Mục tiêu học tập
Đến cuối bài học này, bạn sẽ có thể;
- Định nghĩa kỹ thuật xây dựng
- Mô tả lịch sử của kỹ thuật xây dựng
- Giải thích các phân ngành của kỹ thuật xây dựng
- Giải thích chức năng của kỹ thuật xây dựng
- Giải thích lợi ích của kỹ thuật xây dựng
- Phát triển mới nhất trong kỹ thuật xây dựng
Kỹ thuật xây dựng dân dụng là một loại kỹ thuật liên quan đến việc thiết kế, xây dựng và duy trì môi trường vật lý và tự nhiên. Nó bao gồm các công trình công cộng như cầu, đường, kênh, sân bay, đập, đường sắt và hệ thống thoát nước thải.
Kỹ thuật xây dựng là ngành kỹ thuật lâu đời thứ hai sau kỹ thuật quân sự. Theo truyền thống, ngành này được chia thành nhiều phân ngành. Kỹ thuật xây dựng có thể diễn ra ở cả khu vực công và tư.
Lịch sử kỹ thuật xây dựng
Lịch sử kỹ thuật xây dựng gắn liền với kiến thức trong các lĩnh vực như kết cấu, địa lý, khoa học vật liệu, địa chất, thủy văn, đất, cơ học, khoa học môi trường và quản lý dự án.
Trong suốt lịch sử cổ đại và thời trung cổ, hầu hết các công trình xây dựng và thiết kế kiến trúc đều do những người thợ thủ công như thợ mộc và thợ xây thực hiện. Cơ sở hạ tầng tồn tại bị hạn chế và lặp đi lặp lại trong thiết kế.
Một ví dụ ban đầu về cách tiếp cận khoa học đối với các vấn đề vật lý và toán học áp dụng cho kỹ thuật xây dựng là công trình của Archimedes vào thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Các công trình của ông đã mang lại sự hiểu biết về các khái niệm như lực đẩy và các giải pháp thực tế như vít của Archimedes.
Hoạt động xây dựng dân dụng lâu đời nhất bắt đầu ở thung lũng Indus ở Ai Cập và Lưỡng Hà ở Iraq cổ đại. Hoạt động này diễn ra trong khoảng từ năm 4000 đến năm 2000 trước Công nguyên. Sự phát triển của kỹ thuật xây dựng dân dụng trong giai đoạn này chủ yếu chịu ảnh hưởng từ việc từ bỏ lối sống du mục của người dân. Điều này tạo ra nhu cầu xây dựng nhiều nơi trú ẩn hơn. Nhu cầu vận chuyển cũng tăng lên trong giai đoạn này dẫn đến việc phát minh ra bánh xe cũng như thuyền buồm.
Những ví dụ lịch sử khác về công trình kỹ thuật dân dụng bao gồm:
- Kim tự tháp ở Ai Cập (2700-2500 TCN)
- Hệ thống quản lý nước Qanat
- Đền Parthenon ở Hy Lạp cổ đại (447-438 TCN)
- Con đường Appian của các kỹ sư La Mã (312 TCN), và
- Vạn Lý Trường Thành của Trung Quốc (năm 220 trước Công nguyên).
Các phân ngành của kỹ thuật xây dựng
Các phân ngành của kỹ thuật xây dựng bao gồm:
- Kỹ thuật kết cấu. Nó liên quan đến việc thiết kế và phân tích các công trình như cầu, tòa nhà và kênh đào. Nó bao gồm việc xác định tải trọng tác động lên một công trình và các lực và ứng suất phát sinh từ tải trọng. Sau khi phân tích này, các kỹ sư thiết kế một công trình có khả năng chịu và chống lại các tải trọng này một cách thành công. Các tải trọng này bao gồm; trọng lượng riêng của công trình, tải trọng bánh xe chuyển động, tải trọng động đất và tải trọng từ những thay đổi về nhiệt độ. Các kỹ sư kết cấu phải thiết kế các công trình hiệu quả và an toàn khi sử dụng. Các cân nhắc thiết kế đối với các kỹ sư bao gồm; tính ổn định, độ bền và độ cứng.
- Kỹ thuật xây dựng. Nó bao gồm việc lập kế hoạch và thực hiện các dự án xây dựng. Nó xử lý các hoạt động như vận chuyển tất cả các vật liệu xây dựng và phát triển địa điểm dựa trên thiết kế được thiết lập bởi các hình thức kỹ thuật dân dụng khác như kỹ thuật kết cấu. Một số nhiệm vụ của kỹ sư xây dựng bao gồm; đánh giá các hoạt động hậu cần, giám sát giá vật tư và soạn thảo và xem xét hợp đồng.
- Kỹ thuật môi trường. Bao gồm các hoạt động như xử lý chất thải (chất thải nhiệt, sinh học và hóa học), làm sạch không khí và nước, và phục hồi các địa điểm bị ô nhiễm. Kỹ sư môi trường cũng có vai trò biên soạn thông tin về hậu quả môi trường do hành động của con người gây ra.
- Kỹ thuật pháp y. Nó bao gồm việc điều tra các thành phần, vật liệu, sản phẩm và cấu trúc để xác định xem chúng có hoạt động hoặc chức năng như mong đợi hay không. Điều này được thực hiện để tránh thiệt hại về tài sản hoặc mất mạng. Mục đích chính của họ là điều tra nguyên nhân gây ra sự cố và cải thiện.
- Khoa học và kỹ thuật vật liệu. Nó bao gồm việc nghiên cứu các đặc điểm cơ bản của vật liệu như bê tông và kim loại cứng như thép và nhôm. Nó giúp chúng ta hiểu được vật liệu tốt nhất để sử dụng cho các công trình kỹ thuật khác nhau.
- Kỹ thuật vận tải. Nó liên quan đến việc tạo ra một môi trường nơi con người và hàng hóa có thể dễ dàng di chuyển từ nơi này đến nơi khác một cách hiệu quả. Điều này liên quan đến việc thiết kế, xây dựng và bảo trì cơ sở hạ tầng cho giao thông như hệ thống đường sắt, đường cao tốc, sân bay, kênh đào và đường phố.
- Kỹ thuật tài nguyên nước. Nó liên quan đến việc thu thập và quản lý nước. Nó cũng liên quan đến việc vận chuyển và dòng chảy của chất lỏng, chủ yếu là nước, cả bề mặt và dưới bề mặt.
- Khảo sát. Khảo sát là quá trình đo đạc các kích thước nhất định trên hoặc gần bề mặt trái đất. Người khảo sát giúp vạch ra lộ trình cho các cơ sở hạ tầng khác như đường sắt, đường cao tốc và đường phố.
Chức năng của kỹ thuật xây dựng
Chức năng của kỹ thuật xây dựng được chia thành ba loại: chức năng thực hiện trước khi xây dựng, chức năng thực hiện trong quá trình xây dựng và chức năng thực hiện sau khi xây dựng.
1. Các chức năng của công trình xây dựng được thực hiện trước khi xây dựng bao gồm:
- Nghiên cứu khả thi. Đây là một nghiên cứu mở rộng về mục tiêu xây dựng và các phương án thay thế cho dự án. Ví dụ, các nghiên cứu khả thi có thể xác định xem nên xây dựng cầu hay đường hầm. Khi tiến hành nghiên cứu này, cả các vấn đề kinh tế và kỹ thuật đều phải được xem xét.
- Khảo sát địa điểm. Tương tự như nghiên cứu khả thi nhưng mở rộng hơn. Bao gồm nghiên cứu về cơ học đất để đảm bảo an toàn cho các công trình.
- Thiết kế. Đây là ứng dụng của lý thuyết thiết kế từ các lĩnh vực như nhiệt động lực học, thủy lực và vật lý hạt nhân vào các hệ thống thiết kế. Nó cũng bao gồm nghiên cứu về công nghệ và phân tích cấu trúc vật liệu để đưa ra các thiết kế tiên tiến mới.
2. Xây dựng. Sau khi nghiên cứu khả thi, kỹ sư được giao nhiệm vụ xây dựng. Sau khi nghiên cứu và thiết kế trước khi xây dựng, kỹ sư được yêu cầu mua vật liệu và tập hợp một nhóm để tiến hành xây dựng.
3. Bảo trì là chức năng của kỹ thuật xây dựng được thực hiện sau khi xây dựng. Nó bao gồm công việc tạm thời để duy trì một cấu trúc ở trạng thái tốt.
Lợi ích của kỹ thuật xây dựng
- Nó thúc đẩy giao thông thông qua việc xây dựng đường bộ, đường sắt, kênh đào và cầu.
- Nó thúc đẩy sự phát triển của năng lượng bằng cách hỗ trợ các hoạt động như khai thác than và dầu, thủy điện và sản xuất điện mặt trời.
- Nó thúc đẩy sức khỏe cộng đồng bằng cách tăng cường xử lý chất thải.
- Nó thúc đẩy các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế như nông nghiệp thông qua việc phát triển hệ thống thủy lợi.
Phát triển mới nhất trong kỹ thuật xây dựng
- Mô hình thông tin xây dựng (BIM): BIM tăng cường sự hợp tác và trực quan hóa dự án, tích hợp dữ liệu thời gian thực về vật liệu, mốc thời gian và chi phí, giúp xây dựng hiệu quả hơn và giảm lỗi
- Vật liệu bền vững: Việc sử dụng các vật liệu thân thiện với môi trường như bê tông tự phục hồi, tài nguyên tái chế và vật liệu cách nhiệt sinh học đang gia tăng, nhằm mục đích giảm tác động đến môi trường và cải thiện hiệu quả năng lượng.
- In 3D: In bê tông 3D đang đẩy nhanh quá trình xây dựng, cho phép tạo ra các cấu trúc chính xác, phức tạp với lượng chất thải tối thiểu và giảm chi phí nhân công
- Cơ sở hạ tầng thông minh: Công nghệ IoT trong cơ sở hạ tầng (ví dụ: đường thông minh, cầu tự giám sát) đang tạo ra các thành phố thông minh hơn, phản ứng nhanh hơn, quản lý hiệu quả các nguồn lực và nâng cao đời sống đô thị
- Robot và Tự động hóa: Robot ngày càng được sử dụng nhiều hơn cho các nhiệm vụ như xây gạch, xử lý vật liệu và giám sát công trường, giúp tăng năng suất và an toàn đồng thời giải quyết tình trạng thiếu hụt lao động
- Xây dựng ngoài công trường: Các phương pháp xây dựng chế tạo sẵn và mô-đun đang trở nên phổ biến hơn vì tốc độ, kiểm soát chất lượng và giảm tác động đến môi trường bằng cách giảm thiểu chất thải tại công trường
