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(tǒng)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(wěn)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?？梢酝ㄟ^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(tài)、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??；
4）激勵后能產生高效穩(wěn)定的控制，反復激勵下性能穩(wěn)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(huán)境、結構、傳感器、信息處理中樞及作動系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)，初步的結果表明，建立土木結構在線監(jiān)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(fā)。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(fā)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(yè)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(fā)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(fā)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(yè)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(tǒng)工程。
在具體的研究中，提出了幾點建議，謹供業(yè)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(tǒng)與未來的連續(xù)。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(jiān)測傳感系統(tǒng)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。
3）對于房建領域，可以將智能結構體系納入業(yè)已實現的智能建筑大系統(tǒng)中，使建筑從3A變?yōu)?A，即建筑設備自動化、辦公自動化、通訊自動化及本文論述的建筑結構自動化（智能土木結構）、四個系統(tǒng)共用一個綜合布線系統(tǒng)及中央監(jiān)控中樞，從而實現建筑物的全面擬智能生命化。
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(tǒng)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(wěn)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?？梢酝ㄟ^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(tài)、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??；
4）激勵后能產生高效穩(wěn)定的控制，反復激勵下性能穩(wěn)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(huán)境、結構、傳感器、信息處理中樞及作動系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)，初步的結果表明，建立土木結構在線監(jiān)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(fā)。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(fā)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(yè)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(fā)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(fā)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(yè)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(tǒng)工程。
在具體的研究中，提出了幾點建議，謹供業(yè)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(tǒng)與未來的連續(xù)。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(jiān)測傳感系統(tǒng)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。
3）對于房建領域，可以將智能結構體系納入業(yè)已實現的智能建筑大系統(tǒng)中，使建筑從3A變?yōu)?A，即建筑設備自動化、辦公自動化、通訊自動化及本文論述的建筑結構自動化（智能土木結構）、四個系統(tǒng)共用一個綜合布線系統(tǒng)及中央監(jiān)控中樞，從而實現建筑物的全面擬智能生命化。