《自然辯證法》課程論文

淺談結(jié)構(gòu)工程中的科學(xué)技術(shù)方法論一、 摘要 自然辯證法中的科學(xué)技術(shù)方法論是關(guān)于自然界各個學(xué)科領(lǐng)域的普遍存在的科學(xué)技術(shù)理論、規(guī)律、方法?？茖W(xué)技術(shù)觀和科學(xué)技術(shù)方法論是自然辯證法體系中重要的組成部分，自然辯證法屬于馬克思主義哲學(xué)范疇，自然科學(xué)技術(shù)方法論也屬于哲學(xué)范疇，而結(jié)構(gòu)工程屬于實際應(yīng)用工程范疇，本文主要探討了在結(jié)構(gòu)工程中存在的關(guān)于科學(xué)技術(shù)方法論的哲學(xué)思想，以及怎樣利用哲學(xué)思想來促進結(jié)構(gòu)工程未來的發(fā)展的問題，另外，也有一些衍生的問題。關(guān)鍵字 結(jié)構(gòu)工程 自然辯證法 科學(xué)技術(shù)方法論 信息交流 規(guī)律 建筑物 發(fā)展二、 自然辯證法以及科學(xué)技術(shù)方法論（1） 自然辯證法自然辯證法是辯證唯物主義的自然觀和科學(xué)觀，它是研究自然界存在的普遍的客觀規(guī)律的哲學(xué)，同時它又是探索、改造自然途徑的方法論，根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的自然科學(xué)理論創(chuàng)造處能完成既定任務(wù)或者改造自然的具體方法理論。自然辯證法是馬克思主義哲學(xué)的重要組成部分，它的研究對象與研究范圍包括如下領(lǐng)域：自然界、科學(xué)、技術(shù)、社會。與此相適應(yīng)，自然辯證法的體系和主要內(nèi)容有：自然觀、科學(xué)觀、技術(shù)觀、科學(xué)技術(shù)與社會。 （2）科學(xué)技術(shù)方法論自然辯證法中的科學(xué)技術(shù)方法論，準(zhǔn)確的說，科學(xué)技術(shù)方法論的說法是不正確的，因為科學(xué)與技術(shù)是兩個不同的概念。科學(xué)的重點發(fā)現(xiàn)規(guī)律與理論，而技術(shù)重在研究如何改造自然的具體技術(shù)理論，最終的目標(biāo)是要把所發(fā)現(xiàn)的理論物化為方案、方法、工具、設(shè)備等，以實現(xiàn)對自然的直接改造。然而由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，二者的聯(lián)系越來越密切，以致于在有些領(lǐng)域或者方面無法區(qū)分到底是技術(shù)還是科學(xué)?，F(xiàn)在我所要談的科學(xué)技術(shù)方法論大部分是關(guān)于技術(shù)的方法論，其中也有科學(xué)觀和科學(xué)方法論的內(nèi)容。因為在結(jié)構(gòu)工程中，大部分內(nèi)容是關(guān)于技術(shù)層面的東西，是關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計理論、模型構(gòu)造、施工技術(shù)等方面的學(xué)科。三、 結(jié)構(gòu)工程中的科學(xué)技術(shù)方法論（1）技術(shù)認(rèn)識的基本程序之結(jié)構(gòu)工程體現(xiàn)結(jié)構(gòu)工程是一個研究各類建筑物受力特性及對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的學(xué)科。包括分析一個建筑物的受力體系，分析各種荷載對建筑物結(jié)構(gòu)的作用特點，根據(jù)力學(xué)理論和建筑材料的受力性質(zhì)對結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計以滿足結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境作用下的安全性要求。人類早期的建筑設(shè)計主要依賴于人們長期積累下來的經(jīng)驗和技術(shù)，基本上沒有理論支持。隨著人類自然科學(xué)的進步，數(shù)學(xué)、力學(xué)理論、計算機技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。力學(xué)學(xué)科的不斷進步為結(jié)構(gòu)受力分析提供了理論支持，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計走向理論化、技術(shù)化。因為結(jié)構(gòu)工程主要是研究結(jié)構(gòu)內(nèi)部內(nèi)力、變形的分布規(guī)律及其發(fā)展規(guī)律，而力學(xué)正是研究自然界普遍存在的力和變形的學(xué)科，加上材料科學(xué)、實驗技術(shù)、計算機理論等方面取得的豐碩成果，使得結(jié)構(gòu)工程走向了現(xiàn)代化的發(fā)展道路。結(jié)構(gòu)工程的三大力學(xué)課程是理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)。它們是結(jié)構(gòu)工程賴與發(fā)展和進步的力學(xué)理論基礎(chǔ)。目前關(guān)于結(jié)構(gòu)工程的專業(yè)理論按照不同建筑結(jié)構(gòu)類型可分為砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。它們都是應(yīng)用力學(xué)理論，并考慮建筑材料的性質(zhì)，通過理論推導(dǎo)、實驗觀察、實踐檢驗。最終建立起來的正確的能直接被人們加以利用的技術(shù)理論和方案。它是符合技術(shù)認(rèn)識的基本程序的。首先，必須考慮到社會的需要，從人們的現(xiàn)實需要出發(fā)，提出課題。也就是課題規(guī)劃階段。第二個階段是方案的構(gòu)思與設(shè)計。包括提出技術(shù)原理和解決問題的基本思路。以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為例，簡單說明結(jié)構(gòu)工程中技術(shù)認(rèn)識的途徑或者步驟。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)之前，世界大部分的結(jié)構(gòu)為砌體結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)，其中砌體結(jié)構(gòu)的自重太大，抗震性能差，并且它的建筑材料磚的制作會對生態(tài)造成很大的破壞，木結(jié)構(gòu)也有對生態(tài)破壞的缺點，并且防火性能很差。正是在這樣的建筑背景下，人們需要一種更優(yōu)良的建筑材料來取代上述傳統(tǒng)建筑材料。起初，人們是不知道采用何種材料作為主要建筑材料的，建筑界根據(jù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺點提出課題：發(fā)明一種新型的建筑結(jié)構(gòu)材料。這樣就確立了研究課題。下面要做的就是要提出解決問題的思路，人們根據(jù)對建筑的受力特性（結(jié)構(gòu)構(gòu)件無外乎要具有一定的抗壓、抗剪、抗拉、抗扭能力），然后研究不同材料的受力性能，看哪種材料的受力性能最好，為此科學(xué)家們作了很多試驗，發(fā)現(xiàn)混凝土的抗壓強度比較好，也就是混凝土材料善于承受壓力。同時發(fā)現(xiàn)鋼筋的抗拉強度很高，遠遠大于混凝土的抗拉強度，甚至是它的幾百倍。混凝土的抗拉強度非常小，幾乎是很小的拉力就能使材料產(chǎn)生裂縫，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)迅速破壞。這樣通過大量的試驗結(jié)構(gòu)人們建立了對兩種材料的科學(xué)認(rèn)識。同時考慮到建筑物中梁是一個受彎構(gòu)件，即梁截面的上部受壓，下部分受拉（這是根據(jù)一般的力學(xué)規(guī)律推導(dǎo)出來的），科學(xué)家根據(jù)上述科學(xué)理論與材料認(rèn)識，充分發(fā)揮創(chuàng)造思維（創(chuàng)造思維在技術(shù)原理形成過程中起著至關(guān)重要的作用），人們就創(chuàng)造性的把兩種材料結(jié)合起來，創(chuàng)造了一種目前廣泛運用的建筑材料（鋼筋混凝土）。針對梁的受力特點，這種新的建筑材料恰恰是既充分的利用了混凝土的抗壓強度，又充分利用了鋼筋的抗拉強度。使二者的效用能夠發(fā)揮到最大。第三個階段就是試驗、實施階段。就是根據(jù)提出的技術(shù)原理進行結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計。由于土建工程一般是比較龐大的工程，因此這個階段主要是在實驗室內(nèi)進行建筑局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力試驗，具體就是用兩種材料制成鋼筋混凝土梁，然后模仿真實建筑物中結(jié)構(gòu)梁的受力施加荷載，觀察梁的受力破壞特點、破壞特點。發(fā)現(xiàn)二者能夠較好的協(xié)調(diào)一致的工作，是一種難得的優(yōu)良的建筑材料。最終這項新技術(shù)在小范圍內(nèi)推廣，發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠很好的抵抗各種荷載。實踐證明鋼筋混凝土建筑材料是建筑史上重大的一項發(fā)明。為目前建筑業(yè)的輝煌進步奠定了基礎(chǔ)。然而，隨著人類科技的巨大進步，人們研發(fā)了高強度混凝土、高強度鋼筋，還有具有特殊性能的混凝土。這些高性能的出現(xiàn)無疑促進了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展。這點也體現(xiàn)了各學(xué)科、各技術(shù)之間是相互聯(lián)系的。以上我是針對技術(shù)認(rèn)識的基本程序，結(jié)合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論簡單地談了一下其具體操作模式和步驟程序。 （2）技術(shù)方法的特點之結(jié)構(gòu)工程體現(xiàn)下面我將結(jié)合現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r對技術(shù)方法的特點作簡要介紹。技術(shù)方法具有很多特點，其中包括目的性和客觀性、功利性與折中性、多樣性與專用性、社會性與綜合性。1、目的性與客觀性。技術(shù)是人們有目的地創(chuàng)造人工自然的活動。技術(shù)方法總是與人們的一定目的相對應(yīng)的。目的性反映了技術(shù)方法的應(yīng)用是以達到目的為前提和歸宿的。技術(shù)方法具有客觀性，它以與客觀因果性相符合為前提。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計這項技術(shù)就是為了達到建筑物能夠抵抗一定地震作用，同時建筑物本身不能發(fā)生徹底性性垮塌破壞的目的。它是嚴(yán)格按照地震作用原理，根據(jù)抗震等級的不同來進行抗震設(shè)計的，抗震設(shè)計必須要以尊重客觀規(guī)律為前提。2、功利性與折中性。功利性意在說明一項技術(shù)是否有效。因此一項技術(shù)必須具有功利性。折中性的主旨在于追求技術(shù)最大效用的同時要兼顧到人與環(huán)境、長期利益與短期效益、經(jīng)濟效益與社會效益等方面內(nèi)容。在建筑設(shè)計領(lǐng)域，折中性得到了很好的體現(xiàn)，具體是在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計中人們不能為了一味的追求建筑物具有一定的安全等級而不顧經(jīng)濟效益，不能為了一味的滿足人們的生活需要不顧及生態(tài)環(huán)境的保護，也不能一味追求經(jīng)濟效益忽略了建筑物的安全性?？傊?，建筑設(shè)計要兼顧到安全、使用、經(jīng)濟、生態(tài)四個方面，不可偏頗一方，無論哪個方面都不能盲目的追求最大利益，相反也不能忽視任何一方面。必須是四者相互統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的一個設(shè)計過程?？梢?，它充分體現(xiàn)了技術(shù)方法的折中性。3、多樣性與專用性。意思是說實現(xiàn)同一個目的有多種技術(shù)途徑。舉建筑物抗震設(shè)計為例。為了達到建筑物具有一定抗震性能的目的，可以有不同的抗震設(shè)計理論。具體的有框架抗側(cè)力體系、剪力墻抗側(cè)力體系、框架剪力墻抗側(cè)力體系、框架核心筒抗側(cè)力體系、筒中筒抗側(cè)力體系、束筒抗側(cè)力體系等，可以很據(jù)建筑物的不同要求選取不同的抗側(cè)力體系。專用性是指不同的技術(shù)領(lǐng)域有屬于自己的特殊技術(shù)方法，這一點在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中是肯定成立的，比如說施工領(lǐng)域與設(shè)計領(lǐng)域是兩個完全不同的領(lǐng)域，它們的很多技術(shù)方法是沒有關(guān)聯(lián)的。4、社會性與綜合性。是指技術(shù)本身不僅要考慮到自然規(guī)律，同時也要考慮社會規(guī)律。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的體現(xiàn)就是設(shè)計中在尊重客觀規(guī)律（即一定的設(shè)計原理、設(shè)計規(guī)范）的前提下，如果遇到難于用量化標(biāo)準(zhǔn)來進行設(shè)計時，要適當(dāng)?shù)母鶕?jù)設(shè)計專家的經(jīng)驗來進行設(shè)計。綜合性是指要綜合考慮各種偶然因素進行分析，例如實際工程設(shè)計中往往要考慮某些偶然荷載的作用的。四、怎樣運用科學(xué)技術(shù)方法論促進結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展由上述分析可知，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中幾乎處處都能找到自然辯證法的影子。我們知道自然辯證法是研究自然界普遍存在的一般規(guī)律的科 學(xué)。具體到科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有科學(xué)理論、技術(shù)理論及其方法論的研發(fā)。如何把這些普遍規(guī)律運用到工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，以更有效地促進結(jié)構(gòu)設(shè)計的進步與發(fā)展呢？結(jié)合我所學(xué)自然辯證法的基本知識，我認(rèn)為有幾項重要工作不容忽視。以下簡要做一下介紹： （1）要重視基礎(chǔ)研究 即科學(xué)、技術(shù)理論研究。這就要求國家要加大資金投入，加強科研機構(gòu)的建設(shè)，培養(yǎng)一大批先進的科學(xué)理論專家。在做好本專業(yè)領(lǐng)域的工作的同時，更重要的是要加強各個學(xué)科的技術(shù)交流，因為不同學(xué)科之間往往存在一定聯(lián)系，可以把其他學(xué)科的理論運用到或者移植到建筑設(shè)計領(lǐng)域中去，有時還要經(jīng)過必要的修改和創(chuàng)新。例如可以利用計算機學(xué)科的理論，開發(fā)研究結(jié)構(gòu)設(shè)計程序、方法、軟件。目前結(jié)合計算機理論開發(fā)的專業(yè)軟件有AutoCAD、天正建筑、PKPM、探索者等。隨著計算機科技的高速發(fā)展，一些理論的新發(fā)現(xiàn)，都將為結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的發(fā)展提供豐富實用的理論基礎(chǔ)，然而這是需要專門科研人員來結(jié)合兩學(xué)科或者更多學(xué)科的特點，發(fā)揮創(chuàng)新能力，最終把這些理論物化為能解決實際工程問題的方案、方法。因此，作為科研人員有必要及時掌握計算機領(lǐng)域先進的科學(xué)技術(shù)理論。目前各個學(xué)科都處于攻堅階段，在短時期內(nèi)很難在某一個領(lǐng)域取得重大發(fā)現(xiàn)和理論進展，這個時期，加強各個學(xué)科、不同領(lǐng)域之間的理論互通、學(xué)習(xí)交流，經(jīng)常開展兩個或者更多學(xué)科之間的交流，有條件的可以設(shè)立一些專門研發(fā)機構(gòu)，我認(rèn)為這對于科學(xué)技術(shù)理論的新發(fā)現(xiàn)有很大的作用。（2）要建立一個專門的觀察機構(gòu) 對已建成的重大工程的各項技術(shù)參數(shù)進行不斷地監(jiān)測，以便從中發(fā)現(xiàn)問題，找出技術(shù)理論存在的種種缺陷，進而提出問題、提出新課題，供研發(fā)機構(gòu)討論并作進一步的研究，從而達到消除技術(shù)缺陷的目的。三壓迫重視人才隊伍的建設(shè)，完善科學(xué)技術(shù)社會體制化，加強科學(xué)技術(shù)專家角色的確立。不但要注重科學(xué)家人才隊伍的建設(shè)，更要促進技術(shù)專家隊伍的建設(shè)，因為技術(shù)專家在社會生產(chǎn)中比科學(xué)家有更多更顯見的經(jīng)濟功能，可以直接把理論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。 總之，要實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的跨越式發(fā)展，勢必要綜合結(jié)合各種因素，并倡導(dǎo)一種良好的研發(fā)學(xué)術(shù)風(fēng)氣，充分發(fā)揮科學(xué)家的理論創(chuàng)新能力。五、結(jié)構(gòu)工程之杰作：當(dāng)今世界人類史上最高建筑物近幾年，世界最高建筑的記錄不斷被刷新，這也顯示了結(jié)構(gòu)工程已經(jīng)取得了巨大的成就和飛速的發(fā)展。熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計的人不難發(fā)現(xiàn)，目前，高層建筑的設(shè)計理論無外乎有那幾種抗側(cè)力體系（前面已經(jīng)提過），也就是說在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論上幾乎沒有產(chǎn)生新的發(fā)展。然而，現(xiàn)今是高科技飛速發(fā)展的時代，完全可以把其他領(lǐng)域的先進技術(shù)理論運用到建筑工程中，因為建筑工程是一個龐大的工程體系，可以說是現(xiàn)代高科技的一個展示平臺。這也充分體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)各個學(xué)術(shù)界的互動，在當(dāng)今這種互動越來越頻繁?；涌梢蕴岣咝?，可以推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)界的互動創(chuàng)造的工程奇跡不見少數(shù)。最近刷新了世界最高建筑的迪拜塔就是一個鮮活的例子。下面我將簡要介紹一下學(xué)科互動在這個人類偉大工程中的運用。 迪拜塔是一個充分體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)綜合利用的偉大工程。體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的巨大社會價值。迪拜塔的結(jié)構(gòu)體系并不復(fù)雜，是一種高層建筑常采用的束筒結(jié)構(gòu)?？偢?28米，有160個樓層，比臺北101足足高出310米?？梢娝且粋€多么宏偉的工程項目。在它面前無人不嘆服先進科技的進步，無人不為人類的智慧嘆服。首先在材料方面，它用的不是普通的鋼筋混凝土，而是專門設(shè)計的高強混凝土、鋼筋。這體現(xiàn)了建筑材料的研發(fā)實力，使人們?nèi)藗兘ㄔ旄邔咏ㄖ蔀榭赡?。如果沒有這些材料是完全不能建造如此高的建筑的。其次，對于高層建筑來說，風(fēng)荷載是不能忽視的荷載，建筑物在建造過程中會受到相當(dāng)大的風(fēng)荷載，所以建筑物會發(fā)生水平、垂直方向的搖擺，如果幅度超過一定范圍，建筑物就會傾倒破壞。迪拜塔在全程建造過程中采用了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行跟蹤監(jiān)測，在建設(shè)期間可以實時掌握結(jié)構(gòu)的偏移，以保證施工的精度和安全。如果沒有先進的衛(wèi)星通信技術(shù)作支持，施工的精確度是很難得到保證的。另外在建筑物內(nèi)部設(shè)置了700多個傳感器實時監(jiān)測建筑物在重力作用下的變化情況。它還有一個巨大的挑戰(zhàn)就是把混凝土運到570米以上的高度，并且不影響混凝土的基本性能，因此必須在混凝土沒有凝固之前把它運到澆注的位置。迪拜塔采用了液壓千斤頂，建筑工程師用一個起重能力達2300噸的液壓千斤頂提升澆注混凝土和建筑材料?？梢?，如果沒有先進的高壓泵設(shè)備是不能完成此項建筑工程的。 我所了解的迪拜塔利用的高科技主要就是這些方面，肯定還有很多其他方面的高科技。在這個人類史上