أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا الدرس، سوف تكون قادرًا على؛
- تعريف الهندسة المدنية
- وصف تاريخ الهندسة المدنية
- اشرح التخصصات الفرعية للهندسة المدنية
- اشرح وظائف الهندسة المدنية
- اشرح فوائد الهندسة المدنية
- أحدث التطورات في الهندسة المدنية
تشير الهندسة المدنية إلى نوع من الهندسة يتعامل مع تصميم وبناء وصيانة البيئة المادية والطبيعية. وهي تشمل الأعمال العامة مثل الجسور والطرق والقنوات والمطارات والسدود والسكك الحديدية وأنظمة الصرف الصحي.
الهندسة المدنية هي ثاني أقدم تخصص هندسي بعد الهندسة العسكرية. وهي تنقسم تقليديًا إلى عدة تخصصات فرعية. ويمكن أن تتم الهندسة المدنية في القطاعين العام والخاص.
تاريخ الهندسة المدنية
يرتبط تاريخ الهندسة المدنية بالمعرفة في مجالات مثل الهياكل والجغرافيا وعلوم المواد والجيولوجيا وعلم المياه والتربة والميكانيكا وعلوم البيئة وإدارة المشاريع.
على مدار التاريخ القديم والعصور الوسطى، كان أغلب البناء والتصميم المعماري يتم بواسطة حرفيين مثل النجارين وبنائين الحجارة. وكانت البنية الأساسية الموجودة محدودة ومتكررة في التصميم.
من الأمثلة المبكرة للنهج العلمي في التعامل مع المشكلات الفيزيائية والرياضية التي يمكن تطبيقها على الهندسة المدنية أعمال أرخميدس في القرن الثالث قبل الميلاد. فقد أدت أعماله إلى فهم مفاهيم مثل الطفو والحلول العملية مثل لولب أرخميدس.
بدأت أقدم ممارسات الهندسة المدنية في وادي السند في مصر، وبلاد ما بين النهرين في العراق القديم. وقد حدث ذلك بين عامي 4000 و2000 قبل الميلاد. وقد تأثر تطور الهندسة المدنية خلال هذه الفترة بشكل أساسي بتخلي الناس عن الحياة البدوية. وقد أدى هذا إلى الحاجة إلى بناء المزيد من الملاجئ. كما زادت الحاجة إلى وسائل النقل خلال هذه الفترة مما أدى إلى اختراع العجلة والإبحار.
وتشمل الأمثلة التاريخية الأخرى للإنشاءات الهندسية المدنية ما يلي؛
- الأهرامات في مصر (2700- 2500 ق.م)
- نظام إدارة مياه القناة
- البارثينون في اليونان القديمة (447- 438 قبل الميلاد)
- الطريقة الأبيانية التي بناها المهندسون الرومان (312 قبل الميلاد)، و
- سور الصين العظيم (220 ق.م).
التخصصات الفرعية للهندسة المدنية
تشمل التخصصات الفرعية للهندسة المدنية ما يلي؛
- الهندسة الإنشائية. تهتم بتصميم وتحليل الهياكل مثل الجسور والمباني والقنوات. وهي تتضمن تحديد الأحمال المؤثرة على الهيكل والقوى والإجهادات الناتجة عن الحمل. بعد هذا التحليل، يقوم المهندسون بعد ذلك بتصميم هيكل قادر على دعم هذه الأحمال ومقاومتها بنجاح. تشمل هذه الأحمال؛ الوزن الذاتي للهيكل، وحمل العجلات المتحركة، وحمل الزلازل، والحمل الناتج عن التغيرات في درجات الحرارة. يجب على المهندسين الإنشائيين تصميم هياكل فعالة وآمنة للاستخدام. تشمل اعتبارات التصميم للمهندسين؛ الاستقرار والقوة والصلابة.
- هندسة البناء. وهي تشمل تخطيط وتنفيذ مشاريع البناء. وهي تتعامل مع أنشطة مثل نقل جميع مواد البناء وتطوير الموقع بناءً على التصميم الذي تم إنشاؤه بواسطة أشكال أخرى من الهندسة المدنية مثل الهندسة الإنشائية. وتشمل بعض مهام مهندسي البناء؛ تقييم العمليات اللوجستية، ومراقبة أسعار الإمدادات، وصياغة ومراجعة العقود.
- الهندسة البيئية. وهي تشمل أنشطة مثل معالجة النفايات (النفايات الحرارية والبيولوجية والكيميائية)، وتنقية الهواء والماء، وإصلاح المواقع الملوثة. كما يتولى المهندسون البيئيون دور تجميع المعلومات حول العواقب البيئية للأفعال البشرية.
- الهندسة الجنائية. وهي تشمل التحقيق في المكونات والمواد والمنتجات والهياكل لتحديد ما إذا كانت تعمل أو تؤدي وظيفتها كما هو مقصود. ويتم ذلك لتجنب إتلاف الممتلكات أو فقدان الأرواح. والغرض الرئيسي منها هو التحقيق في سبب الفشل وتحسينه.
- علم وهندسة المواد. يتضمن دراسة الخصائص الأساسية للمواد مثل الخرسانة والمعادن القوية مثل الفولاذ والألمنيوم. يساعدنا على فهم أفضل المواد التي يمكن استخدامها في أعمال الهندسة المختلفة.
- هندسة النقل. تتضمن إنشاء بيئة يسهل فيها على الأشخاص والبضائع التحرك من مكان إلى آخر بفعالية. يتضمن ذلك تصميم وإنشاء وصيانة البنية الأساسية للنقل مثل أنظمة السكك الحديدية والطرق السريعة والمطارات والقنوات والشوارع.
- هندسة الموارد المائية: وهي تشمل جمع المياه وإدارتها، كما أنها تهتم بنقل وتدفق السوائل، وخاصة المياه، سواء على السطح أو تحت السطح.
- المسح هو عملية قياس أبعاد معينة على سطح الأرض أو بالقرب منه. يساعد المساحون في وضع الطريق للبنى التحتية الأخرى مثل السكك الحديدية والطرق السريعة والشوارع.
وظائف الهندسة المدنية
تنقسم وظائف الهندسة المدنية إلى ثلاث فئات: الوظائف التي يتم تنفيذها قبل البناء، والوظائف التي يتم تنفيذها أثناء البناء، والوظائف التي يتم تنفيذها بعد البناء.
1. تشمل وظائف الهندسة المدنية التي يتم إجراؤها قبل البناء ما يلي:
- دراسات الجدوى. وهي دراسة موسعة لهدف البناء والبدائل المتاحة للمشروع. على سبيل المثال، قد تحدد دراسات الجدوى ما إذا كان من المناسب بناء جسر أو نفق. وأثناء إجراء هذه الدراسة، يجب مراعاة المشكلات الاقتصادية والهندسية.
- تحقيقات الموقع. وهي مشابهة لدراسات الجدوى ولكنها أكثر شمولاً. وتشمل دراسة ميكانيكا التربة لضمان سلامة الهياكل.
- التصميم. هذا هو تطبيق نظرية التصميم من مجالات مثل الديناميكا الحرارية والهيدروليكا والفيزياء النووية لتصميم الأنظمة. كما يتضمن البحث في التكنولوجيا والتحليل البنيوي للمواد للتوصل إلى تصميمات متقدمة جديدة.
2. البناء. بعد دراسات الجدوى، يتولى المهندس مهمة البناء. وبعد دراسات ما قبل البناء والتصميم، يُطلب من المهندس شراء المواد وتجميع فريق لتنفيذ البناء.
3. الصيانة هي إحدى وظائف الهندسة المدنية التي يتم تنفيذها بعد الإنشاء. وهي تتضمن أعمالاً مؤقتة للحفاظ على المبنى في حالة جيدة.
فوائد الهندسة المدنية
- ويعمل على تعزيز النقل من خلال بناء الطرق والسكك الحديدية والقنوات والجسور.
- ويعمل على تعزيز تطوير الطاقة من خلال دعم الأنشطة مثل استخراج الفحم والنفط، والطاقة الكهرومائية، وتوليد الطاقة الشمسية.
- ويعمل على تعزيز الصحة العامة من خلال تحسين التخلص من النفايات.
- ويعمل على تعزيز قطاعات مختلفة من الاقتصاد مثل الزراعة من خلال تطوير أنظمة الري.
أحدث التطورات في الهندسة المدنية
- نمذجة معلومات البناء (BIM): تعمل BIM على تعزيز التعاون والتصور في المشروع، ودمج البيانات في الوقت الفعلي حول المواد والجداول الزمنية والتكاليف، مما يجعل البناء أكثر كفاءة ويقلل الأخطاء
- المواد المستدامة: يتزايد استخدام المواد الصديقة للبيئة مثل الخرسانة ذاتية الشفاء والموارد المعاد تدويرها والعزل الحيوي، بهدف تقليل التأثير البيئي وتحسين كفاءة الطاقة
- الطباعة ثلاثية الأبعاد: تعمل الطباعة الخرسانية ثلاثية الأبعاد على تسريع عملية البناء، مما يسمح بإنشاء هياكل دقيقة ومعقدة مع الحد الأدنى من النفايات وتكاليف العمالة المخفضة
- البنية التحتية الذكية: تعمل تقنية إنترنت الأشياء في البنية التحتية (على سبيل المثال، الطرق الذكية، والجسور ذاتية المراقبة) على إنشاء مدن أكثر ذكاءً واستجابةً لإدارة الموارد بكفاءة وتعزيز الحياة الحضرية
- الروبوتات والأتمتة: تُستخدم الروبوتات بشكل متزايد في مهام مثل البناء بالطوب، ومناولة المواد، ومراقبة الموقع، مما يعزز الإنتاجية والسلامة مع معالجة نقص العمالة
- البناء خارج الموقع: أصبحت طرق البناء المسبق والبناء المعياري أكثر شيوعًا لسرعتها ومراقبة الجودة وتقليل التأثير البيئي من خلال تقليل النفايات في الموقع
