對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的反思

對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的反思摘要：不可否認，借助電腦的幫助，我們設(shè)計師的效率獲得了驚人的提高，設(shè)計周期大大的縮短，但是電腦是否可以替代人腦，著值得我們對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計意義的思考。關(guān)鍵詞：人工智能；結(jié)構(gòu)計算模型；結(jié)構(gòu)感中圖分類號：S611文獻標識碼：A文章編號：近十多年來，隨著電腦的普及、人工智能和電腦軟件的飛速發(fā)展，人類社會的生產(chǎn)方式和生活方式正發(fā)生著巨大的變化，很多領(lǐng)域的社會生產(chǎn)率得到了空前、大幅的提高。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域亦如此，那些既有有手工設(shè)計繪圖經(jīng)歷又有電腦設(shè)計繪圖經(jīng)歷的結(jié)構(gòu)設(shè)計師，一定更能更能深刻理解和感受到電腦對設(shè)計師的巨大的解放和促進作用。一、電腦不能取代人腦不可否認，借助電腦的幫助，我們設(shè)計師的效率獲得了驚人的提高，設(shè)計周期大大的縮短。近幾年，隨著中國城市化建設(shè)的熱潮，越來越多的人涌入房屋設(shè)計行業(yè)，設(shè)計行業(yè)的技術(shù)門檻似乎變得越來越低。有些人甚至認為，結(jié)構(gòu)設(shè)計沒什么，只要有電腦和軟件就能解決結(jié)構(gòu)工程問題，非常簡單，幾乎用不著大腦。電腦似乎可以解決所有問題，而且，確實，很多懶惰的結(jié)構(gòu)設(shè)計師的確是這么做的。他們的設(shè)計過程通常是這樣的：建立結(jié)構(gòu)計算模型，然后選擇計算軟件下拉菜單進行計算，接著查看計算結(jié)果，看看軸壓比、配筋、位移比等等是否滿足要求（甚至有些設(shè)計師再簡化一點，看看計算結(jié)果里是否有紅色顯示，沒有即可以），滿足了，就進入下一步繪圖階段了。而且設(shè)計繪圖，在這些結(jié)構(gòu)設(shè)計師看來似乎也是那么容易，如果計算采用的是中國建筑科學研究院開發(fā)的PKPM軟件計算的話，只需轉(zhuǎn)入PKPM后處理程序，輕點鼠標或選擇下拉菜單，按幾下回車鍵，施工圖紙就躍然紙上（其實是電腦上），然后輸出打印，一切可以!一個工程設(shè)計完成!這一切看起來是多么的輕松!原來設(shè)計可以這樣做！整個計算設(shè)計直到圖形輸出過程，幾乎沒有消耗多少設(shè)計師的大腦細胞！從他們的設(shè)計過程來看，人的大腦沒有起到多大的作用，電腦似乎取代了人腦?？墒牵Y(jié)構(gòu)設(shè)計真的能這樣嗎？電腦能夠真正的取代人腦嗎？答案顯然是否定的。圖紙是工程師的語言，表達的是設(shè)計者的意圖。圖紙中的內(nèi)容反映的是工程師對改工程結(jié)構(gòu)的認識和理解而后形成的圖形表達。而對事物的認識和理解最終來源于人腦設(shè)計師的大腦。那么，這個缺乏人腦參與的設(shè)計圖形產(chǎn)品，最終質(zhì)量如何呢?我們稱之為低級粗制品。我們懶惰的結(jié)構(gòu)工程師帶著自己的圖形產(chǎn)品和電腦輸出的計算書，呈現(xiàn)給經(jīng)驗豐富、理論扎實的資深結(jié)構(gòu)工程師進行審圖時，經(jīng)常會發(fā)生這種情景：一曰：此處配筋不正常、不合理，為何如此？一曰：彼乃電腦計算結(jié)果。悲哉！設(shè)計師竟然可以如此依賴電腦。一個沒有經(jīng)過人腦進行雕鑿和修飾的工程設(shè)計產(chǎn)品注定是先天不足、存在質(zhì)量缺陷的。電腦只是我們用來進行設(shè)計的工具而已，它并不是萬能的，它自身并不能代表設(shè)計師做出完全正確合理的判斷，最終的計算結(jié)果是否合理、是否正確，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計師自身做出判斷而后進行設(shè)計。不同的簡化和假設(shè)，計算出來的是不同的。比如，現(xiàn)行計算軟件對墻板構(gòu)件是有一定假定前提條件的，在某種特定結(jié)構(gòu)布置下是不符合計算假定的，這樣的電算結(jié)果就容易出現(xiàn)問題。舉例說明，某工程，頂層水箱下的大梁一端支撐在剪力墻井筒的墻壁上。電算結(jié)果，梁的負彎矩很大，需要配很大的支座鋼筋。但實際上，支座處墻壁只有300mm厚，翼緣較遠，墻壁根本承受不了支座彎矩。而電腦軟件則將整體井筒作為一個薄壁構(gòu)件來計算，剛度很大，所以能承受很大的彎矩，這就是計算模型與實際結(jié)構(gòu)不符。雖然表面上看，計算結(jié)果并沒有問題，但最后的工程完工后的實際結(jié)果將是墻壁出現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)化為鉸結(jié)，梁的支座鋼筋起不了作用，梁的跨中鋼筋不夠，從而導致梁的破壞，進而導致水箱出現(xiàn)問題?？梢钥闯?，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計師對“正確”的結(jié)果什么直覺也沒有（無論是因為無知，還是缺乏經(jīng)驗），也就不可能意識到結(jié)果的錯誤。二、電腦替代人腦部分工作電腦人機交互式輸入模式的出現(xiàn)，繪圖軟件、計算軟件的不斷完善發(fā)展，使我們的設(shè)計工作越來越簡便。結(jié)構(gòu)工程師的工作量主要是兩部分，一部分是計算過程，還有部分是繪圖過程。對于計算的工作量，由于現(xiàn)在電腦計算軟件已經(jīng)將現(xiàn)行規(guī)范中的計算理論納入其計算校核程序，所以我們結(jié)構(gòu)工程師只需根據(jù)建筑設(shè)計師提供的建筑平面圖、立面圖、剖面圖及詳圖，將它進行合理假設(shè)、簡化，并建立與之對應(yīng)的恰當、合適的結(jié)構(gòu)計算模型，計算過程電腦會自動進行，同時輸出計算結(jié)果，并能初步自行檢驗計算結(jié)果是否合理。這樣，以前習慣于用小小的計算器，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件一步一步的進行加減乘除計算并逐步記錄、保存的巨大工作量一下消失了（由電腦軟件自動進行后臺處理計算了）。對于第二部分繪圖的工作量，由于現(xiàn)在采用的是CAD電腦制圖，繪圖只需要輸入命令或選擇下拉菜單就行，相同的圖素可以采用復制拷貝，而且糾錯非常方便，不留痕跡。這就省去了采用鉛筆、丁字尺、橡皮的一根線一個圓逐個繪制并大量重復的手工工作。在解決了計算、繪圖的巨大繁冗工作量后，效率的成倍提高是理所當然的了。三、“結(jié)構(gòu)感”概念的提出目前，在結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，這種把使用計算機的能力當成能勝任工作的觀點，正在像傳染病一樣到處蔓延。在一個個建筑工程設(shè)計通過電腦源源不斷的輸出時，在電腦逐步替代人腦工作的同時，我們設(shè)計師的大腦功能卻在慢慢退化，特別是缺乏思考、懶惰的結(jié)構(gòu)設(shè)計師的大腦的衰退速度更是驚人。我們的設(shè)計師的大腦變得如此依賴于電腦，以至于正在迅速喪失不依賴電腦進行計算工作的技能，而這恰恰正是我們結(jié)構(gòu)工程師真正賴以生存的本領(lǐng)。這種情況的出現(xiàn)，有客觀因素也有主觀原因。有很多時候，設(shè)計師同時進行著幾個工程設(shè)計。在這個速度至上的年代，在業(yè)主對經(jīng)濟效益和效率過分追求的壓力下，對速度與形式主義的苛求被可怕地置于進步的名義之下，與此同時許多時間卻又被浪費在重復的管理環(huán)節(jié)之上，留給設(shè)計師的時間已少之又少。但是，時間少不能成為我們不思考的理由。當初沒有時間細細思量或仔細斟琢的某個構(gòu)件或某個環(huán)節(jié)，可以抽時間回頭重新思考、總結(jié)、歸類。如果設(shè)計過程中因為時間關(guān)系來不及弄明白，一知半解、囫圇吞棗的應(yīng)付過去，事后由于惰性的原因，對不熟悉、不理解的相關(guān)原理、規(guī)范不去追根究底、弄清原委，結(jié)構(gòu)設(shè)計師大腦里的相關(guān)知識庫怎么能夠積累、擴大，技術(shù)水平怎么能夠提高。長此以往，設(shè)計師必將越來越依賴于電腦，設(shè)計也將不稱之為設(shè)計，因為一個主要依賴電腦而沒有人腦參與并進行雕鑿修飾的設(shè)計產(chǎn)品是沒有生命力的。人類社會的不斷向前發(fā)展是建立在對前人的經(jīng)驗、教訓不斷歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上的，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域同樣如此。設(shè)計師在剛開始從事工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，不能過多的依賴電腦，而需要將所學的物理、力學、建筑材料等等知識有選擇的運用于實際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計過程中還要把和該工程相關(guān)的各種規(guī)范熟悉、理解并正確運用于該工程結(jié)構(gòu)中，遇到困難想各種辦法解決，其間可以用電腦計算來驗證當初的預想是否符合。通過各種不同結(jié)構(gòu)類型的工程設(shè)計，結(jié)構(gòu)工程師大腦里的知識庫得到不斷的豐富和補充。日積月累，知識、經(jīng)驗、直覺、悟性有機結(jié)合的對工程“認知”的巨大綜合體將會形成于結(jié)構(gòu)工程師的大腦里。這種對工程認知的巨大綜合體和設(shè)計師個體的結(jié)合，我們稱之為“結(jié)構(gòu)感”，和概念設(shè)計有所區(qū)別。概念設(shè)計有很多文獻進行過討論和論述，并形成了相關(guān)的理論描述。我們這里稱之的“結(jié)構(gòu)感”是不能用文字來描述的，它是人體與工程認知的結(jié)合體，是有別于此的。如同歷史上優(yōu)秀的軍事將領(lǐng)，在瞬息萬變的戰(zhàn)場，他們能做出做出冷靜、正確的判斷，用兵如神。在幾萬人或幾十萬人性命莜關(guān)的關(guān)鍵時刻，他們做出正確判斷的依據(jù)是在歷次戰(zhàn)斗中形成的超乎常人的軍事直覺。同樣一個建筑工程，有的結(jié)構(gòu)圖紙簡單清晰，一目了然；有的圖紙繁冗復雜，讓人云里霧里，不知表達的什么意圖。有的結(jié)構(gòu)圖紙經(jīng)濟而安全；有的浪費確不安全。為什么同樣一個工程，不同的結(jié)構(gòu)師最終設(shè)計出來的圖紙會差別這么大呢？因為由于個體的差異，理論知識、設(shè)計經(jīng)驗、悟性的不同，結(jié)構(gòu)感不同，對工程的理解和認知就會不同，最后設(shè)計出來的圖紙自然就不一樣了。計算機不可能，而且永遠不可能，成為人類知識、經(jīng)驗、靈感、遠見、獨立思考以及自古以來的勤奮的替代品。四、結(jié)語因此，在現(xiàn)代社會要成為一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師，任重而道遠。由于電腦繪圖軟件和計算軟件的功能日益強大，結(jié)構(gòu)師要使它們成為設(shè)計的好幫手，必須了解它，熟悉它，然后熟練運用它，做到知己知彼。設(shè)計師如果僅按規(guī)范條文、電算結(jié)果機械地把施工圖畫出來，不是一個真正合格的設(shè)計師。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計師使用結(jié)構(gòu)計算軟件時必須有深厚的理論功底，必須有大量的手算積淀，必須在用軟件計算前就對可能