淺談工程結(jié)構(gòu)計算中計算機技術(shù)的應(yīng)用

從20世紀(jì)八十年代開始，在、水電、、公路等各種工程建設(shè)的勘察設(shè)計工程中，就開始引入了計算機替代人工進(jìn)行計算的計算機應(yīng)用技術(shù)的應(yīng)用，但是現(xiàn)在很多剛離校就業(yè)的大學(xué)生們，完全依賴著計算機，以計算機的計算數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，進(jìn)行工程設(shè)計，這對工程建設(shè)的安全是極大的威脅。對工程勘察設(shè)計工程師進(jìn)行正確應(yīng)用計算機技術(shù)進(jìn)行工程勘察設(shè)計工作的和提醒，是當(dāng)前應(yīng)該注意的比較突出的一個問題。

1結(jié)構(gòu)工程中計算機技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著計算機硬件技術(shù)、軟件技術(shù)的高速發(fā)展。各種計算機應(yīng)用程序的開發(fā)形成了這一批結(jié)構(gòu)工程師從走出校門，就在計算機上進(jìn)行結(jié)構(gòu)工程計算、設(shè)計。他們不再經(jīng)歷老一代結(jié)構(gòu)工程師們通過手工計算的過程。甚至迷信計算機，以為計算機是解決工程問題的源泉，簡單地信賴計算機。隨著大量的計算機軟件的開發(fā)，但又缺乏對計算機軟件的質(zhì)量的保證，包括對軟件開發(fā)者和其技術(shù)支持的技術(shù)資質(zhì)證明；軟件開發(fā)商的質(zhì)量保證、質(zhì)量控制過程的嚴(yán)格評價，軟件中所用技術(shù)的理論依據(jù)的嚴(yán)格評價；簡單和復(fù)雜例題測試結(jié)果的嚴(yán)格評價及其與其他獨立求解結(jié)果的比較；等等很多威脅到工程結(jié)構(gòu)安全的問題，被計算機軟件應(yīng)用的發(fā)展所掩蓋了。

在當(dāng)今世界，計算機的濫用開始日益威脅著公眾的安全，計算機被抬高到了是知識、經(jīng)驗、思維的替代品。人們越來越愿意相信計算機使他們能對工程作出正確的判斷，而很少有人在想，特別是年輕的結(jié)構(gòu)工程們更很少去想，如果沒有計算機，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中需要哪些必要的知識和經(jīng)驗。大家都相信，解決工程問題的專業(yè)知識就是怎樣使用計算機以及計算機本身的專業(yè)知識。甚至把使用計算機的能力當(dāng)成能勝任工作的能力。大量的結(jié)構(gòu)工程師們相信，他們僅僅依靠計算機就可以“解決”工程問題。沒有人認(rèn)識到高質(zhì)量的工程只能是淵博的工程理論知識、豐富的工程實踐經(jīng)驗、以及艱辛的腦力勞動、高質(zhì)量的設(shè)計思想相結(jié)合的產(chǎn)物。

在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中利用計算機自動化技術(shù)已有了很嚴(yán)重的負(fù)面影響，它使年輕的一代結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師們相信計算機的安全性、知識性和能力。他們變得如此依賴計算機，以至于喪失了不依賴計算機進(jìn)行計算工作的能力。他們不懂得，計算機不可能記錄有關(guān)模型、分析和設(shè)計的一些技巧。在現(xiàn)實工程實踐經(jīng)驗中，工程結(jié)構(gòu)，特別是水利水電工程結(jié)構(gòu)的模型是千差萬別的，計算機不可能識別上千萬種工程設(shè)計思想，除了具有快捷的計算速度以外，計算機程序只是一些離散的知識。而真正的工程知識是經(jīng)驗、直覺、靈感、領(lǐng)悟力、創(chuàng)造力、想象力和“認(rèn)知”的巨大綜合體，它超越了任何計算機程序和程序員對結(jié)構(gòu)工程的“理解”。

現(xiàn)代工程具有復(fù)雜的理論依據(jù)、集體的設(shè)計思想，依靠計算機是不可能讓人們學(xué)習(xí)有意義的經(jīng)驗的。越來越多的工程師們都期盼計算機軟件能將結(jié)構(gòu)工程設(shè)計程序完全自動化。希望在解決工程問題時他們只需要區(qū)化類型和條件，讓程序自動生成必要的模型，完成復(fù)雜而重復(fù)的分析和設(shè)計過程。最后由制圖工具完成設(shè)計圖紙。這樣，結(jié)構(gòu)工程唯一的責(zé)任就是明確所要解決的問題，然后評價最后的設(shè)計“成果”。而對于是否能可靠的檢測特征值，在進(jìn)行分析時是否用了足夠的模型、狀態(tài)，或計算機建立數(shù)學(xué)模型的理論是否正確，是否符合工程實際的特征，分析結(jié)果對工程結(jié)構(gòu)敏感部位是否敏感，計算結(jié)果是否在條件允許范圍之內(nèi)，是否能根據(jù)實際的工程結(jié)構(gòu)模型對某些邊界條件進(jìn)行調(diào)整。這些在年輕一代的結(jié)構(gòu)工程師們心中，都變得模糊不清。

很多軟件開發(fā)商，在對知識的精通之外，畢竟不是結(jié)構(gòu)工程師，專業(yè)技術(shù)知識肯定有著各種方面的欠缺。計算機是一種工具，不可能替代人的腦力勞動、人的知識、經(jīng)驗的積累，計算機能處理大量的信息，但計算機程序是沒有多少工程實際工作經(jīng)驗的程序員編制的，程序?qū)こ探⒌哪Ｐ鸵膊粫芡晟?，在計算中，即使是錯誤的信息，計算機也不可能識別，同樣的都在計算機上顯示給專業(yè)技術(shù)工程師們。這就要求專業(yè)技術(shù)工程師們自己能通過專業(yè)技術(shù)知識的掌握，來控制設(shè)計計算中的偏差。

在軟件的實際應(yīng)用方面，那些只有極少經(jīng)驗、極少學(xué)識、年輕的結(jié)構(gòu)工程師依靠計算機軟件來解決極度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計問題。他們對結(jié)構(gòu)力學(xué)基本原理和設(shè)計規(guī)范的背景知識了解很少。無法判斷程序算法所蘊含的假設(shè)和步驟，也無法判斷計算機運算結(jié)果的質(zhì)量。寧愿相信計算機程序產(chǎn)生的任何結(jié)果都是正確的，無法懷疑計算機作出的所有結(jié)果，以及用獨立的例題校驗結(jié)果。

2在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中正確合理的應(yīng)用計算機技術(shù)

首先，在年輕一代的結(jié)構(gòu)工程師中，應(yīng)讓他們對工程設(shè)計的危險性、對公眾安全的威脅、對工程設(shè)計的責(zé)任感有一定的認(rèn)識，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該知道，工程結(jié)構(gòu)特性是由結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的質(zhì)量決定的。真正的結(jié)構(gòu)工程師，應(yīng)該不用計算機就能工作，技術(shù)本身并不是壞事，問題的核心是在結(jié)構(gòu)工程計算中計算機的使用方法，不能濫用計算機。要強調(diào)工程實踐中知識、專業(yè)技術(shù)以及經(jīng)驗的重要性，了解“為什么”這樣設(shè)計才是關(guān)鍵。專業(yè)的結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在參加工作的最初一段時間內(nèi)，對結(jié)構(gòu)工程設(shè)計計算進(jìn)行手工求解，了解手工求解的原理、基本原則和提煉模型、識別計算結(jié)果中的錯誤，解決問題的其他方法，判斷計算結(jié)果的有效性。對計算機的計算結(jié)果應(yīng)持批評態(tài)度，尊重工程實踐經(jīng)驗，通過工程實踐學(xué)習(xí)工程設(shè)計，強調(diào)從那些資深的或有經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)工程師那里學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計。不依賴計算機解決工程問題，經(jīng)常懷疑計算機，在沒有深入的誰以前不使用計算機的結(jié)果。在被工程師證實正確之前，假設(shè)計算機提供的結(jié)果是錯誤的。在用計算機求解之前，必須先知道答案。不崇拜計算機，而崇尚知識和經(jīng)驗，提倡全面了解工程理論和實踐中的所有經(jīng)驗。

計算機在為人們提供很多方便、快捷的圖像、文字、數(shù)值計算等信息處理技術(shù)的同時，要認(rèn)識到計算機不可能成為人類知識、經(jīng)驗、遠(yuǎn)見、靈感、創(chuàng)造力、想象力、獨立思維的替代品。雖然在結(jié)構(gòu)工程實踐中計算機是非常有價值的工具，但是結(jié)構(gòu)工程師們必須認(rèn)識到對工程學(xué)的原理、方法、標(biāo)準(zhǔn)等等的全面了解，比對計算機操作方法的了解要重要得多。計算機不可能記錄有關(guān)模型、分析和設(shè)計的一些技巧?？梢赃@樣認(rèn)為，除了具有快捷的計算速度以外，計算機程序只是一些離散的知識。

一個稱職的結(jié)構(gòu)工程師，應(yīng)具備不依賴計算機解決工程問題的能力，應(yīng)具備經(jīng)驗、直覺、靈感、領(lǐng)悟力、創(chuàng)造力、想象力和對工程的設(shè)計思想的能力。能獨立地靠學(xué)識、創(chuàng)新和豐富的經(jīng)驗，而不是依賴計算機找出結(jié)構(gòu)工程問題的正確解答。計算機只能回歸到工具的位置，只是一種方便快捷的計算、圖像、文字處理等信息技術(shù)工具的位置。