建筑工程施工和工程造价中的数学应用

建筑工程施工和工程造价中的数学应用

作者：占翔王方园

来源：《报刊荟萃（下）》2018年第04期

摘要：纵观整个自然科学界，数学知识体系涉及到生活中的各个领域，可以毫不夸张的说，没有数学知识的存在，很多学科将不会单独存在。同样的，数学知识的应用也涉及建筑工程的方方面面，为建筑工程的发展提供了极大的帮助。本文主要论述了建筑工程和数学学科的联系以及数学在建筑工程施工和工程造价中的应用。

关键词：建筑工程；施工；工程造价；数学应用

数学知识的学习能够使人类形成发散性的思维和逻辑能力，建筑和数学的同性就是体现和谐，在数学思维的影响下，建筑变得越来越宏伟，建筑史也变得越来越辉煌，建筑设计也越来越体现出美感。数学的应用在建筑工程施工和工程造价中随处可见，比如中国梦立方和鸟巢的设计，利用石头、混凝土、钢筋以及玻璃等材料，通过各种结构的组合打造出建筑的美感。可以说，数学体系的不断发展，促进了施工技术的完善，而施工技术的不断提高则大大促进了建筑的发展。因此，数学史体现了建筑史，而建筑史的灿烂则是数学史的璀璨。

一、建筑工程和数学的关系

数学的发展离不开自然科学的不断推动，而建筑的发展从另一方面也是美学的发展，其在某种程度上也依赖于数学知识的进步。在施工条件和技术都比较落后的时代，古人还是能够建造出令世界都叹为观止的建筑，这是古代人智慧的结晶。在古代，一些建筑师不仅仅是建筑师，同时还具有数学家的身份，为了解决建筑上的技术难题和劳动力问题，建筑师通过大量的数学计算来简化具体的施工过程，同时指导人们如何有效的进行施工。建筑的所用空间形态都是有最简单的点、线、面以及体组合而成的，点组成线，线组成面，面组成体，这些都需要进行大量的数学运算。工程计算中点、线、面是最基本的因素，由这些形成的体积、重量、角度、强度、面积等参数都是工程计算中的重要内容，这也是数学与工程建筑之间的联系。深层次来看，首先，在建筑工程中，通常要精确的计算工期的时长、所需建筑材料的购买及劳动力如何有效分配的问题等，这些问题的解决都要依靠数学知识的运用；再者，在实际的施工过程中，梁和钢筋的有效配比、抗弯矩及拉应力的计算涉及到高等数学知识。总之，数学知识渗透在建筑工程中的方方面面。

二、数学在建筑工程施工和工程造价中的应用

（一）数学在结构施工中的应用

在建筑的结构施工中，建筑材料的购买、建筑过程中劳动力的配比以及如何把控施工的工期等，这些问题都需要进行精细的数学计算，从而才能总结出合理有效的施工方案。在配筋

时，建筑构件的承受能力、抗弯矩能力等的计算需要涉及到微积分知识和几何知识，从而在建筑过程中保持建筑的稳定性和质量。高等数学知识中的微积分知识、极限与连续知识以及概率知识等与建筑的关系更是紧密相关。在实际的施工中，工程师需要对拉力以及梁的弯矩进行详细的计算，这些计算涉及到常用的导数知识，尤其是导数最大值和最小值的有效计算可以找到最优的施工方案，节约大量的人力和物力消耗，除了计算受力外，导数和积分还可以用来计算一些不规则形状的建筑，大大减轻了施工的难度。另外，工程师在模拟水灰比和混凝土的抗压强度之间的关系时，就需要利用函数极限定律的相关知识来找到最适合的配比，从而有效增强混凝土的抗压能力，减少建筑事故发生的概率。

（二）数学在建筑比例施工中的应用

随着社会的发展，人们对审美的要求也越来越高，尤其是对建筑的审美，人们已经不仅仅追求建筑的舒适度，同时还要满足视觉上的美感，这就涉及到建筑史上最重要的一个美学数值0.618，被称作黄金分割点，这个美学分割点也被应用到日常的建筑设计中，从而提高建筑的外观美。在我们的实际生活中，随处可见数学在建筑比例中的应用，比如，我们生活中的门和窗子，二者的长宽比满足黄金分割点的要求，这样设计可以使建筑的采光和通风效果达到最优；在建筑材料的配比实验中，建筑师也经常会用到黄金分割点来进行优选，一般只需要较少的实验就可以找到最优的配比，节约了大量的时间及人力、物力的消耗。因此，可以说建筑史的发展就是数学史发展的体现。

（三）数学在建筑造型施工中的应用

数学在建筑造型施工中最常见的应用莫过于埃及的金字塔和古罗马的一些建筑。金字塔之所以能够建造成功，所使用石块的数量、大小、形状及体积等都要通过精密的计算，这些计算涉及到大量的数学知识和定理，包括最基础的几何知识和毕达哥拉斯定理，没有这些数学知识的应用，金字塔是不可能建造起来的，更不可能文明全世界；还有古罗马的一些圆形和拱形建筑，怎样才能使得建筑的通风性会让采光性最好，怎样提高声音效果等都需要进行复杂的计算，才能建造出位置以及布局都十分合理的建筑，才能一直流传到现代，成为优秀建筑的代表；再者，雅典巴台农神庙的建筑之所以有着崇高的地位，无不依赖于精细的建筑，每一个柱子都是经过大量的计算，然后按照一定的比例进行切割，最后在进行各种结构的完美组合。可见，数学知识在对建筑的造型设计中也发挥了重要的作用。

（四）数学在建筑工程造价中的应用

在工程造价专业中，数学是一门十分重要的课程，数学知识的学习能够培养学生的专业课学习思维，从而有效提高学生解决实际问题的能力。比如在工程造价专业中，学生会学习到概率统计在《建筑工程测量》中的应用；函数及其图像在《建筑力学》中的应用；工程预算和工程量清单如何制作；如何有效的利用定积分知识来解决平面图形的形心和旋转体的体积等；再者，在建筑工程中，工程造价的预算是一个很重要的参数，用来衡量在整个建筑中所需要的花费及投资的金额，这就需要对建筑过程中的每一笔花费进行预期的计算。总之，如果学生没有

扎实的数学基础，根本无法学习这些专业的课程，对后期更高层次的学习和发展也会产生不利的影响。

三、结语

综上所述，深入研究数学在建筑工程施工和工程造价中的应用，可以减少建筑过程中出现的突发问题，有效的促进间建筑工程的顺利进行，同时还进一步保证了建筑的美观性、稳定性及安全性。

参考文献：

[1]郑晓虹.建筑工程施工和工程造价中的数学应用[J].产业与科技论坛，2017，16（11）：263-264.

[2]王宏军，侯雨海.浅谈数学方法在建筑工程预算问题分析中的应用[J].建材与装饰，2014（19）.

作者简介：占翔，江西建设职业技术学院。