系统工程论文
系统工程及其理论基础在土木工程中的应用
.什么是系统工程？
极其复杂的研制对象称为系统，系统的组建和有效运用都是一项系统工程。系统工程作为一种能有效组织和管理复杂系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的技术，是一种对所有系统有普遍意义的科学方法。它把客观世界某一具体对象作为诸元素构成的系统，分析诸元素之间，元素与系统之间的相互关系和作用，做出总体设计，达到总体最优目标。在现代科学技术体系中，系统工程占有着特殊的地位，是本世纪中叶科学技术发展的一场科学革命，它是使当代科学思维发生革命性转变的最富有意义的成果之一。
系统工程的基本思想是整体性，整体效应是系统论最主要的观点。在现代化的今天，局部与整体有着复杂的关系和交叉效应，局部与整体的利益并不总是一致的。从局部看有利的事，从整体看并不一定有利。
系统工程告诉人们，在分析问题和解决问题时，仅仅重视各个单元的作用是不够的，应该把重点放在整体效应上，各要素的简单相加，并不能构成一个完美的整体，在研究自然现象和社会现象时，如果把各组成部分孤立地简单相加起来，并能说明整体的性能和功能，我们必须了解各组成部分之间的全部关系，这样才能推出整体的活动规律。系统的整体具有其组成部分在孤立状态中所没有的新质，如新的特征、新的功能、新的行为等。这就求我们自始至之中应把整体作为研究的主体，着眼于整体功能。整体中才有部分，离开了整体，也就没有部分。这种思想认为世界上各种现象、事件、过程都不是杂乱无章的偶然堆积，而是一个合乎规律的、由各要素组成的相互作用和相互联系之中，而组成系统的单个要素的特征和活动的总合，不能反映整体和活动方式。要素的优化并不等于整体的优化。因此，系统工程与传统方法截然不同，它不先把对象分成几部分然后再综合起来，而是自始至终把对象作为整体来对待，从整体与部分相互依赖、相互结合、相互制约关系中，来揭示系统的特征和运动规律。无数事实证明，如果不注重整体效应，那么要素的属性再好，也是毫无用处的。
总之，系统工程强调整体，单元、小系统的改革都要以整体取得最优为目的。。
系统工程及其理论基础在土木工程中有及其广泛的应用。如下就是几种系统在土木工程的应用
地理信息系统在土木工程中的应用：
20世纪80年代以来,地理信息系统在发达国家得到迅速发展,在多个领域着发挥着越来越重要的作用.GIS与土木工程相结合也显示了强大的生命力.GIS用来对海量的空间数据进行动态管理和综合分析,从理论上讲,如果要处理的数据具有空间分布性,并且需要经常更新,那么就可以应用GIS卓越的空间分析功能,加快数据处理的步伐.一项重大建设工程,从规划、设计、施工,到建成后的使用、维护,需要处理大量的工程数据和工作文档;许多土木工程与空间地域相关,例如,建(构)筑物及桥梁的分布、道路及地下管线的布局等都属于空间信息范畴.人为综合处理这些复杂多样的数据,经常会带有主观性和随意性,并且工作量大,周期长.同GIS相结合解决这些问题,一方面能够快速完成工作任务,另一方面又可保证结果的客观性和可行性.目前GIS在工程监测、施工管理及震害预测的应用中都显示了优越性.
给水排水系统工程在土木工程中的应用：
给排水系统工程是城市的基础设施、工业生产和人民生活的命脉之一。随着科学技术的发展，生产工艺的不断改进和提高，给排水工程日趋向大系统、高参数的方向迅猛发展，因此，对给排水系统工程的设计、施工、维修和运行管理的要求也就越来越高。要想使管网达到优质、高效、低能耗运行的目的，除要有合理的设计方案外，给排水系统安装质量的优劣将会对日后的使用产生极大的影响。为了确保民用给排水在使用过程中充分发挥其安全稳定、高效的作用，故民用建筑给排水系统的安装、施工技术及其质量控制极其重要。例如：
1管道安装施工步骤熟悉图纸和有关技术资料→施工测量放线→沟槽开挖及管沟砌筑→配合土建预留孔洞及预埋铁件→管件加工制作→支架制作及安装→管道预制及组成→管道敷设安装→管道与设备连接→自控仪表及其管道安装→试压及清（吹）洗→防腐和保温→调试和试运转→竣工验收。
2给水设备的安装室内给水系统是由下列各部分组成：引入管、水表节点、供水设备（水泵）、水平主干管、立管、分支管及阀门器件。水泵房内的水泵、阀门等是用水枢纽，良好的安装质量，将能使工程的供水系统运作更可靠，人身及设备的安全使用寿命也更有保障，故对其安装提出如下要求：
1）设备安装前应对其有关资料和文件合格证进行核对检查。
2）设备不应有缺件、损坏和锈蚀，而转动部分应灵活无阻滞、卡住现象和异常声音。
3）对设备机组的安装是根据已经确定的水泵机组型号、机组的台数和机组的长度尺寸合理地规划其在水泵房中的安装位置和纵横排列形式。机组布置应使管线最短，弯头最少，管路便于连接和留有一定的走道和空间，以便于管理、操作和维修。
4）引入管与其他管道应保持一定的距离，如与室内污水排出管平行敷设，其外壁水平间距不小于1.0m，如与电缆平行敷设，其间距小于0.75m.
建筑给排水系统与人们的生活息息相关，优质的安装施工质量和科学的管理是保障管网系统高效安全运行的必要条件，而且也可以改进和弥补设计施工中的某些不足。为了满足给排水工程施工技术要求，提高施工质量，需要施工人员不断学习，提高自身的技术素质，才能确保施工的安全、质量、稳定、灵活性，满足民用建筑给排水的发展需要。只有这样，才能保证安装工程的质量，立足于土木工程（建筑安装工程）的基本建设。
消防系统工程在土木工程中的应用：
随着社会的进步和经济的快速发展，建筑业正在发生日新月异的变化，国家城镇化进程的加快，使得建筑物向密集化、高层化的方向发展。装修材料的多样化和用电设备的增多，建筑物的用电负荷和火灾负荷也在不断增大，对现代消防工作提出了更高、更严格的要求。特别是近年来，火灾造成的经济损失和人员伤亡不断增大，严重影响了国家的经济建设、社会安定和改革开放的步伐。
为何摩天大楼火灾频发?为何高层建筑救火如此之难？为何生命的防火墙在火灾中成了摆设，在这个楼越建越高，结构也越来越复杂的摩天大楼时代，除了消防安全，这些高楼还有哪些看不见的隐患？
“在一般建筑中很普通甚至是不成问题的问题，到了超高层建筑中都成了特殊问题。”建筑专家林贤光表示，他认为，其中消防问题“是最可怕的”。
且不说高层建筑对电力系统的高度依赖，高层建筑有大量纵深的楼梯间、电梯井、管道井、风道、电缆井、排气道，如果防火分隔存在问题，起火后将像一座座高耸的烟囱。一座100米高的高层建筑，在无阻挡的情况下，烟气只用半分钟就能顺着竖向管井扩散到顶层，速度大约为水平方向的10倍以上。
可以假想一座高层建筑的火警场面：倒下的人越来越多，疏散通道很快难以畅通，日常电梯在火灾状态下严禁使用，消防电梯专供消防人员使用，楼内人群能够借助的，只有垂直疏散通道。上千人在惊恐、慌乱的状态下挤入狭窄的通道。
我们在火灾中付出了无数惨痛的代价，对于高层建筑火灾的发生及预防我们应予以高度重视，吸取教训，总结经验才能让我们以后减少此类情况的发生。
消防系统工程是集火灾知识、法律法规与工程设计、施工和管理相结合的一项交叉系统工程。因此，该项工程对预防火灾和减少火灾危害，保障人民生命财产安全有着重要的现实意义。
3S系统在土木工程中的应用：
“3S”是全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)、地理信息系统(GIS，GeographicInformationSystem)、遥感(RS，RemoteSensing)的总称，是近年来发展迅速、应用广泛的新技术”。
地理信息系统(GIS)是以采集、存储、描述、检索、分析和应用与空间位置有关的相应属性信息的计算机系统，它是集计算机学、地理学、测绘遥感学、环境科学、空间科学、信息科学、管理科学和现代通讯技术为一体的一门新兴边缘学科。地理信息系统具有采集、检验与编辑数据，对数据进行操作、存储与组织分析等基本功能。
遥感(RS)是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁渡探测仪器，通过摄影和扫描、信息感应、传输和处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及环境的相互关系与变化的现代科学技术。
“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测新技术有机地集成在一起。但是，“3S”技术≠GPS+RS+GIS，有些专家学者认为还应有数字摄影测量系统DPS和专家系统ES即“5S”。但不管是“3S”还是“5S”，都应有现代通信技术和通信手段的参与。可见，“3S”技术应等于(plGPS+p2RS+p3GIS+?+piITS)(pi为权)。这已经取得了统一性认识。1998年美国副总统戈尔提出数字地球的概念后，数字地球实际上成为了“3S”的代名词，但“3S”不是数字地球的全部，而是其一部分”。
现在经常提到的“3S”一体化技术也是指在对地观测系统中，将遥感技术和全球定位系统采集到的地面信息，进行数字化处理后输入地理信息系统加以储存、处理、分析和更新，以便直接为国民经济建设和科学研究服务的集成系统。
1在土木工程勘察设计阶段的应用
勘测施工的坐标框架即控制网的建立，已由GPS定位代替传统的三角测量。目前除大范围（400km2以上）控制测量以外，GPS定位从静态定位后处理向实时动态定位方向发展；从单纯的精密定位处理向特定勘测施工坐标系建立方向发展。为了减少重复，施工控制网还要求满足未来精密监控的要求。在大型的建设工程，如：南水北调工程，地形图的测绘已完全采用全数字摄影测量技术和野外数字测图技术。在中、小型建设工程，主要用野外数字测图技术测绘地形图。目前，勘测技术开始向机载激光测量和CCD航摄集成技术过渡，以获取真三维数字地形图。利用数字地形图可以实现三维虚拟现实，在三维可视化可量测景观上呈现多种工程设计方案，实现各种工程设计仿真，并及时计算出相应的土石方工程量，做出环境协调评估，以提供最优化设计方案。又如，利用全数字摄影测量或数字测图技术建立的数字地面模型（DTM），应用GIS的分析决策功能，可以方便快速地进行水库大坝选址、库容计算、引水渠修建、受益范围等设计工作。为开发利用水资源提供科学依据。
在土木工程施工阶段的应用
土木工程施工阶段一方面是施工建设和现场管理，如土石方验收、线路施测、工程定位、放样等采取了大量的现代数字测绘手段。目前除大量采用全站仪数字测量外，还有三维近地激光影像扫描、RTKGPS实时测图与施工放样、航空摄影或地面摄影测量等方法可进行实时的工程进程管理，还可以辅以移动通信和网络通信等手段，实现远程实时监控。另一方面，利用智能全站仪或GPS与GIS集成技术可实现工程机械的自动化运行和工程安全及质量监控。智能全站仪可以控制机械掘进（隧道）的位置和方向，GPS可以实时定出施工车辆的位置和姿态，从而实现开挖和掘进的自动化。例如挖土机、推土机和压土机，装上精密实时GPS定位设备，配上装有工程管理GIS的机载计算机，可实现现场土方自动填挖控制和工程量精密计算，科学、可靠，节约工程成本。如果这些设备安装了相关工作控制器件和CCD摄像机，可像“自动控制玩具车”一样实现远程无人驾驶和工程量自动计算，大大提高了危险或有环境污染地区工程机械施工效率，有效保护了施工人员的安全健康。
在工程竣工运行阶段中的应用
按照国家规范，所有大型建设项目竣工之后都要进行竣工测绘同时还要提供多种工程运行期间的测试文档、图表资料。现代测绘技术能够快速地获取这些数据和信息，并实现数字化管理。例如，利用野外数字测图、GPS测图和DPS测图技术进行竣工图的测绘，并按
数字工程的要求进入三维可视化、网络化GIS工程管理信息系统，以作为工程验收评估和今后长期安全运行的原始依据。
在公路、铁路、水电站、大桥、摩天大楼等工程竣工后，稳定、高效、安全的运行是第一位的。现代测绘技术提供了连续、实时的运行安全监控和工程病害监控手段。例如，公路、铁路的“3S”集成技术道路病害诊断车是当前世界上正在兴起的快速监测技术。桥梁、高层建筑物、大坝、山体滑坡等的连续、实时变形监测已开始采用GPS、智能全站仪（测量机器人）和数字垂线仪等技术，它们都具有全自动、全天候、无人值守的特点，综合其他工业传感器，可实现全自动、无人或少人值守的工程运行方式。又如，利用三维激光影像扫描仪可以对监测对像（大坝、桥梁）进行全方位的监测，几秒钟即可对上百万个监测点的扫描数据进行毫米级分析，可以随时准确了解观测对象整体变形的情况。
在城市建设中的应用
在城市建设工程中（如：道路建设、建筑工程、勘察规划）现已普遍应用全站仪或GPS测控指挥施工，监测施工安全。在城市地下管线的施工与管理，也与现代测绘技术密切相关。为了城市避免城市地面的开挖，安装地下管道越来越多使用顶管技术。在地下管道顶管施工中，使用自动跟踪全站仪可以应用自动引导测量系统控制顶管掘进的位置和方向，从而实现掘进定位的自动化。目前，大中城市都在用数字测图技术或全数字摄影测量技术测绘城市数字地形图及城市数字景观图，用于道路、城市功能区、各类管线的规划、设计。为了使用、维护、管理好城市市政公共设施（如道路、各类地上、地下管线、电杆路灯、公交站台、地下设施井盖、公共服务网点等等）许多城市都在建立城市公共信息管理系统或城市地下管线管理系统。RTKGPS、全站仪、数字管线探测仪等是主要的数据采集工具，通用的地理信息系统GIS软件（如MAPGIS）是主要的管理系统开发平台。现代的土木工程工程管理已与“3S”技术密不可分。
小结：无论是地理信息系统在土木工程中的应用还是给水排水系统在土木工程中的应用等等，都体现出了一点，那就是系统工程与土木工程密不可分。系统工程及其理论基础是土木工程的基础，土木工程中包含了多种系统，只有掌握了系统工程及其理论基础之后才可更好的学习研究土木工程技术！
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