土木工程的數位躍升：AI與IoT的應用與未來展望

黃兆龍教授

美國伊利諾大學土木材料博士及管理碩士

土木技師、專利技師

AI賦能土木興

數智革新工程轉， AI 提效物聯監。

文件自動管理智，結構監測施工全。

風險預警成本控，未來趨勢技術連。

五G區塊孿生數，創新無界永續前。

工程奮進科技助，想像無邊革新延。 

一、前言

隨著人工智慧（AI）技術的快速發展，土木工程領域正迎來一場前所未有的數位轉型。根據麥肯錫全球研究院的報告【1】，AI技術預計在2030年前為全球經濟帶來13萬億美元的額外價值，其中工程建設領域的潛在效益尤為顯著。AI技術不僅能夠提升工程效率，還能顯著改善工程品質，特別是在與物聯網（IoT）技術結合後，其應用潛力更是無限。

土木工程作為傳統產業，長期以來面臨著效率低下、成本高昂、風險難以控制等挑戰。然而，隨著AI與IoT技術的引入，這些問題正逐步得到解決。AI技術通過數據分析、模式識別和自動化處理，能夠優化工程設計、施工管理和維護流程。例如，AI可以自動生成工程報告、智能化合約文件處理，並輔助技術文檔編寫，從而大幅減少工程師在文件處理上的時間消耗。此外，AI還能通過進度追蹤、風險評估和成本控制等功能，提升工程管理的精確性和效率。

IoT技術則通過感測器和網路連接，實現對工程項目的實時監測與數據收集。結合AI的分析能力，IoT可以應用於結構健康監測、智慧施工管理和預測性維護等場景。例如，在建築物的結構監測中，IoT感測器可以實時監測變形、裂縫和應力情況，而AI則能根據這些數據進行預警和分析，從而提前發現潛在問題並採取相應措施。

本文將探討AI與IoT技術在土木工程中的具體應用場景，並展望其未來發展趨勢。希望透過這些創新技術的應用，土木工程行業可以迎來更高的效率、更優的品質以及更永續的發展模式。

二、AI的發展簡史與現況

AI的發展可以追溯至1950年代，由英國數學家艾倫·圖靈（Alan Turing）開創先河。圖靈在1936年提出「通用機器」的概念，並設計了著名的「圖靈測試」，為AI的發展奠定了理論基礎。經過數十年的發展，AI技術在1980年代迎來類神經網路的突破，到2010年代更因深度學習技術的革新而進入快速發展期。

現代AI工具中，最受關注的莫過於OpenAI開發的ChatGPT和DeepSeek等大型語言模型。這些工具不僅擅長自然語言處理，還具備強大的文本生成能力，能夠進行多輪對話並支援多種專業領域的應用。特別是ChatGPT，其廣泛的應用場景使其成為工程師的得力助手。而DeepSeek則專注於深度推理能力，採用透過蒸餾技術（Distillation）、創新的剪枝技術，具備更強的專業領域理解能力。

未來，AI技術的發展將進一步融合多學科知識，並在土木工程領域發揮更大的作用。例如，AI與IoT的結合將實現更精確的結構健康監測和智慧施工管理。通過感測器收集的實時數據，AI可以進行即時分析和預測，從而提前發現潛在問題並採取相應措施。此外，AI還將在自動化施工、預鑄化生產和永續發展等方面發揮重要作用。例如，AI可以優化施工流程，減少資源浪費，並通過數據驅動的決策支持系統，提升工程管理的精確性和效率。

隨著5G技術的普及和區塊鏈技術的應用，AI的數據處理能力和安全性將進一步提升。5G技術的高速度和低延遲特性將使AI能夠處理更大規模的數據，並實現更快速的響應。區塊鏈技術則可以確保數據的安全性和透明度，從而增強AI系統的可信度。此外，數位孿生技術的發展將使AI能夠在虛擬環境中模擬工程項目的全生命週期，從而實現更精確的設計和施工規劃。

總之，AI技術的發展將為台灣土木工程帶來前所未有的變革。通過與IoT、5G、區塊鏈等技術的深度融合，AI將在工程設計、施工管理、風險控制和永續發展等方面發揮關鍵作用，推動土木工程行業向更高效、更智能、更環保的方向發展。

三、AI在土木工程中的應用場景

AI技術在土木工程中的應用場景廣泛且深遠，從工程文件處理到計畫管理，再到與物聯網（IoT）技術的結合，AI正在重塑土木工程的傳統工作模式，並為行業帶來前所未有的效率提升和品質改善。以下將詳細探討AI在土木工程中的三大應用場景，並展望其未來的應用可能性。

1. 工程文件處理自動化

根據工程顧問公司Arup Group Limited的研究，工程師約有30%的時間花在文件處理上【2】。這些文件包括工程報告、合約文件、技術文檔和會議紀錄等，傳統上需要大量的人力和時間來完成。AI工具的引入可以顯著提升這方面的效率。例如，AI可以自動生成工程報告，根據輸入的數據和分析結果快速生成結構化的文檔，從而減少工程師的重複性工作。此外，AI還能智能化處理合約文件，自動識別關鍵條款並進行風險評估，從而提高合約管理的效率和準確性，當然引用國際規範也是簡單的工作。

在技術文檔編寫方面，AI可以根據工程師的需求生成專業的技術內容，並提供相關的參考資料和標準規範。這不僅節省了時間，還確保了文檔的專業性和一致性。會議紀錄的自動整理也是AI的一大優勢，通過語音辨識和自然語言處理技術，AI可以實時記錄會議內容並生成結構化的會議紀要，從而減少後續整理工作的負擔。

未來，隨著AI技術的不斷進步，工程文件處理的自動化將更加智能化和個性化。例如，AI可以根據不同工程項目的特點，自動調整文檔的格式和內容，並提供個性化的建議和優化方案。此外，AI還可以與區塊鏈技術結合，確保工程文件的真實性和不可篡改性，從而提高文件管理的安全性和可靠性。

2. 工程管理優化

麻省理工學院（MIT）的研究顯示，AI技術可以將工程項目管理效率提升40%以上【3】。AI在工程管理中的應用涵蓋了進度追蹤、資源配置、風險評估、成本控制和品質管理等多個方面。

在進度追蹤與分析方面，AI可以通過數據分析預測計畫的進展情況，並及時發現潛在的延誤風險。例如，AI可以根據歷史數據和當前進度，預測未來的施工節點，並提供優化建議以確保項目按時完成。在資源配置方面，AI可以根據項目的實際需求，智能化地分配人力、物力和財力資源，從而提高資源利用效率並降低成本【4】。

風險評估與預警是AI在工程管理中的另一重要應用。AI可以通過分析歷史數據和實時監測數據，識別潛在的風險因素並提供預警信息。例如，在施工過程中，AI可以根據天氣預報和施工進度，預測可能的安全風險並提出相應的防範措施。在成本估算與控制方面，AI可以根據項目的設計和施工方案，精確估算成本並提供優化建議，從而幫助計畫團隊更好地控制預算。

品質管理自動化也是AI的一大優勢。AI可以通過數據分析和模式識別，自動檢測施工過程中的品質問題並提供改進建議。例如，AI可以分析混凝土的強度數據，判斷其是否符合設計要求，並提出相應的調整方案。未來，AI還將在工程管理中實現更高級的功能，例如通過數位孿生技術模擬計畫的全生命週期，從而實現更精確的管理和決策支持。

3. IoT與AI的結合應用

根據德勤咨詢的報告，AI結合物聯網（IoT）技術可為工程建設帶來革命性變革【5】。IoT技術通過感測器和網路連接，能夠實時監測工程項目的各個方面，而AI則能夠對這些數據進行分析和預測，從而實現更智能化的工程管理。

在結構健康監測方面，IoT感測器可以實時監測建築物的變形、裂縫和應力情況，而AI則能夠根據這些數據進行預警和分析。例如，AI可以通過分析感測器數據，判斷建築物的結構是否處於安全狀態，並提出相應的維護建議。這種結合應用不僅提高了結構監測的精度，還大大降低了安全事故的發生率。

在智慧施工管理方面，IoT與AI的結合可以實現自動化進度追蹤、實時安全監控和AI輔助品質檢測。例如，IoT感測器可以實時監測施工現場的環境條件和設備狀態，而AI則可以根據這些數據優化施工流程並提供安全預警。此外，AI還可以通過圖像識別技術，自動檢測施工過程中的品質問題，例如混凝土裂縫或鋼筋錯位，從而提高施工品質。

預測性維護是IoT與AI結合的另一重要應用。通過監測設備的狀態並進行故障預測和診斷，AI可以智能化地安排維護排程，從而延長設備的使用壽命並降低維護成本。例如，AI可以根據設備的運行數據，預測其可能出現的故障並提前安排維護，從而避免設備突然停機造成的損失。

未來，IoT與AI的結合應用將更加廣泛和深入。例如，AI可以與5G技術結合，實現更快速的數據傳輸和處理，從而提高監測和預測的實時性。此外，AI還可以與區塊鏈技術結合，確保監測數據的真實性和不可篡改性，從而提高數據的可信度。在智慧城市建設中，IoT與AI的結合將實現更高效的基礎設施管理和更智能的城市服務，從而提升城市的可持續發展能力。

四、未來應用可能性

未來，AI在土木工程中的應用將更加多元化和智能化。例如，AI可以與虛擬實境（VR）和擴增實境（AR）技術結合，實現更直觀的工程設計和施工模擬。通過VR技術，工程師可以在虛擬環境中進行沉浸式的設計審查和施工規劃，從而提前發現潛在問題並優化設計方案。AR技術則可以將虛擬模型疊加到實際施工現場，幫助施工人員更精確地執行施工任務，減少錯誤和返工。

此外，AI還可以與機器人技術結合，實現自動化施工和無人化操作。例如，AI驅動的建築機器人可以執行砌磚、混凝土澆築和鋼筋綁扎等重複性任務，從而大幅提高施工效率和安全性。無人機技術也可以與AI結合，用於施工現場的巡檢和監測，實時捕捉施工進度和品質數據，並通過AI進行分析與預測。

在永續發展方面，AI將發揮重要作用。通過數據分析和優化算法，AI可以幫助工程項目實現更低的碳排放和更高的資源利用效率。例如，AI可以優化建築物的能源消耗模式，根據天氣和使用情況動態調整供暖、通風和空調系統的運行參數，從而降低能源浪費。此外，AI還可以協助設計更環保的材料和施工方法，例如通過模擬和測試，找到最優的混凝土配比或鋼結構設計，以減少材料浪費和環境影響。

AI與物聯網（IoT）、5G和區塊鏈等技術的深度融合，將進一步提升其在土木工程中的應用價值。例如，5G技術的高速度和低延遲特性將使AI能夠實時處理大量數據，從而實現更精確的監測和控制。區塊鏈技術則可以確保工程數據的安全性和透明度，防止數據篡改和欺詐行為。在智慧城市建設中，AI將成為核心技術之一，通過整合交通、能源、水資源等系統的數據，實現城市運營的智能化和高效化。

總之，AI技術的發展將為土木工程帶來前所未有的變革。通過與VR、AR、機器人、IoT、5G和區塊鏈等技術的深度融合，AI將在工程設計、施工管理、風險控制和永續發展等方面發揮關鍵作用，推動土木工程行業向更高效、更智能、更環保的方向發展。未來，隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，AI將成為土木工程領域不可或缺的創新驅動力，為行業的永續發展注入新的活力。

五、實務應用指南

在土木工程領域有效運用AI工具，不僅需要對技術本身有深入的理解，還需要掌握實際操作中的技巧與策略。首先，建議採用CREATE原則來指導AI工具的使用。這一原則強調在與AI互動時，需明確定義其角色（Character），例如將其視為工程師助理或計畫管理顧問，以確保其輸出符合專業需求。具體的任務需求（Request）也應清晰表達，例如要求生成一份工程進度報告或進行風險評估。提供相關的參考案例（Example）可以幫助AI更好地理解任務背景，從而生成更符合實際需求的內容。此外，根據需要調整輸出格式（Adjustment）和指定輸出形式（Type）也是關鍵步驟，例如要求生成表格、圖表或特定格式的文檔。最後，提供額外的上下文資訊（Extra），例如項目的特殊要求或限制條件，可以進一步提升AI輸出的準確性和實用性。

在實施AI工具的過程中，循序漸進的策略尤為重要。從簡單任務開始，例如自動生成會議紀錄或整理技術文檔，可以幫助團隊逐步熟悉AI工具的功能與限制。隨著經驗的積累，可以逐步擴大應用範圍，例如將AI用於複雜的工程設計優化或風險預測。在此過程中，品質把關是不可忽視的環節。雖然AI工具能夠大幅提升效率，但其輸出內容仍需經過人工審核，以確保準確性和可靠性。建立完善的審核機制並保持人工監督，可以有效避免因AI誤判而導致的錯誤。

團隊培訓是成功實施AI工具的關鍵因素之一。通過開展AI工具使用培訓，團隊成員可以更好地理解其功能與應用場景，從而提高使用效率。建立最佳實踐指南並鼓勵經驗分享，可以幫助團隊在實際操作中快速積累經驗，並形成標準化的應用流程。此外，團隊成員之間的協作與溝通也至關重要，通過定期分享成功案例和挑戰，可以不斷優化AI工具的應用策略，從而實現更高的工程效率和品質。

六、未來展望

根據世界經濟論壇的預測，到2025年，AI技術將在工程建設領域創造更多新的工作機會，而不是取代現有的工作崗位【4】。這一趨勢表明，AI技術的發展將更多地作為人類工程師的輔助工具，而非替代品。未來，土木工程領域的發展將圍繞技術融合、應用創新和管理革新三大方向展開。

在技術融合方面，5G與AI的深度整合將成為關鍵趨勢。5G技術的高速度和低延遲特性將使AI能夠實時處理更大規模的數據，從而提升工程監測和管理的精確性。例如，在智慧工地中，5G網絡可以支持大量感測器同時傳輸數據，而AI則能對這些數據進行即時分析，從而實現更高效的施工管理和風險預警。此外，區塊鏈技術的應用將進一步增強數據的安全性和透明度，確保工程數據的真實性和不可篡改性，這對於合約管理、供應鏈追蹤和品質控制具有重要意義。數位孿生技術的普及則將實現工程項目的全生命週期管理，通過虛擬模型與實體工程的同步更新，工程師可以更精確地預測和優化項目進展。在應用創新方面，智慧工地的全面實現、自動化施工的推廣以及預鑄化生產的優化將成為未來的主要趨勢。智慧工地通過整合AI、IoT和5G技術，可以實現施工過程的全面監控和自動化管理，從而提高施工效率並降低安全事故的發生率。自動化施工則通過AI驅動的機器人和無人機技術，減少對人力的依賴，並提升施工的精確性和速度。預鑄化生產的優化則可以通過AI算法設計更高效的預鑄構件，從而減少材料浪費和施工時間。

在管理革新方面，數據驅動決策、智能化協同管理以及永續發展的整合將成為未來工程管理的重要方向。AI可以通過分析歷史數據和實時監測數據，為工程決策提供科學依據，從而降低項目風險並提高管理效率。智能化協同管理則可以通過AI平台實現跨部門、跨團隊的高效協作，從而提升整體項目執行力。永續發展的整合則強調通過AI技術優化資源利用和減少環境影響，從而推動土木工程行業向更環保的方向發展。

七、結論

AI與IoT技術正在重塑土木工程行業的未來，為工程設計、施工管理和風險控制帶來了前所未有的變革。通過積極擁抱這些創新技術，工程師們可以顯著提高工作效率、增強決策準確性、降低項目風險，並促進行業的整體升級。正如愛因斯坦所說：「想像力比知識更重要」，在AI時代，土木工程師需要以開放的心態擁抱創新，運用新技術解決傳統難題，推動行業持續進步。

對於台灣工程界而言，這是一個充滿機遇與挑戰的時代。台灣擁有優秀的工程人才和豐富的工程經驗，若能積極導入AI與IoT技術，將有機會在全球工程領域中佔據領先地位。我們期勉台灣的工程師們勇於嘗試新技術，將AI與IoT應用於智慧城市建設、綠色工程和災害防治等領域，為社會創造更大的價值。同時，政府與企業也應加強合作，提供更多的資源與培訓機會，幫助工程師掌握新技術，並推動產業的數位轉型。讓我們以創新為驅動力，攜手打造更高效、更智能、更永續的土木工程未來，為台灣乃至全球的工程發展貢獻智慧與力量。參考文獻

1.  McKinsey Global Institute(2023).The Economic Potential of Generative AI.

2.  Arup(2023).Digital Transformation in Construction Industry.

3.  MIT Technology Review(2024).AI in Construction Management.

4.  World Economic Forum(2024).The Future of Jobs Report.

5.  Deloitte Insights(2024).IoT and AI in Construction.

6.  黃兆龍(2025)，智慧工程：如何利用AI提升土木工程管理效率，專題演教案。