اهداف آموزشی
در پایان این درس، باید بتوانید؛
- مهندسی عمران را تعریف کنید
- تاریخچه مهندسی عمران را شرح دهد
- زیرشاخه های مهندسی عمران را توضیح دهید
- وظایف مهندسی عمران را توضیح دهد
- مزایای مهندسی عمران را توضیح دهید
- آخرین پیشرفت در مهندسی عمران
مهندسی عمران به نوعی از مهندسی اطلاق می شود که به طراحی، ساخت و نگهداری محیط فیزیکی و طبیعی می پردازد. این شامل کارهای عمومی مانند پل ها، جاده ها، کانال ها، فرودگاه ها، سدها، راه آهن و سیستم های فاضلاب است.
مهندسی عمران دومین رشته قدیمی مهندسی پس از مهندسی نظامی است. به طور سنتی به چندین زیر رشته تقسیم می شود. مهندسی عمران می تواند هم در بخش دولتی و هم در بخش خصوصی انجام شود.
تاریخچه مهندسی عمران
تاریخچه مهندسی عمران با دانش در زمینه هایی مانند سازه ها، جغرافیا، علم مواد، زمین شناسی، هیدرولوژی، خاک، مکانیک، علوم محیطی و مدیریت پروژه مرتبط است.
در طول تاریخ باستان و قرون وسطی، بیشتر ساخت و سازها و طراحی های معماری توسط صنعتگرانی مانند نجار و سنگ تراش انجام می شد. زیرساختی که وجود داشت محدود و در طراحی تکراری بود.
نمونه اولیه یک رویکرد علمی به مسائل فیزیکی و ریاضی قابل استفاده در مهندسی عمران، کار ارشمیدس در قرن 3 قبل از میلاد است. آثار او درک مفاهیمی مانند شناوری و راه حل های عملی مانند پیچ ارشمیدس را به ارمغان آورد.
قدیمی ترین روش مهندسی عمران در دره سند در مصر و بین النهرین در عراق باستان آغاز شد. این بین 4000 تا 2000 قبل از میلاد اتفاق افتاد. توسعه مهندسی عمران در این دوره عمدتاً تحت تأثیر ترک وجود عشایری توسط مردم بود. این امر نیاز به ساخت پناهگاه های بیشتری را ایجاد کرد. نیاز به حمل و نقل نیز در این دوره افزایش یافت که منجر به اختراع چرخ و همچنین دریانوردی شد.
نمونه های تاریخی دیگر از ساخت و سازهای مهندسی عمران عبارتند از:
- اهرام در مصر (2700-2500 قبل از میلاد)
- سیستم مدیریت آب قنات
- پارتنون در یونان باستان (447-438 قبل از میلاد)
- روش آپین توسط مهندسان رومی (312 قبل از میلاد)، و
- دیوار بزرگ چین (220 قبل از میلاد).
زیر شاخه های مهندسی عمران
زیرشاخه های مهندسی عمران عبارتند از:
- مهندسی سازه. به طراحی و تحلیل سازه هایی مانند پل ها، ساختمان ها و کانال ها می پردازد. این شامل شناسایی بارهای وارد بر سازه و نیروها و تنش های ناشی از بار است. پس از این تحلیل، مهندسان سازهای را طراحی می‌کنند که بتواند با موفقیت این بارها را پشتیبانی و مقاومت کند. این بارها عبارتند از وزن خود سازه، بار چرخ متحرک، بار زلزله و بار ناشی از تغییرات دما. مهندسان سازه باید سازه هایی را طراحی کنند که برای استفاده موثر و ایمن باشند. ملاحظات طراحی برای مهندسان عبارتند از: ثبات، استحکام و سختی.
- مهندسی ساخت و ساز. این شامل برنامه ریزی و اجرای پروژه های ساختمانی است. این با فعالیت هایی مانند حمل و نقل کلیه مصالح ساختمانی و توسعه سایت بر اساس طراحی ایجاد شده توسط سایر اشکال مهندسی عمران مانند مهندسی سازه سروکار دارد. برخی از وظایف مهندسان ساختمان عبارتند از: ارزیابی عملیات لجستیکی، نظارت بر قیمت کالاها و تنظیم و بررسی قراردادها.
- مهندسی محیط زیست. این شامل فعالیت‌هایی مانند تصفیه زباله‌ها (ضایعات حرارتی، بیولوژیکی و شیمیایی)، تصفیه هوا و آب، و اصلاح مکان‌های آلوده است. مهندسان محیط زیست نیز نقش جمع آوری اطلاعات در مورد پیامدهای زیست محیطی اعمال انسان را بر عهده دارند.
- مهندسی قانونی. این شامل بررسی اجزاء، مواد، محصولات و ساختارها برای تعیین اینکه آیا آنها به طور مورد نظر عمل می کنند یا عمل می کنند. این کار برای جلوگیری از خسارت مالی یا تلفات جانی انجام می شود. هدف اصلی آنها بررسی علت شکست و بهبود آن است.
- علم و مهندسی مواد. این شامل مطالعه ویژگی های اساسی موادی مانند بتن و فلزات قوی مانند فولاد و آلومینیوم است. این به ما کمک می کند تا بهترین مواد را برای استفاده در کارهای مختلف مهندسی درک کنیم.
- مهندسی حمل و نقل. این شامل ایجاد محیطی است که در آن جابجایی موثر افراد و کالاها از یک مکان به مکان دیگر آسان باشد. این شامل طراحی، ساخت و نگهداری زیرساخت‌های حمل‌ونقل مانند سیستم‌های ریلی، بزرگراه‌ها، فرودگاه‌ها، کانال‌ها و خیابان‌ها است.
- مهندسی منابع آب. این شامل جمع آوری و مدیریت آب است. همچنین به انتقال و جریان سیالات، عمدتاً آب، چه سطحی و چه زیر سطحی مربوط می شود.
- نقشه برداری. نقشه برداری فرآیند اندازه گیری برخی از ابعاد روی سطح زمین یا نزدیک به آن است. نقشه برداران به تعیین مسیر برای زیرساخت های دیگر مانند راه آهن، بزرگراه و خیابان کمک می کنند.
وظایف مهندسی عمران
وظایف مهندسی عمران به سه دسته تقسیم می شود: عملکردهای انجام شده قبل از ساخت، عملکردهای انجام شده در حین ساخت و عملکردهای انجام شده پس از ساخت.
1. وظایف مهندسی عمران انجام شده قبل از ساخت عبارتند از:
- مطالعات امکان سنجی این یک مطالعه گسترده در مورد هدف ساخت و ساز و جایگزین های پروژه است. به عنوان مثال، مطالعات امکان سنجی ممکن است تعیین کند که آیا باید یک پل یا یک تونل ساخته شود. در حین انجام این مطالعه، هم مشکلات اقتصادی و هم مهندسی باید در نظر گرفته شود.
- بررسی های سایت این شبیه به مطالعات امکان سنجی است اما گسترده تر است. این شامل مطالعه مکانیک خاک برای تضمین ایمنی سازه ها می شود.
- طراحی. این کاربرد تئوری طراحی از زمینه هایی مانند ترمودینامیک، هیدرولیک، و فیزیک هسته ای برای طراحی سیستم ها است. همچنین شامل تحقیق در فن آوری و تجزیه و تحلیل ساختاری مواد برای دستیابی به طرح های پیشرفته جدید است.
2. ساخت و ساز. پس از مطالعات امکان سنجی، مهندس وظیفه ساخت و ساز را بر عهده می گیرد. پس از انجام مطالعات و طراحی پیش از ساخت، مهندس موظف به خرید مصالح و تشکیل تیمی برای انجام ساخت و ساز می باشد.
3. تعمیر و نگهداری تابعی از مهندسی عمران است که پس از ساخت انجام می شود. این شامل کار موقت برای حفظ یک ساختار در فرم خوب است.
مزایای مهندسی عمران
- حمل و نقل را از طریق ساخت جاده ها، راه آهن، کانال ها و پل ها ترویج می کند.
- این توسعه قدرت را با حمایت از فعالیت هایی مانند استخراج زغال سنگ و نفت، برق آبی و تولید انرژی خورشیدی ترویج می کند.
- با افزایش دفع زباله، سلامت عمومی را ارتقا می دهد.
- بخش های مختلف اقتصاد مانند کشاورزی را از طریق توسعه سیستم های آبیاری ارتقا می دهد.
آخرین پیشرفت در مهندسی عمران
- مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM): BIM همکاری و تجسم پروژه را افزایش می دهد، داده های بلادرنگ را در مورد مصالح، جدول زمانی و هزینه ها یکپارچه می کند، ساخت و ساز را کارآمدتر می کند و خطاها را کاهش می دهد.
- مواد پایدار: استفاده از مواد سازگار با محیط زیست مانند بتن خود ترمیم شونده، منابع بازیافتی و عایق های زیستی در حال افزایش است که هدف آن کاهش اثرات زیست محیطی و بهبود بهره وری انرژی است.
- پرینت سه بعدی: چاپ سه بعدی بتن ساخت و ساز را سرعت می بخشد و امکان ساخت سازه های دقیق و پیچیده با حداقل ضایعات و کاهش هزینه های نیروی کار را فراهم می کند.
- زیرساخت هوشمند: فناوری اینترنت اشیا در زیرساخت‌ها (به عنوان مثال، جاده‌های هوشمند، پل‌های خودنظارت‌کننده) شهرهای هوشمندتر و پاسخگوتر را ایجاد می‌کند که به طور کارآمد منابع را مدیریت کرده و زندگی شهری را بهبود می‌بخشد.
- رباتیک و اتوماسیون: ربات ها به طور فزاینده ای برای کارهایی مانند آجرکاری، جابجایی مواد و نظارت بر سایت، افزایش بهره وری و ایمنی و در عین حال رفع کمبود نیروی کار استفاده می شوند.
- ساخت و ساز خارج از محل: روش های پیش ساخته و ساخت و ساز مدولار به دلیل سرعت، کنترل کیفیت و کاهش اثرات زیست محیطی با به حداقل رساندن ضایعات در محل محبوب تر می شوند.
