วัตถุประสงค์การเรียนรู้
เมื่อสิ้นสุดบทเรียนนี้คุณควรจะสามารถ:
- นิยามวิศวกรรมโยธา
- บรรยายประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมโยธา
- อธิบายสาขาย่อยของวิศวกรรมโยธา
- อธิบายหน้าที่ของงานวิศวกรรมโยธา
- อธิบายประโยชน์ของงานวิศวกรรมโยธา
- พัฒนาการล่าสุดด้านวิศวกรรมโยธา
วิศวกรรมโยธา หมายถึง วิศวกรรมประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ ก่อสร้าง และบำรุงรักษาสภาพแวดล้อมทางกายภาพและที่สร้างขึ้นโดยธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงงานสาธารณะ เช่น สะพาน ถนน คลอง สนามบิน เขื่อน ทางรถไฟ และระบบบำบัดน้ำเสีย
วิศวกรรมโยธาเป็นสาขาวิชาการวิศวกรรมที่เก่าแก่เป็นอันดับสองรองจากวิศวกรรมการทหาร โดยทั่วไปแล้ว วิศวกรรมโยธาจะแบ่งออกเป็นหลายสาขาวิชาย่อย วิศวกรรมโยธาสามารถเรียนได้ทั้งในภาคส่วนสาธารณะและภาคเอกชน
ประวัติศาสตร์วิศวกรรมโยธา
ประวัติศาสตร์ของวิศวกรรมโยธามีความเกี่ยวข้องกับความรู้ในสาขาต่างๆ เช่น โครงสร้าง ภูมิศาสตร์ วิทยาศาสตร์วัสดุ ธรณีวิทยา อุทกวิทยา ดิน กลศาสตร์ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และการจัดการโครงการ
ตลอดประวัติศาสตร์ยุคโบราณและยุคกลาง การก่อสร้างและการออกแบบสถาปัตยกรรมส่วนใหญ่ดำเนินการโดยช่างฝีมือ เช่น ช่างไม้และช่างก่อหิน โครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่จำกัดและซ้ำซากในการออกแบบ
ตัวอย่างแรกๆ ของแนวทางทางวิทยาศาสตร์ในการแก้ปัญหาทางกายภาพและคณิตศาสตร์ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับงานวิศวกรรมโยธาได้คือผลงานของอาร์คิมิดีสในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาล ผลงานของเขาทำให้ผู้คนเข้าใจแนวคิดต่างๆ เช่น แรงลอยตัว และวิธีแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ เช่น สกรูของอาร์คิมิดีส
แนวทางปฏิบัติทางวิศวกรรมโยธาที่เก่าแก่ที่สุดเริ่มต้นขึ้นในหุบเขาสินธุในอียิปต์ และเมโสโปเตเมียในอิรักโบราณ แนวทางปฏิบัตินี้เกิดขึ้นระหว่าง 4,000 ถึง 2,000 ปีก่อนคริสตกาล การพัฒนาทางวิศวกรรมโยธาในช่วงเวลานี้ได้รับอิทธิพลหลักจากการละทิ้งวิถีชีวิตเร่ร่อนของผู้คน ส่งผลให้มีความจำเป็นต้องสร้างที่อยู่อาศัยเพิ่มขึ้น ความต้องการด้านการขนส่งก็เพิ่มขึ้นในช่วงเวลานี้ นำไปสู่การประดิษฐ์ล้อและเรือใบ
ตัวอย่างทางประวัติศาสตร์อื่นๆ ของการก่อสร้างทางวิศวกรรมโยธา ได้แก่
- พีระมิดในอียิปต์ (2700-2500 ปีก่อนคริสตกาล)
- ระบบการจัดการน้ำคานาต
- วิหารพาร์เธนอนในกรีกโบราณ (447-438 ปีก่อนคริสตกาล)
- เส้นทางแอปเปียนโดยวิศวกรชาวโรมัน (312 ปีก่อนคริสตกาล) และ
- กำแพงเมืองจีน (220 ปีก่อนคริสตกาล)
สาขาวิชาย่อยวิศวกรรมโยธา
สาขาวิชาย่อยของวิศวกรรมโยธา ได้แก่
- วิศวกรรมโครงสร้าง เกี่ยวข้องกับการออกแบบและวิเคราะห์โครงสร้าง เช่น สะพาน อาคาร และคลอง โดยเกี่ยวข้องกับการระบุภาระที่กระทำต่อโครงสร้าง แรงที่เกิดขึ้นและความเครียดที่เกิดจากภาระนั้น หลังจากการวิเคราะห์นี้ วิศวกรจะออกแบบโครงสร้างที่สามารถรองรับและต้านทานภาระเหล่านี้ได้สำเร็จ ภาระเหล่านี้ได้แก่ น้ำหนักของโครงสร้าง ภาระของล้อที่เคลื่อนที่ ภาระแผ่นดินไหว และภาระจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ วิศวกรโครงสร้างต้องออกแบบโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยต่อการใช้งาน ข้อควรพิจารณาในการออกแบบสำหรับวิศวกร ได้แก่ ความเสถียร ความแข็งแกร่ง และความแข็ง
- วิศวกรรมโยธา เกี่ยวข้องกับการวางแผนและดำเนินการโครงการก่อสร้าง โดยเกี่ยวข้องกับกิจกรรมต่างๆ เช่น การขนส่งวัสดุก่อสร้างทั้งหมดและการพัฒนาพื้นที่ตามการออกแบบที่ได้มาจากวิศวกรรมโยธาประเภทอื่นๆ เช่น วิศวกรรมโครงสร้าง งานบางส่วนของวิศวกรโยธา ได้แก่ การประเมินการดำเนินงานด้านโลจิสติกส์ การติดตามราคาวัสดุ และการร่างและตรวจสอบสัญญา
- วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม เกี่ยวข้องกับกิจกรรมต่างๆ เช่น การบำบัดของเสีย (ของเสียจากความร้อน ชีวภาพ และเคมี) การฟอกอากาศและน้ำ และการฟื้นฟูพื้นที่ที่ปนเปื้อน วิศวกรสิ่งแวดล้อมยังมีหน้าที่รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับผลที่ตามมาของการกระทำของมนุษย์ต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย
- วิศวกรรมนิติเวช เป็นกระบวนการตรวจสอบส่วนประกอบ วัสดุ ผลิตภัณฑ์ และโครงสร้างต่างๆ เพื่อตรวจสอบว่าทำงานหรือทำหน้าที่ตามที่ตั้งใจไว้หรือไม่ โดยดำเนินการเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อทรัพย์สินหรือการสูญเสียชีวิต วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อตรวจสอบสาเหตุของความล้มเหลวและปรับปรุง
- วิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ เป็นการศึกษาลักษณะพื้นฐานของวัสดุ เช่น คอนกรีต และโลหะที่มีความแข็งแรง เช่น เหล็กและอลูมิเนียม ช่วยให้เราเข้าใจวัสดุที่ดีที่สุดที่จะใช้สำหรับงานวิศวกรรมต่างๆ
- วิศวกรรมการขนส่ง เกี่ยวข้องกับการสร้างสภาพแวดล้อมที่ผู้คนและสินค้าสามารถเคลื่อนย้ายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการออกแบบ การก่อสร้าง และการดูแลรักษาโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการขนส่ง เช่น ระบบราง ทางหลวง สนามบิน คลอง และถนน
- วิศวกรรมทรัพยากรน้ำ เกี่ยวข้องกับการรวบรวมและการจัดการน้ำ นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการลำเลียงและการไหลของของไหล โดยเฉพาะน้ำทั้งบนผิวดินและใต้ผิวดิน
- การสำรวจ การสำรวจคือกระบวนการวัดขนาดบางอย่างบนหรือใกล้พื้นผิวโลก เจ้าหน้าที่สำรวจจะช่วยวางเส้นทางสำหรับโครงสร้างพื้นฐานอื่นๆ เช่น ทางรถไฟ ทางหลวง และถนน
หน้าที่ของงานวิศวกรรมโยธา
หน้าที่ของงานวิศวกรรมโยธา แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ หน้าที่ที่ดำเนินการก่อนการก่อสร้าง หน้าที่ที่ดำเนินการระหว่างการก่อสร้าง และหน้าที่ที่ดำเนินการหลังการก่อสร้าง
1. หน้าที่ของงานวิศวกรรมโยธาที่ดำเนินการ ก่อนการก่อสร้าง ได้แก่:
- การศึกษาความเป็นไปได้ เป็นการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับวัตถุประสงค์ของการก่อสร้างและทางเลือกอื่นๆ ของโครงการ ตัวอย่างเช่น การศึกษาความเป็นไปได้อาจกำหนดได้ว่าจะต้องสร้างสะพานหรืออุโมงค์ ในระหว่างดำเนินการศึกษานี้ จะต้องพิจารณาทั้งปัญหาทางเศรษฐกิจและวิศวกรรม
- การสำรวจสถานที่ คล้ายกับการศึกษาความเป็นไปได้แต่ครอบคลุมมากกว่า ซึ่งรวมถึงการศึกษากลศาสตร์ของดินเพื่อรับประกันความปลอดภัยของโครงสร้าง
- การออกแบบ เป็นการนำทฤษฎีการออกแบบจากสาขาต่างๆ เช่น เทอร์โมไดนามิกส์ ไฮดรอลิกส์ และฟิสิกส์นิวเคลียร์มาประยุกต์ใช้ในการออกแบบระบบ นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการวิจัยเทคโนโลยีและการวิเคราะห์โครงสร้างของวัสดุเพื่อสร้างการออกแบบขั้นสูงใหม่ๆ
2. การก่อสร้าง หลังจากศึกษาความเป็นไปได้แล้ว วิศวกรจะมีหน้าที่ในการก่อสร้าง หลังจากศึกษาก่อนการก่อสร้างและออกแบบแล้ว วิศวกรจะต้องจัดซื้อวัสดุและจัดตั้งทีมเพื่อดำเนินการก่อสร้าง
3. การบำรุงรักษาเป็นหน้าที่ของวิศวกรรมโยธาที่ดำเนินการ หลังการก่อสร้าง โดยเกี่ยวข้องกับงานชั่วคราวเพื่อรักษาโครงสร้างให้อยู่ในสภาพดี
ประโยชน์ของงานวิศวกรรมโยธา
- ส่งเสริมการขนส่งโดยการสร้างถนน ทางรถไฟ คลอง สะพาน
- ส่งเสริมการพัฒนาพลังงานโดยสนับสนุนกิจกรรมต่างๆ เช่น การขุดถ่านหินและน้ำมัน การผลิตพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ และการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์
- ส่งเสริมสุขภาพของประชาชนโดยเพิ่มการกำจัดขยะ
- ส่งเสริมภาคส่วนต่างๆ ของเศรษฐกิจ เช่น เกษตรกรรม โดยการพัฒนาระบบชลประทาน
พัฒนาการล่าสุดด้านวิศวกรรมโยธา
- การสร้างแบบจำลองข้อมูลอาคาร (BIM): BIM ปรับปรุงการทำงานร่วมกันและการแสดงภาพของโครงการ โดยบูรณาการข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับวัสดุ ไทม์ไลน์ และต้นทุน ทำให้การก่อสร้างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดข้อผิดพลาด
- วัสดุที่ยั่งยืน: การใช้วัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เช่น คอนกรีตที่ซ่อมแซมตัวเองได้ ทรัพยากรที่รีไซเคิล และฉนวนชีวภาพ กำลังเพิ่มมากขึ้น โดยมุ่งหวังที่จะลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
- การพิมพ์ 3 มิติ: การพิมพ์คอนกรีต 3 มิติช่วยให้การก่อสร้างรวดเร็วขึ้น ช่วยให้สร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนและแม่นยำ มีของเสียเหลือทิ้งน้อยที่สุด และต้นทุนแรงงานลดลง
- โครงสร้างพื้นฐานอัจฉริยะ: เทคโนโลยี IoT ในโครงสร้างพื้นฐาน (เช่น ถนนอัจฉริยะ สะพานตรวจสอบตนเอง) กำลังสร้างเมืองที่ชาญฉลาดและตอบสนองได้ดีขึ้น ซึ่งจัดการทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงการใช้ชีวิตในเมือง
- หุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ: หุ่นยนต์ถูกนำมาใช้เพิ่มมากขึ้นสำหรับงานต่างๆ เช่น การก่ออิฐ การจัดการวัสดุ และการตรวจสอบสถานที่ ช่วยเพิ่มผลผลิตและความปลอดภัยในขณะเดียวกันก็แก้ไขปัญหาการขาดแคลนแรงงาน
- การก่อสร้างนอกสถานที่: วิธีการก่อสร้างแบบสำเร็จรูปและแบบโมดูลาร์ได้รับความนิยมมากขึ้นเนื่องจากความรวดเร็ว การควบคุมคุณภาพ และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยลดขยะในสถานที่ให้เหลือน้อยที่สุด
