淺談工程結構計算中計算機技術(shù)的應用

從20世紀八十年代開(kāi)始，在、水電、、公路等各種工程建設的勘察設計工程中，就開(kāi)始引入了計算機替代人工進(jìn)行計算的計算機應用技術(shù)的應用，但是現在很多剛離校就業(yè)的大學(xué)生們，完全依賴(lài)著(zhù)計算機，以計算機的計算數據為準，進(jìn)行工程設計，這對工程建設的安全是極大的威脅。對工程勘察設計工程師進(jìn)行正確應用計算機技術(shù)進(jìn)行工程勘察設計工作的和提醒，是當前應該注意的比較突出的一個(gè)問(wèn)題。

1結構工程中計算機技術(shù)應用現狀

隨著(zhù)計算機硬件技術(shù)、軟件技術(shù)的高速發(fā)展。各種計算機應用程序的開(kāi)發(fā)形成了這一批結構工程師從走出校門(mén)，就在計算機上進(jìn)行結構工程計算、設計。他們不再經(jīng)歷老一代結構工程師們通過(guò)手工計算的過(guò)程。甚至迷信計算機，以為計算機是解決工程問(wèn)題的源泉，簡(jiǎn)單地信賴(lài)計算機。隨著(zhù)大量的計算機軟件的開(kāi)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(kāi)發(fā)者和其技術(shù)支持的技術(shù)資質(zhì)證明；軟件開(kāi)發(fā)商的質(zhì)量保證、質(zhì)量控制過(guò)程的嚴格評價(jià)，軟件中所用技術(shù)的理論依據的嚴格評價(jià)；簡(jiǎn)單和復雜例題測試結果的嚴格評價(jià)及其與其他獨立求解結果的比較；等等很多威脅到工程結構安全的問(wèn)題，被計算機軟件應用的發(fā)展所掩蓋了。

在當今世界，計算機的濫用開(kāi)始日益威脅著(zhù)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(lái)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，特別是年輕的結構工程們更很少去想，如果沒(méi)有計算機，結構設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(wèn)題的專(zhuān)業(yè)知識就是怎樣使用計算機以及計算機本身的專(zhuān)業(yè)知識。甚至把使用計算機的能力當成能勝任工作的能力。大量的結構工程師們相信，他們僅僅依靠計算機就可以“解決”工程問(wèn)題。沒(méi)有人認識到高質(zhì)量的工程只能是淵博的工程理論知識、豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗、以及艱辛的腦力勞動(dòng)、高質(zhì)量的設計思想相結合的產(chǎn)物。

在工程結構設計計算中利用計算機自動(dòng)化技術(shù)已有了很?chē)乐氐呢撁嬗绊?，它使年輕的一代結構設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(lài)計算機，以至于喪失了不依賴(lài)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、分析和設計的一些技巧。在現實(shí)工程實(shí)踐經(jīng)驗中，工程結構，特別是水利水電工程結構的模型是千差萬(wàn)別的，計算機不可能識別上千萬(wàn)種工程設計思想，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(jué)、靈感、領(lǐng)悟力、創(chuàng )造力、想象力和“認知”的巨大綜合體，它超越了任何計算機程序和程序員對結構工程的“理解”。

現代工程具有復雜的理論依據、集體的設計思想，依靠計算機是不可能讓人們學(xué)習有意義的經(jīng)驗的。越來(lái)越多的工程師們都期盼計算機軟件能將結構工程設計程序完全自動(dòng)化。希望在解決工程問(wèn)題時(shí)他們只需要區化類(lèi)型和條件，讓程序自動(dòng)生成必要的模型，完成復雜而重復的分析和設計過(guò)程。最后由制圖工具完成設計圖紙。這樣，結構工程唯一的責任就是明確所要解決的問(wèn)題，然后評價(jià)最后的設計“成果”。而對于是否能可靠的檢測特征值，在進(jìn)行分析時(shí)是否用了足夠的模型、狀態(tài)，或計算機建立數學(xué)模型的理論是否正確，是否符合工程實(shí)際的特征，分析結果對工程結構敏感部位是否敏感，計算結果是否在條件允許范圍之內，是否能根據實(shí)際的工程結構模型對某些邊界條件進(jìn)行調整。這些在年輕一代的結構工程師們心中，都變得模糊不清。

很多軟件開(kāi)發(fā)商，在對知識的精通之外，畢竟不是結構工程師，專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識肯定有著(zhù)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(dòng)、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(méi)有多少工程實(shí)際工作經(jīng)驗的程序員編制的，程序對工程建立的模型也不會(huì )很完善，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(zhuān)業(yè)技術(shù)工程師們。這就要求專(zhuān)業(yè)技術(shù)工程師們自己能通過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識的掌握，來(lái)控制設計計算中的偏差。

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

2在工程結構設計計算中正確合理的應用計算機技術(shù)

首先，在年輕一代的結構工程師中，應讓他們對工程設計的危險性、對公眾安全的威脅、對工程設計的責任感有一定的認識，結構工程師應該知道，工程結構特性是由結構工程設計的質(zhì)量決定的。真正的結構工程師，應該不用計算機就能工作，技術(shù)本身并不是壞事，問(wèn)題的核心是在結構工程計算中計算機的使用方法，不能濫用計算機。要強調工程實(shí)踐中知識、專(zhuān)業(yè)技術(shù)以及經(jīng)驗的重要性，了解“為什么”這樣設計才是關(guān)鍵。專(zhuān)業(yè)的結構工程師應在參加工作的最初一段時(shí)間內，對結構工程設計計算進(jìn)行手工求解，了解手工求解的原理、基本原則和提煉模型、識別計算結果中的錯誤，解決問(wèn)題的其他方法，判斷計算結果的有效性。對計算機的計算結果應持批評態(tài)度，尊重工程實(shí)踐經(jīng)驗，通過(guò)工程實(shí)踐學(xué)習工程設計，強調從那些資深的或有經(jīng)驗的結構工程師那里學(xué)習結構工程設計。不依賴(lài)計算機解決工程問(wèn)題，經(jīng)常懷疑計算機，在沒(méi)有深入的誰(shuí)以前不使用計算機的結果。在被工程師證實(shí)正確之前，假設計算機提供的結果是錯誤的。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(shí)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、數值計算等信息處理技術(shù)的同時(shí)，要認識到計算機不可能成為人類(lèi)知識、經(jīng)驗、遠見(jiàn)、靈感、創(chuàng )造力、想象力、獨立思維的替代品。雖然在結構工程實(shí)踐中計算機是非常有價(jià)值的工具，但是結構工程師們必須認識到對工程學(xué)的原理、方法、標準等等的全面了解，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、分析和設計的一些技巧?？梢赃@樣認為，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。