3.3.2傳感元件（Sensor）研究
另外一項重要研究內(nèi)容就是傳感元件。感覺是智能土木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)耦合材料）來采集各種信息，經(jīng)過處理分析，才可實現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動等智能控制功能。有鑒于此，應(yīng)對傳感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸細微，不影響結(jié)構(gòu)外形；
2）與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，對原結(jié)構(gòu)材料強度影響很?。?BR> 3）性能穩(wěn)定可靠，耐久性好，與基體結(jié)構(gòu)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(yīng)范圍要寬；
6）能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設(shè)備兼容；
7）抗外界干擾能力強；
8）能在結(jié)構(gòu)的使用溫度及濕度范圍內(nèi)正常工作。
可列入研究范圍的元件有：光導(dǎo)纖維，壓電陶瓷，電阻應(yīng)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(jié)構(gòu)的最終目標是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制，而控制是由作動材料實現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)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(jié)構(gòu)的作動件。可以通過控制非機械量的變化來獲取結(jié)構(gòu)特性（形狀、剛度、位置、應(yīng)力應(yīng)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(jié)構(gòu)耦合良好，結(jié)合強度高；
2）作動元件本身的靜強度和疲勞強度高；
3）驅(qū)動方法簡單安全，對基體結(jié)構(gòu)無影響，激勵能量??；
4）激勵后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制，反復(fù)激勵下性能穩(wěn)定；
5）頻率響應(yīng)范圍寬，響應(yīng)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(guān)作動元件的研究正在一些領(lǐng)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(jié)構(gòu)信息處理
智能土木結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)具有智能功能。其信息流動可如下圖所示：
由此可見，應(yīng)首先對數(shù)據(jù)采集予以研究。這包括各種傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)實驗裝置，實現(xiàn)了單片機應(yīng)變儀與微機在線通訊的硬件組建及計算機數(shù)據(jù)接受軟件的開發(fā)，初步的結(jié)果表明，建立土木結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測是完全可以做得到的。
其次，應(yīng)著重研究輸入到計算機中的數(shù)據(jù)的智能化處理算法，以及相應(yīng)軟件的開發(fā)。算法的核心目標應(yīng)為對結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學、物理場的全面計算。在此，應(yīng)注意算法的快速性，避免因算法過于復(fù)雜而失去了智能結(jié)構(gòu)的機敏、實時特性[9].
接著，應(yīng)對結(jié)構(gòu)的健康診斷及安全評定方法予以研究。包括結(jié)構(gòu)的數(shù)學建模，參數(shù)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(yīng)用。
最后需要研究的是結(jié)構(gòu)控制機理、結(jié)構(gòu)局部損傷修復(fù)方法、結(jié)構(gòu)振動控制機理等問題。
4.結(jié)論及研究建議
智能土木結(jié)構(gòu)是材料科學、計算機科學、自動控制技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。它涉及到結(jié)構(gòu)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(shù)、信息通訊、人工智能等眾多領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)。正如建筑業(yè)是國民經(jīng)濟各部門原動力一樣，智能土木結(jié)構(gòu)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(lǐng)域而言也具有重要的意義，它的研發(fā)及實現(xiàn)必將進一步帶動其它高科技領(lǐng)域的進一步提高，是土木工程界的知識經(jīng)濟。毋須置言，對它的研究工作應(yīng)首先要求結(jié)構(gòu)工程師投入極大的努力，更新觀念，注意吸取其它領(lǐng)域的思想，成為智能土木結(jié)構(gòu)研究的主體，同時還需結(jié)構(gòu)工程師同相關(guān)領(lǐng)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(nèi)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(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，建議以嵌入式智能結(jié)構(gòu)的研究為重點。這樣做的好處在于能限度地利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)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(jīng)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(xiàn)有土木結(jié)構(gòu)實驗的裝置和方法。
2）對嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)，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(wù)，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(jié)構(gòu)有全面及時的了解，才能為其后的信息流動打下基礎(chǔ)。這就需要對復(fù)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(lǐng)域，可以將智能結(jié)構(gòu)體系納入業(yè)已實現(xiàn)的智能建筑大系統(tǒng)中，使建筑從3A變?yōu)?A，即建筑設(shè)備自動化、辦公自動化、通訊自動化及本文論述的建筑結(jié)構(gòu)自動化（智能土木結(jié)構(gòu)）、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(xiàn)建筑物的全面擬智能生命化。
另外一項重要研究內(nèi)容就是傳感元件。感覺是智能土木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)耦合材料）來采集各種信息，經(jīng)過處理分析，才可實現(xiàn)自診斷、自驅(qū)動等智能控制功能。有鑒于此，應(yīng)對傳感元件提出一些特殊要求如下：
1）尺寸細微，不影響結(jié)構(gòu)外形；
2）與基體結(jié)構(gòu)耦合良好，對原結(jié)構(gòu)材料強度影響很?。?BR> 3）性能穩(wěn)定可靠，耐久性好，與基體結(jié)構(gòu)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(yīng)范圍要寬；
6）能與結(jié)構(gòu)上其它電氣設(shè)備兼容；
7）抗外界干擾能力強；
8）能在結(jié)構(gòu)的使用溫度及濕度范圍內(nèi)正常工作。
可列入研究范圍的元件有：光導(dǎo)纖維，壓電陶瓷，電阻應(yīng)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(jié)構(gòu)的最終目標是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的智能控制，而控制是由作動材料實現(xiàn)的。利用某些存在物理耦合現(xiàn)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(jié)構(gòu)的作動件。可以通過控制非機械量的變化來獲取結(jié)構(gòu)特性（形狀、剛度、位置、應(yīng)力應(yīng)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(jié)構(gòu)耦合良好，結(jié)合強度高；
2）作動元件本身的靜強度和疲勞強度高；
3）驅(qū)動方法簡單安全，對基體結(jié)構(gòu)無影響，激勵能量??；
4）激勵后能產(chǎn)生高效穩(wěn)定的控制，反復(fù)激勵下性能穩(wěn)定；
5）頻率響應(yīng)范圍寬，響應(yīng)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(guān)作動元件的研究正在一些領(lǐng)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(jié)構(gòu)信息處理
智能土木結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)具有智能功能。其信息流動可如下圖所示：
由此可見，應(yīng)首先對數(shù)據(jù)采集予以研究。這包括各種傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)實驗裝置，實現(xiàn)了單片機應(yīng)變儀與微機在線通訊的硬件組建及計算機數(shù)據(jù)接受軟件的開發(fā)，初步的結(jié)果表明，建立土木結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測是完全可以做得到的。
其次，應(yīng)著重研究輸入到計算機中的數(shù)據(jù)的智能化處理算法，以及相應(yīng)軟件的開發(fā)。算法的核心目標應(yīng)為對結(jié)構(gòu)內(nèi)部力學、物理場的全面計算。在此，應(yīng)注意算法的快速性，避免因算法過于復(fù)雜而失去了智能結(jié)構(gòu)的機敏、實時特性[9].
接著，應(yīng)對結(jié)構(gòu)的健康診斷及安全評定方法予以研究。包括結(jié)構(gòu)的數(shù)學建模，參數(shù)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(yīng)用。
最后需要研究的是結(jié)構(gòu)控制機理、結(jié)構(gòu)局部損傷修復(fù)方法、結(jié)構(gòu)振動控制機理等問題。
4.結(jié)論及研究建議
智能土木結(jié)構(gòu)是材料科學、計算機科學、自動控制技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。它涉及到結(jié)構(gòu)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(shù)、信息通訊、人工智能等眾多領(lǐng)域內(nèi)的前沿技術(shù)。正如建筑業(yè)是國民經(jīng)濟各部門原動力一樣，智能土木結(jié)構(gòu)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(lǐng)域而言也具有重要的意義，它的研發(fā)及實現(xiàn)必將進一步帶動其它高科技領(lǐng)域的進一步提高，是土木工程界的知識經(jīng)濟。毋須置言，對它的研究工作應(yīng)首先要求結(jié)構(gòu)工程師投入極大的努力，更新觀念，注意吸取其它領(lǐng)域的思想，成為智能土木結(jié)構(gòu)研究的主體，同時還需結(jié)構(gòu)工程師同相關(guān)領(lǐng)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(nèi)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(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，建議以嵌入式智能結(jié)構(gòu)的研究為重點。這樣做的好處在于能限度地利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)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(jīng)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(xiàn)有土木結(jié)構(gòu)實驗的裝置和方法。
2）對嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)，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(wù)，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(jié)構(gòu)有全面及時的了解，才能為其后的信息流動打下基礎(chǔ)。這就需要對復(fù)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(lǐng)域，可以將智能結(jié)構(gòu)體系納入業(yè)已實現(xiàn)的智能建筑大系統(tǒng)中，使建筑從3A變?yōu)?A，即建筑設(shè)備自動化、辦公自動化、通訊自動化及本文論述的建筑結(jié)構(gòu)自動化（智能土木結(jié)構(gòu)）、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(xiàn)建筑物的全面擬智能生命化。