中，如果结构过于复杂，学生主要通过加载试验来验证模型的承载力，计算被忽略了。
（2）“了解原理但无法应用”超过10%，小于20%的指标包括：荷载及灾害作用的特点。说明学生对于水平地震作用的认识还不够，因为抗震设计课程放在大四才学，而调查的主体为大二和大三学生。
（3）“能联系实际直接应用”的指标基本都未超过50%，各项指标由大到小的排序顺序为：①荷载及灾害作用特点；②构件截面形式选择及计算方法；③构件节点连接形式与构造；④结构体系的构造特点；⑤提高构件稳定的构造方式；⑥基础形式及构造；⑦结构加固技术原理与构造；⑧结构构件的功能特点；⑨结构体系选择与概念；⑩=10＼*GB3＼*MERGEFORMAT结构分析软件及绘图软件的应用。
（4）“经自主摸索后应用”以及“能联系实际应用”二者相加由大到小的排序顺序为：①构件截面形式选择及计算方法；②荷载及灾害作用特点；③构件节点连接形式与构造；④提高构件稳定的构造方式；⑤结构构件的功能特点；⑥结构加固技术原理与构造；⑦结构体系的构造特点；⑧基础形式及构造；⑨结构体系选择与概念；⑩=10＼*GB3＼*MERGEFORMAT结构分析软件及绘图软件的应用。
（三）专业类课程反馈总体意见
在以上评价的基础上，结合参赛者所做的实体模型和计算任务书，得到专业类课程知识应用能力评价，见表2。
三、结语
本文构建了专业类课程反馈指标体系，在此基础上进行了调查问卷设计，选择校内两次以抗震设计为主题的竞赛作为调查对象，在调查数据分析的基础上，得出了学生专业类课程的应用掌握程度，为专业类课程教学改进提供了依据。该项研究在长安大学校内已经连续进行3年，竞赛折射的问题随着课程的改进得到了改善，扩大了竞赛受益面，同时也提高了竞赛的水平。参考文献：
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Abstract：
Structural design competition has become one of the most influential professional science and technology events for civil engineering students.Civil engineering students’application ability of professional knowledge could be assessed by this competition， thereby the feedback function of the competition are performed. According to the corresponding points of the structural design competition and professional courses， the professional course feedback index system was built.The questionnaire survey was designed based on the feedback index system. Based on the analysis of survey data of two years’ school competition and the entity models submitted by students， the effect of students’ application ability of professional knowledge was assessed， and then the results were reflected to the related course group. The research provided a quantitative basis for curriculum reform， meanwhile provided innovative ideas for the healthy development of students’ subject competitions.
关键词：结构安全监测光纤传感器混凝土应变压电传感器；
中图分类号：TN818文献标识码： A 文章编号：引言
通常情况下，土木工程作为基础设施对任何国家来说是都是一笔不小的开支，属于国家资产的一部分。并且，与其他商品相比，土木工程建筑寿命较长，一旦竣工，维修和重建代价甚高。另外，土木工程包括不同的建筑，建筑结构不同，建筑材料、设计方案和施工方式都会迥然不同。最重要的建筑结构包括桥梁、高层建筑、电力、核能和大坝。所有民用建筑都会随着时间老化和损坏，主要原因是材料的老化、持续使用、过载、过多暴露在有害环境、保护力度不够以及没有使用正确的检测方式。一旦受到内或外部侵害或二者同时作用，所有这些因素都会导致建筑材料和结构的老损并加重受损程度。
为保证建筑物的完整性和安全性，必须对建筑进行结构安全监测（SHM），通过自动化体系，对建筑物结构进行可持续的监和受损部位的检测。行之有效的结构安全监测系统可及时检测到各种受损部位并监测其压力和温度，从而优化建筑物维护效果，确保建筑物的安全，延长使用寿命。通常情况下典型的建筑安全监测系统包括三个主要组成成分：传感系统、数据处理系统（包括数据采集、传输和储存）和安全评估系统（包括诊断演算和信息管理）。要建立该系统，首先应使该系统具有一个稳定且可靠的结构传感系统。因此，本文主要讨论结构安全监视系统的第一个组成部分：由智能装置/传感器组成的传感系统。智能装置/传感器：如光纤传感器(FOS)、压电传感器、磁致伸缩传感器和自诊纤维增强结构复合材料，都具有非常重要的功能，可感应各种建筑结构安全方面的物理和化学参数。
光纤传感器（FOS），由于体积小，不会影响土木工程结构物本身的特点。通过使用多路复用或分布式传感技术，仅需一个光纤便可以对不同地区建筑的结构性能进行有效监测。并可避开电磁干扰的影响。光波适合在信号较弱的情况下进行长距离传输。压电和磁致传感器既可以作传感器，又可以作致动器，使结构安全监视成为一个积极的监测系统。此外，他们大小各异，便于存放，就算是放在较远的地方，也可对各种类型的结构进行积极监督。
过去几年人们对结构安全监测日益关注和重视，文本将重点评析智能装置/传感器在土木工程上的不同运用。本文涵盖光纤传感器，压电传感器、自我诊断纤维增强复合材料和磁致伸缩传感器的主要方面。
2.光纤传感器（FOS）
光纤传感器有诸多分类方式。第一种是按照待测参数经调制后得到的光特性（强度、波长、相位或极化等）进行的分类。第二种则是根据光发生调制的位置位于光纤内部还是外部（内部或外部）进行分类。光纤传感器还可根据传感范围分为点式（法布里-珀罗光纤传感器或长标距光纤传感器等），积分式（光纤布喇格光栅传感器）和分布式传感器（布里渊分布式光纤传感器）。本文主要讨论这种分类方法。光纤传感器一般都安装在现成结构表面，或嵌入新建土木结构中，包括桥梁、建筑物和大坝，显示应力（静态和动态）、温度、损害（分层、裂纹和腐蚀）和氯离子浓度等信息。获得的数据可被用来评估新建和修复结构，诊断损害部位和损害程度。本节主要探讨光纤传感器在监测土木工程结构的应力、位移和损害方面的应用。
2.1.监测应变和位移
实验研究已阐明光纤传感器被应用于土木工程结构后所表现的基本传感特性。在对混凝土横梁样本进行测试的实验中，与应力计输出信号相比，法布里-珀罗光纤传感器输出信号更加良好。与应力计相比，光纤传感器有更好的信噪比。对嵌入混凝土中的法布里-珀罗光纤传感器的性能进行评估。
图1：混凝土应变与各种传感器的对比
图1是压力高于混凝土抗压强度40%时，光纤传感器与丝式应变仪、电测应变仪和线性差动变压器测量结果对比图。由图可见，光纤传感器的测量压力、电测应变仪、线性差动变压器的测量压力具有高度一致性。在嵌入光纤传感器的混凝土平板上进行重复加载试验。频率为2 Hz-3 Hz，加载周期达四百万次。传感器在振幅为两千、加载周期为四百万的情况下仍可使用，且对动态加载反应良好。复合型波形传感器可以使光纤和混凝土的强度相互融合。如此一来，不仅应力大为减少，而且不用考虑理论校准因素。这个传感器还实现了对混凝土的持久粘连，并可在任何接触环境对伸缩装载给予相应的响应。
使用一种单模式光纤，又叫布里渊分布式光纤，对1.65m强化混凝横梁的压力进行测试。布里渊分布式光纤可同时测量温度和压力。结果显示，在5cm的可分解距离内，压力精确度达到± 5 με 。基于电缆中电磁波的电动时域反射计对两种分布传感器进行比较。将他们置于80%的横梁钢筋混凝土表面。试验结果表明，电缆传感器可以测量压力的局部巨大变化，而分布式光纤传感器可测量出长距离情况下压力的缓慢变化。电缆传感器在几秒甚至更短时间内就可测得应变分布，因而适用于动态信号监测。相比之下，光纤传感器完成测量任务需要数分钟的时间。安装了布里渊分布式光纤传感器以评估完全预应力下混凝土横梁的性能。同应变计的测量结果相比，光纤传感器更能很好地显示拉伸应变的测量结果。然而，光纤传感器对压缩应变的测量误差很大，这点在压缩应力很小的时候尤为明显。加拿大的卡尔加里贝丁顿的索道桥是世界上第一个引用光纤光栅传感系统，也是第一个在部分桥梁处使用碳纤维增强聚合物复合材料的构筑物。这座桥的部分钢筋在1993年经过预应力后，配上了光纤布拉格光栅传感器，总计18个。经过对预应力处理后的钢筋在混凝土收缩徐变、桥面恒载和桥梁后张等各种破坏力共同作用下的松弛状态进行评估，结果发现，钢筋预应力后的混凝土梁松弛度高于碳纤维复合材料的松弛度，并且在开放通行8个月后，这座桥的所有梁都存在着持续松弛的现象。另一动态测试表明，虽然这些传感器在6年后仍在工作，却没有监测到任何结构问题。首先，研究的重要价值在于该项目表明结合光传感技术、创新性电缆强化材料和结构工程所能带来的优势和益处。对纤维增强材料组成成分进行实时监测能够增强将这些材料用于混凝结构中的信心，因为目前就纤维增强材料来说，还没有设计标准出台。另一方面，光传感器可以嵌入纤维钢筋的表面，既保护了传感器及其线缆，又便于对这一类的土木工程结构进行控制和监测。
当前，世界上的很多桥梁都装有光纤传感器。法布里-珀罗光纤传感器用于加拿大魁北克若夫尔桥梁的修复工程。将这些传感器绑在由碳纤维复合材料制成的栏杆和钢梁上，以监测纤维复合塑料结构的性能、桥板和桥梁的应变。结果表明，大桥通行情况下，温度是影响应变的最重要因素。桥通行一年后，又进行了现场观测。使用3辆25吨校准卡车对纤维增强塑料加固处进行应力评估，结果发现纤维增强塑料加固处的应力小于20με,，钢梁应力小于120με。这就解释了加拿大联邦大桥嵌入光纤光栅传感器，但是并没有收到来自传感器的任何数据的原因。在泰勒大桥上，将63个光纤增强传感器、26个电测计加载在预应力处理后的碳纤维复合栏杆上，监测加固处在承受负荷时的最大应力。但是即使应变计密封良好，60%的电测计仍不能正常工作，原因是蒸汽养护后的混凝土梁桥湿度过大。当36吨重的卡车通过桥面时，纤维增强传感器记录的应力小于15με。
光纤光栅传感器被应用在瑞士两个桥梁上的实验情况：在温特图尔，将光纤光栅传感器捆置于碳纤维增强聚合物复合材料电线上来测量吊索的应变情况。截止1999年3月，光纤光栅传感器已经在2000με的应力下稳定工作了三年。另一个实验则是对一座行人天桥展开的。天桥的钢索是由碳纤维复合材料构成的预应力钢索，具体过程就是在碳纤维复合材料挤压过程中将光纤维嵌入到碳纤维混合材料中。大多数的光纤光栅传感器都可以承受170–190◦C的高温树脂固化处理和8000 με,的预应力处理，只有两个由于脱落失败。锚圈和索具在预应力处理过程中和其后的一年时间，都有令人满意的应力监测结果。
使用长标距电缆传感器得到桥梁整体变形和曲率的方法：将96根4m的长标距传感电缆嵌入维何斯瓦大桥的两端。根据提出的物理模式，当在桥面进行静态载重实验时，可测量总长度为一百米以上的桥的整体横向和纵向变形情况。并且测量结果非常吻合。
跨越佛蒙特州的沃特伯里的威努斯基河67米长的钢桁梁安装光纤光栅传感器，46个光纤光栅传感器被嵌入桥板，只有一个传感器损坏。并研制出了一种基于频域的多路复用传感器同时进行应力和振动的测量的工作。美国佛蒙特州威努斯基河的水力发电厂就是应用的这种光纤光栅传感器。对发电设备进行首次低功耗测试监测时，监测到了一个异常频率，这表明，传动系中的某个主要齿轮失圆了。
光纤光栅应用于中国，哈尔滨理工大学的桥梁监测工作的情况报告表明，光纤光栅传感器被装在10座以上的桥梁上以监测应变、应力和温度。例如，中国天津的永和大桥上就安装了40个光纤光栅应变传感器、10个光纤光栅温度传感器，以及96个光纤光栅电缆传感器用于对主梁的应变、预应力钢筋和钢索的应力的监测。同时一种结构安全检测系统用于监测第一座横跨中国长江的斜拉桥，并成功运行光栅光纤超载车辆识别系统和远程实时钢索应力监测系统。
准分布式光栅光纤传感器嵌入岩石锚栓以监控固定锚固长度内岩石的应变。为了提高德国埃德尔大坝的稳定性，对大坝进行了垂直锚固。这种准分布光栅光纤传感器的制作过程是沿著光纤每隔一段距离就插入纤维拼接，使每一段都可充当应变计。配有光纤光栅传感器的杆被放置在锚的中心。光纤光栅传感器的数据表明，10m固定锚索长度中只有2-2.5m可以起作用并且这个值随水位变化而变化。传感系统在锚力为4500 kN的环境中仍然有效。
光纤监测系统也可用于极端暴露条件下的土木结构。例如，码头大厅的光纤光栅安全监控系统。该系统位于浪花区和潮汐区，并受从冬天-35◦C到夏天+ 35◦C温度的影响。令人遗憾的是，光纤光栅传感器的实用性并不高。传感器嵌入后的一年，17个传感器中的10个已经无法运作。传感器失效的主要原因是连接器失效。制造缺陷、盐晶体或其他污物导致了粘接剂连接器无法继续粘合连接器外皮和光纤电缆。
一般土木建筑的应用：将光纤光栅传感器安装在一个五层65000平方英尺的混凝土结构上，主要用于施工阶段应力监测、混凝土养护以及内部裂缝传感。使用布里渊分布式光纤光栅传感器对一幢建筑进行温度分布监测。将1400米的光导纤维安装在建筑物的表面。其表面的温度变化一天之内通常维持在4◦C。
图2：试件底部光纤的“交错”布置
2.2 缺陷检测
光纤传感器用于土木工程的结构安全监测涉及对诸如裂缝、腐蚀和剥离等缺陷的检测。裂缝检测的依据是光传输的损失和以光纤传感器为基础的超声波。腐蚀、酸碱值和氯化物含量的检测则主要借助调色法实现。
使用光纤监控混凝土的裂纹尖端的形状。其操作方法依据的原理是当纤维发生断裂，混凝土中会出现裂缝并且裂缝程度会扩大，最终会影响光学纤维。然而,这个方法的适用范围是有限的,因为裂缝区域纤维的聚合物涂层必须在混入混凝土中之前被移去，如果不能提前获悉裂纹的位置则很难做到。
监测混凝土梁弯曲裂缝的方法：将光学纤维“交错”置于混凝土梁底部(参见图2)。当建筑结构中出现裂缝，除了90度以外，其他角度的交叉光学纤维都出现了弯曲。对混凝土标本的初步实验结果显示，该方法能检测到裂缝宽度小于0.1mm的裂缝。最近,此方法被用来监视静态加载下的多重弯曲裂缝、循环荷载下的裂缝和混凝土梁中应力作用下的收缩裂缝。然而,这种方法并不适用于检测平行于建筑物表面的裂缝。还有一种基于光纤传感器的技术，可以用来监测平行于建筑物表面的剥离情况。这个方法将单频激光干涉仪置于物体表面，对被测试梁进行移动负载实验。干涉仪的输出代表了光学相移，且沿嵌入纤维和综合应力成正比，当加载位置移动时，便可测得位移的曲线与负载的位置。实验发现，位移与剥离位置和剥离程度密切相关。
光纤传感器也可以被当作超声波/声学传感器来检测裂缝。利用分布式光纤传感定位系统监测混凝土梁中的缺陷的方法，通过压电陶瓷传感器生成压力波。光纤传感器被置于梁的表面以监测超声信号回声。初步实验研究表明，基于共振法，发现梁中有两处模拟缺陷。
光纤传感声学传感器可以监听到混凝土结构裂缝中发射出的声音信号。实验表明，光纤光栅传感器已经能够接收到超声波。
总的来说，这一领域的主要研究成果都是源于初步实验。提出的方法要求预先了解裂纹的位置。超声波方法不受裂纹方向的影响。以往的研究表明了超声波能够检测混凝土结构中的剥离、空隙及裂纹现象。
关于腐蚀检测，报告表明使用光纤传感器的钢筋腐蚀检测技术是以颜色调制为基础。当纤维极度接近（
光纤氯化物感应器用铬酸银粉末固定在光纤末端。在氯化物把红褐色的铬酸银转变成白色的氯化物的情况下适合使用这种感应器。颜色的变化增强了扩散在纤维中的光的强度。试验结果显示了氯化物浓度与光输出斜率及时间曲线图成比例。然而这种传感器的缺点在于其并不是一种双向传感器，因此很难检测不断增加或减少的氯化物浓度。
分布式湿度和酸碱度检测方法使用了表面贴装了凝胶聚合物涂层和光纤的电缆。由于凝胶吸附水在水介质中膨胀，所以需要调制光纤维的损失。系统是在模拟实验中测试的，目的是为了检验灌入后张混凝土结构钢管道中的水泥浆的范围。试验可以确定出无水的空心区域。这种类型的传感器通过选择恰当的凝胶系统作为响应酸碱度变化的指示剂，能检测出水泥浆酸碱度降低的区域。酸碱度的降低可能会造成钢的腐蚀。光线传感器系统用于测量混凝土中的酸碱度，这里的混凝土是指含有固定在高亲水聚合物基质上的酸碱指示剂染料。酸碱度的变化由染料/聚合物系统的颜色变化来表示。即使在酸碱度12-13的腐蚀介质中，这种传感器系统也表现出了稳定性。
2.3 光纤传感器总结
与局部的准分布式（或多路复接）及分布式传感器一样，光纤传感器在实验室及实地测试中都有传感能力。光纤传感器在土木工程结构中的各种应用，如检测应力、位移、震动、裂缝、腐蚀和氯离子浓度等都已得到开发。尤其是对桥梁、水电站项目及一些民用建筑的实地测试都证明了它的有效性。光纤传感器可以在恶劣的自然环境中使用，有着较大的传感范围及较低的传感损耗，并且具备抗电磁干扰功能，所以在土木工程结构的结构安全监测方面很有优势。但是，因为土木工程结构中所用的光纤传感器的研究都是比较近期的，最早的报告始于1989年，所以在现场实验条件下是否会因老化影响长期感应能力有待进一步研究。光纤传感器在一些结构中比较脆弱，而且一旦嵌入到混凝土中，若有损坏就会难以修复。使用光纤传感器检测缺陷及损坏的现场试验还未经过充分的研究和记录。
3. 压电传感器
根据电气到机械的改革，压电材料展示了其同步传动装置/传感器的性能。压电材料有很多不同种类，包括压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料。最近，作为一个基于测量电抗阻和弹性波的主动传感技术，压电传感器被引入到土木工程结构的结构安全监测中。
3.1电抗阻的结构安全监测方法
当工程结构上的压电陶瓷片由一个固定不变的交变电场驱动时，压电陶瓷片与其连接的结构中会产生微小的变形。由于激振频率很高，所以只在非常接近传感器的局部区域出现结构的动态响应。局部区域对机械振动的响应以电气响应的形式转回压电陶瓷片。因此，可以通过测量压电陶瓷感应器的电抗阻来直接检测结构损伤。
通过使用压电陶瓷片在钢筋混凝土（RC）桥样品上进行以抗阻为基础的安全监测及损伤检测。在桥的关键位置上装有11个压电陶瓷片。在装入过程中扫描陶瓷片，以获得不同阶段的阻抗数据。结果显示表面贴装的压电陶瓷片对其附近混凝土中裂纹的形成很敏感，但对那些离远一点的混凝土中裂纹的形成则不敏感。对装有压电陶瓷片传感器的混凝土梁（1000mm×100mm×500mm）执行两套实验测试。电导纳抗实数部分的均方根差（RMSD）随着样件表面或内部损伤面积的增加而增加。一项新方法用于识别测定的导纳特征中的等效结构参数（硬度、质量和阻尼器），经识别的参数用于描述损伤特性。这个方法被用于检测桁架、横梁和混凝土块中的损伤。传统的均方根差相只暗示了很少一部分损伤基质的性质情况，这个方法可更深入地了解损伤机制。测量压电陶瓷片的等效电路参数，如静态柔量、静态电阻、动态电感、动态电阻与动态柔量等，以监测混凝土结构的应力和温度。
3.2弹性波的结构安全监测方法
初步研究，在钢筋上粘有压电陶瓷片的情况下，监测加强筋与混凝土之间的脱粘现象。在执行器上使用了峰值为200V的5峰脉冲超声波，并记录分析了振幅和第一峰值的到达时间。发现接收信号的振幅以线性比例的方式增长至使钢筋从混凝土上脱粘为止。当钢筋是弹性的时，到达时间保持不变，而当钢筋断裂时，到达时间增长。同时使用了压电及超声波分析（PZFlex）软件模拟传感器的反应，以此作为钢筋混凝土结构中的参数，如裂纹宽度、脱粘尺寸及不同钢筋的位置。数值模拟表现出钢筋混凝土结构中的裂纹不会影响传感器的输出。当结构中同时存在脱粘损伤和裂纹时，脱粘损伤控制着输出信号。
通过将压电传感器粘到混凝土砌块表面的方法，可以研究无损检测的可行性。通过在检测样品表面放置不同质量的物品来模拟结构损伤。实验结果表明模拟损伤的尺寸和位置与其转移函数的振幅变化及自然频率的变化密切相关。这些信号中的异常现象是可重复的，而且损伤导致的异象会有明显的性质差异。
损伤主动质询（ADI）技术：以监测修复混凝土与碳纤维复合材料（CFRP）之间的分层现象。如图3所示，将压电陶瓷传感器连在碳纤维复合材料薄片上。横梁尺寸为100×150×900mm,上面设10×25×100mm的凹口用于开始及加快分层过程。这个损伤主动质询系统通过传感器的宽带激发主动质询结构。传感器信号可转化成数字资料，则转移函数、累加平均δ和执行器/传感器的损伤指数就可以计算出来了。图4显示了损伤指数与负载的关系。当负载增加时，区域1中的损伤指数明显增加了，而区域2和区域3中的损伤指数开始分别增至160kN和200kN。从而检测了分层过程。且损伤的定位误差只有0.67%。
图3：粘在混凝土梁上的碳纤维材料上压电陶瓷片的位置
图4：随外加负载的增加，区域1、2、3损伤指数的变化
可根据连续波分析基础上不同的中心频率弹性波能量来计算损伤指数，损伤指数可以准确表示出钢筋混凝土梁中裂纹的产生和扩展。相比基于阻抗的方法，基于弹性波的方法可以检测更大面积的区域。此外，基于弹性波的方法还可利用波传播的更多信息来确定损伤，如转移函数的振幅和相位、频率的变化、振幅和到达时间。这种方法和基于电阻抗的方法都是主动传感方法，但大部分结构安全监测技术都是以依赖被动传感器测量值的被动传感诊断法为基础，从而确定结构条件或环境中的变化。然而，还需要进一步研究以验证其可行性，从而通过结合其他技术，如无线通信、检测损伤位置与严重性算法等来检测混凝土构件和结构中的不同缺陷。
4. 自诊纤维增强复合物
水泥或复合物基质中的自诊（或自监测）纤维增强复合材料包含导电相，如碳纤维和导电粉等。这些复合材料能够监测其自身的张力、损伤及温度。研究表示碳纤维增强水泥可通过其电阻的变化来传感张力和损伤。电阻在从高应力幅直至失效的过程中大大增加了。碳纤维复合材料与碳纤维增强水泥有类似的特性。将具有张力的碳纤维增强水泥的电阻变化分成三个阶段：可逆传感阶段、平衡阶段（电阻在这个阶段几乎不发生变化）及快速增长阶段，这三个阶段与加载过程中碳纤维增强水泥中裂纹扩展的不同阶段相对应。
迄今为止，只有一些小规模的实验室研究了碳纤维增强水泥和碳纤维复合材料。将碳纤维增强水泥涂层应用到受弯水泥浆梁的受拉和受压侧面上。在循环加载和卸载条件下，每个循环的受压面上的涂层电阻出现可逆性降低，而在除第一循环的其他循环的受拉面上的电阻出现可逆性增长。由此可以看出，碳纤维增强水泥张力传感涂层可用于水泥结构的安全监测中。碳纤维增强水泥-加强钢筋混凝土梁的极限载荷与硬度略大于原始状态钢筋水混凝土梁的极限载荷与硬度。通过对电阻变化的测量，有较厚碳纤维增强水泥层的钢筋混凝土梁对应力损伤和疲劳损伤的敏感度更高。还将含有短碳纤维的碳纤维复合材料涂层应用到砂浆试块上，以此测量出张力。研究发现，超过了这些极限值，就会导致涂层内损伤。因此，可以很明显看出，碳纤维复合材料涂层不能满足实际应用的需要，不能够在现实生活中监测水泥结构的性能。
碳纤维玻璃纤维增强型复合材料（CFGFRP）被设计用作一种极限伸长值较小的导电碳纤维与极限伸长值较大的中空玻璃纤维的混合物。在拉伸加载过程中，电阻会出现显著的变化，这表明碳丝束失效。于是，因载荷受剩余的高伸长率玻璃纤维的维持， CFGFRP不会突然断裂。因此CFGFRP有可能具有自诊功能，而不会出现突发的失效。可预先报警构件的灾难性故障，并通过使用具有不同极限伸长值的碳纤维来监测高张力值。CFGFRP已被用于安全系统，放置在具有发现和阻止盗窃功能的安全墙上。
使用自诊纤维增强复合物为传感器的结构安全监测技术是一项简单的技术。这类智能材料的最明显的优势之一是它们既可以作为结构材料又可作为传感材料。碳纤维复合材料与玻璃纤维增强塑料可被用作水泥的加固元素。与素混凝土相比，含有少量短纤维的碳纤维增强水泥具有较高的硬度和抗张强度以及较少的干燥收缩。实验研究表明了这些纤维能够监测自身的张力、损伤及温度。与碳纤维玻璃纤维增强型复合材料（CFGFRP）相比，散布在玻璃纤维增强型塑料中的碳粉（CPGFRP）和混合碳纤维复合材料（HCFRP）有更好的敏感度。但是，迄今为止还未开发出这种材料在土木工程结构的结构安全监测方面的现场应用。此外，还需要提高自诊纤维增强复合物的传感重复性。有很多因素影响着自诊纤维增强复合物的重复性，包括：（1）导电材料在矩阵中的分布状态；（2）因温度、湿度和横向效应造成的电阻变化；（3）因循环加载过程中传感材料与界面损伤造成的电阻不可逆增长；（4）电阻测量方法与材料的准备。
5. 磁致伸缩传感器
铁磁材料的特性为，当将其放在磁场中时，它们就会出现机械变形，这个现象称为磁致伸缩效应。当材料出现机械变形时，材料的磁感应强度发生变化，这种倒转现象称为倒转的磁致伸缩效应。根据这些现象，发明了一种磁致伸缩传感器（MsS）,这种传感器可不直接接触材料表面就能产生及检测受验铁磁材料的导波。
用磁致伸缩传感器（MsS）可检测钢管混凝土结构的内部空隙与夹杂物。这表明极致伸缩传感器可以产生传播于钢管内的不同导波模式，并且这些导波对管内的缺陷很敏感。接收波振幅随着缺陷与夹杂物的增多而降低。为克服磁致伸缩传感器（MsS）的主要缺点，即只传送相对较低的超声波能量，研发了一个结合了压电陶瓷和磁致伸缩传感器的混合方法。这种方法对钢筋水泥界面的检测很有效。根据逆向磁致伸缩效应测量了钢丝绳的应力。磁致伸缩传感器（MsS）的精度小于3%，但温度的干扰会影响精确度。温度的两个极端值即10℃和50℃之间的差为6%。使用离散小波变换从磁致伸缩传感器检测出的信号中提取了对损伤敏感的特征，从而构成一个多维的损伤指数向量。然后将损伤指数向量提供给人工神经网络，以便对多股线的缺口尺寸及缺口位置进行自动分类。
6. 结束语
智能材料/传感器在土木工程结构的结构安全监测方面蕴藏着巨大潜力。其中一些当前已经实际应用，而其他的还在实验室中进行评估。光纤传感器是土木工程的结构安全监测应用的多功能传感器。光纤传感器在土木工程结构中的不同应用，如应力、位移、震动、裂纹、腐蚀和氯离子浓度的检测作用都已被开发出来。光纤传感器可以在恶劣的自然条件下正常工作，具有较大的传感范围，较低的传输损耗，抗电磁干扰和分布式传感的功能。但是，在现场实验条件下的光纤传感器是否会因老化影响长期传感能力还未完全确定，需进一步研究。而且光纤传感器在一些结构中比较脆弱，一旦嵌入到混凝土中，若有损坏就会难以修复。
基于电阻抗和弹性波方法，压电传感器可被用作土木工程结构的结构安全监测中一项主动传感技术。抗阻方法取决于自感知执行器概念，也是一种定性方法。以弹性波为基础的方法可以检测出更大面积的损伤，而且这种方法还可以利用波传播引起的附加信息来确定损伤。
自诊纤维加强复合物也可作为传感器，并且为土木工程结构的结构安全监测提供了一种非常简单的技术。这类智能材料的最明显的优势之一是它们既可以作为结构材料又可以作为传感材料。
磁致伸缩传感器（MsS）仅仅通过改变线圈或磁铁形状就可以产生不同的导波模式。这种传感器可以不使用任何的耦合剂就能工作。导波因其能够进行远距离检测，所以有着很大的监测潜力。但是，磁致伸缩传感器只适用于铁磁材料，只能传送低信噪比的较低超声波能量。
结构安全监测系统必须具有监测损伤的位置及严重程度的综合能力。但是，迄今为止许多在土木工程的结构安全监测中使用的智能传感器/智能材料的应用研究都涉及智能传感器的传感能力。换言之，用传感器的数据就可以直接监测出结构中的一些损伤。而另一些损伤只能通过特殊的诊断方法间接检测出来。重要的土木工程结构通常是比较大型的建筑。所以，要装备很多传感器来检测结构的安全状况。实际土木工程的结构安全监测很大程度上取决于诊断算法。因此，土木工程的真正的结构安全监测系统是集智能传感器/智能材料、数据传输和高级诊断方法为一体的。
参考文献
[1] K. P. Chong, 《土木结构的安全监测》，智能材料和结构杂志，第9卷，编号11，页码892–898， 1999。.
[2] F. K. Chang, 《结构安全监测：第一次结构安全监测国际研讨会总结报告》，第二次结构安全监测研讨会会议纪要， F. K. Chang编制，页码3–11，达亚顾问出版公司，兰开斯特，英国，1997.7.
[3] B. Culshaw an和 J. Dakin, Eds.，《光纤传感器的应用、分析与未来趋势》，第4卷，阿泰奇出版社，伦敦，英国，1996。
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