大数据技术在土木工程中的应用分析

王欢欢

（太原学院建筑与环境工程系 山西 太原 030032）

0 引言

自古以来，传统数据处理技术广泛应用于建筑业，随着互联网时代的发展，大数据技术也进入了生活，很多企业逐渐开始通过信息管理来处理庞大复杂的企业数据。传统数据处理技术广泛应用于建筑业，土木建筑工程涉及的数据信息更加广泛复杂，且数据信息量较多，利用大数据技术可以使土木工程的设计与施工更加合理化，提高土木建筑工程的建设效率，因此，在土木工程的发展中，必须深化大数据技术的应用，利用大数据技术提高土木工程的整体信息处理效率[1]。

1 大数据技术概述

大数据是指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据技术在数据采集、管理、分析与处理方面的效率远超出传统的数据采集软件，具有数量大、结构多样、应用价值高与数据流转速度快4个特点。大数据技术包含了大数据指数体系、平台等相关应用技术，是一种从海量数据信息中挖掘出行为规律、商业价值等信息的技术手段，其处理流程包含了数据捕获、安全风险管控、存储以及处理等流程，具体见图1所示，大数据技术是通过数据的跟踪与捕捉发现其内在的联系，预测某事物在下一阶段的状态和行为，从海量数据中挖掘有效数据的潜在价值，使其发挥出最大的作用[2]。大数据技术的价值不在于掌握大量数据，而是于对大量数据的专业分析与处理，而土木建筑工程涉及到许多领域的数据非常庞大复杂，以往的数据处理方法不能有效地处理这些数据，而大数据技术的高效与快速解决了土木工程数据处理的问题，使土木工程数据挖掘出更多的潜在价值[3]。

2 大数据技术在土木工程中应用策略

2.1 应用于建筑能耗问题分析中

在土木工程建设中，建筑物的能耗分析是非常重要的，影响建筑能耗的因素包括建筑物内部结构的光照，热交换等，利用大数据技术可以有效地挖掘土木工程相关数据值，对建筑物占用情况进行明确分析，辅助分析建筑物能耗。利用大数据技术构建的建筑能耗监测系统体系结构如图2所示[4]。

此外，首先我们可以通过传感器来捕捉相关数据信息，对某办公楼其中的15个办公室在2020年4月—9月间每隔30分钟收集的占用数据进行分析，在此数据基础上进行归纳分类，获得相关建筑占用时间表，并将其分成几个工作模型输入数据软件，然后对这15个办公室平均每天的不同设备的能源消耗逐个进行分析研究（见表1），通过分析结果提出相应的节能方案，将其引入工程设计中。另外，电力数据也是土木建筑工程能耗分析中一种重要的大数据，传统的数据分析方法难以完成对其的收集分析，利用大数据技术可以定期收集建筑空间样本的大量耗电装置，进而获得大量耗电数据信息，运用大数据处理技术对这些数据进行关联分析与特征分析，了解不同用电设备的数据，并进行统计，最终得出总体用电规律，也可以预测建筑后期的用电量，更准确地掌握能耗情况[5]。

表1 设备耗电平均每天历史数据 单位：度

2.2 应用大数据技术对建筑破坏进行检测

大数据技术对建筑破坏进行检测主要是通过无人机来实现的，利用无人机可以在短时间内对建筑物周围拍摄成千上万张图像，为了使建筑物受损后的救援评估更加准确，必须提高这些图像处理分析的速度。在采集建筑物表面裂缝的图像时，无人机应沿着图3中实箭线标出的路线飞行，在图像采集任务中，无人机的摄像机应与建筑物外立面保持垂直，距离保持不变。例如地震或者其他自然灾害对建筑物造成破坏时，利用无人机对建筑破坏情况快速捕捉转化为图像信息，使用大数据技术对图像信息进行快速分析处理，从而可以准确地获得检测结果。研究人员提出可以利用并行计算方法对建筑物受损前以及受损后的图像进行对比分析，以加快建筑物受损的3D检测，在此过程中，主要是对地震前的坐标、海拔、区域范围等进行坐标转化和高程提取，生成地震前的建筑物模拟图像，同时对地震后利用无人机获取的图像进行连接测点、摄像机标定、准直线图像生成、半全局匹配、密集匹配等处理，生成地震后的数字地面模型，然后计算地震前后数字地面模型的差值，得到建筑物震害的三维检测结果。将该并行计算方法应用于2013年雅安地震地震后建筑物震害的三维检测，其检测速度比传统的检测分析方法快11倍[6-7]。

2.3 应用大数据技术建造工程造价数据库

土木工程是国家建设的基础，做好土木工程建设有利于推动经济的发展。然而，由于土木工程项目数量庞大，涉及项目多，工程数据管理已成为制约土木工程发展的瓶颈问题。因此，将大数据技术与土木工程管理相结合，是推动工程项目发展，实现智能化工程目标的重要举措。基于大数据技术的工程造价信息化管理系统如图4所示，此外，可以利用大数据技术对工程造价中产生的大量数据和信息资源进行有效收集、统计与分析，使这些数据资源发挥出最有效的价值，实现行业内部的信息共享。现阶段工程造价仍然采用传统的使用工程量清单计算工程造价，而工程量清单是发放给用户的，由于价格是不固定的，会随着市场的变化有所浮动，且同一材料在不同地区的价格也会有所不同，因此必须对工程造价中的材料资源数据进行及时分析，准确有效的工程造价数据可以在部门之间实行共享，工程师与结构设计人员都能便捷地获取使用数据，比如，加气混凝土砌块的造价低于链式混凝土砌块，因此当地工程更倾向于采用加气混凝土砌块。如果工程造价数据库能够反映这种差异，能够识别出当地的施工偏好，不仅可以节约成本，同时可以避免因沟通不到位造成设计出现失误的现象。再例如，北京与天津的二级钢筋已退出市场，若土木工程数据库及时更新，结构设计人员可以利用数据库进行更精确的设计，不再选用二次加固，此外，成本数据库还可以反映同类材料在不同地区的价格差异，反映当地使用材料的类型，促进土木工程的高效建设[8-9]。

2.4 应用于施工设计环节

土木工程的设计方案影响着整个工程的施工整体，将土木工程设计中引入大数据技术，将有助于设计出更高质量、更完美的设计方案，使工程设计人员更好地了解工程规模、成本等信息[10]。此外，可以使用大数据技术收集与处理与土木建筑行业相关的数据信息，将其作为参考数据来优化自身的设计方案。在土木工程项目中，还需注意尽量避免因修改设计方案造成建设成本增加，以确保设计方案的整体可行性。在土木工程设计与施工过程中，有许多细节问题需要注意，如果控制不当，可能会影响建筑物的质量与性能，故要利用大数据技术实时收集土木工程的问题信息，进行分类，找出原因并及时调整，以此来避免施工问题，提高施工质量，保证土木工程的顺利进行[11]。

2.5 应用于减少能源消耗与制作时间

传统的土木工程信息数据的统计与处理都是人工完成的，速度慢且效率低，数据容易出现偏差，处理周期较长。在互联网时代背景下，大数据技术对数据的收集、整合、计算与分析的速度远远超出人工速度，从而缩短数据分析周期，使管理者能快速准确做决策，加快项目的完成，给企业节省大量时间。此外，在土木工程施工过程中，照明、生产设备以及办公设备的使用会增加能源、电力与水资源方面的消耗，若是使用人工对其进行统计和计算，难度相当大，若通过传感器将各种电气设备连接到计算机上，利用大数据技术可以快速计算出相应的能耗，从而有效控制降低能源消耗[12-13]。

3 大数据技术在土木工程中的前景分析

随着土木建筑行业的快速发展，大数据技术也在土木工程中得到了一定程度的应用，通过对当前发展现状分析，对大数据技术的开发应用仍处于初级探索阶段，还有很多潜力有待挖掘，在土木工程建设与发展的过程中，涉及大量的知识和数据，随着社会的进步与科学技术的发展，新的信息技术在土木工程中的应用越来越广泛。大数据技术给土木工程的发展带来机遇的同时，也带来了很多挑战，土木工程的建设也面临着创新与升级，在土木工程中，借助于更多的传感器可以采集、处理和分析更复杂的数据，借助大数据技术，可以更好地把握土木工程发展方向，利用大数据处理技术，可以为土木工程后期施工提供更多的数据，辅助工作人员做好施工与管护工作，在一定程度上降低建设成本，提高整体经济效益[14-15]。

因土木建筑工程行业设计的领域较广，内容较多，很难完全掌握该行业的数据信息，通过结合实践经验，在参考文献和研究的基础上，利用大数据技术，可以更快速方便地查找相关文献，以此来了解熟悉土木工程行业，并通过实验与实践去验证大数据技术应用的可行性。目前，相关专家与研究人员对大数据技术的研究越来越感兴趣，大数据技术的应用也将成为未来土木工程建设与发展的一个重要方向。通过利用大数据技术对土木工程行业相关参考文献的分析、论证与归纳，熟悉土木建筑行业发展的规律并分析现阶段的发展情况，加强大数据在该行业应用的推广力度，包括在隧道、桥梁工程中，要注重工程施工的设计方案，以及后期运作，在研究对象上安装传感器，捕捉与分析在运行过程中获取的数据信息，在整个过程中都要加强大数据技术的应用力度[16]。

4 结语

综上所述，大数据技术在土木工程中扮演着重要角色，其在土木工程中的应用主要体现在5个方面：建筑能耗问题分析、对建筑破坏进行检测、建造工程造价数据库、应用于施工设计环节以及减少能源消耗与制作时间。总之，对土木工程来说，大数据技术的应用是不可或缺的，并且随着信息技术的发展，未来土木工程的数据量必将进一步增加，大数据技术的使用更加关键，因此，为了保证土木工程建设和运营的高效、快速，使数据发挥出其应有的价值，必须要对大数据技术进行深入研究。