結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反思討論(一)轉(zhuǎn)載

1、(轉(zhuǎn)載)設(shè)計(jì)反思手算還是電算?誤區(qū)還是誤解?大家來討論隨著工程軟件廣泛的應(yīng)用,近些年已經(jīng)有越來越多的人質(zhì)疑"手算"存在的必要性,以下是一個(gè)知名的土木工程師羅城提出的質(zhì)疑以及其他同行們的觀點(diǎn)和議論,非常精彩,各有各的獨(dú)到之處,大家是怎么看這個(gè)問題的那?羅成:很多老設(shè)計(jì)師大約是軟件掌握得不好，所以看到年輕人用軟件來做設(shè)計(jì)，大約是心生妒火，就來誣蔑軟件設(shè)計(jì)的功能，貶低軟件設(shè)計(jì)的效率，抵制社會的進(jìn)步，拼命的要求年輕人用手算。我實(shí)在搞不懂，“手算”到底能做什么？ 眾所周知，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分兩個(gè)過程：一個(gè)是結(jié)構(gòu)內(nèi)力整體計(jì)算。一個(gè)是構(gòu)件截面配筋。前者針對結(jié)構(gòu)，后者針對構(gòu)件。 結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力計(jì)

2、算，手算能完成嗎？不要說復(fù)雜的高層手算根本沒法完成，就說最簡單的例子：一個(gè)十分規(guī)則的多層房屋，好比說計(jì)算地震力吧。你手算大約只能用底部剪力法吧？什么是底部剪力法？就是只考慮一階振型的振型分解法。這是一種簡化的近似計(jì)算方法。這種手算結(jié)果，能和軟件的n階振型藕連的計(jì)算精度相比嗎？這種手算結(jié)果有什么用？ 再比如說一個(gè)框架多高層房屋在豎向荷載（比如說樓面恒活）下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。你手算只能采用分層法之類的近似簡化計(jì)算方法。而且大約只能計(jì)算最簡單最規(guī)則結(jié)構(gòu)的情形。這種分層法的計(jì)算精度，能和軟件的有限單元的位移協(xié)調(diào)法的精度相比嗎? 前面談的是結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。再談?wù)剺?gòu)件配筋計(jì)算大多數(shù)概念模糊的設(shè)計(jì)師，總是誤以為配筋

3、計(jì)算就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全部這當(dāng)然毋庸置否的笑話。構(gòu)件的配筋計(jì)算，我想大多數(shù)手算也能完成，只要你不怕繁瑣的話。當(dāng)然前提是，你要把每一個(gè)構(gòu)件的每一種最不利組合的內(nèi)力，加上地震內(nèi)力放大系數(shù)的考慮，都能全部找出來恐怕一個(gè)聰明人不會去做這種無聊的事情。就算你把最不利組合內(nèi)力找出來了，就算你手算能給構(gòu)件配筋了，這就表示你很算得很好了嗎？構(gòu)件配筋這種活，難道軟件計(jì)算還不比你手算精確？ 過去沒有電腦，所以設(shè)計(jì)都是靠手算。所以計(jì)算的精確度，設(shè)計(jì)的正確性，無疑是比不上現(xiàn)在的。這就是時(shí)代的進(jìn)步。習(xí)慣軟件設(shè)計(jì)，不代表概念模糊。習(xí)慣手算，不代表就是概念清晰，不代表就是水平高。相反，那些有“手算”崇拜心理的，大多數(shù)都是概念掌

4、握得迷惑不清的二流設(shè)計(jì)師。 舉一個(gè)例子，我有一次做樁基，我采用jccad，結(jié)果一位資格老（但是水平其實(shí)很低）的設(shè)計(jì)師看見了，就堅(jiān)持要我用手算，因?yàn)樗幌嘈跑浖?。我告訴他：“樁基沉降手算沒法算啊”。結(jié)果他就自己去搞手算，采用實(shí)體深基礎(chǔ)分層法計(jì)算，廢了九牛二虎之力，花了一個(gè)星期，而且只是選擇了一個(gè)樁基計(jì)算。算出來就向我炫耀。我就告訴他：我們這個(gè)樁基樁數(shù)很少，并不符合實(shí)體深基礎(chǔ)假定啊，我們必須用明德林公式來計(jì)算。于是他就真的要去用明德林公式計(jì)算，結(jié)果呢，回去翻規(guī)范一看，明德林公式如果用手算的話，恐怕我們一年也干不了一個(gè)工程。 還有一次，也是一位資格老的工程師，看到我們用pmcad設(shè)計(jì)樓板，又看不過去

5、，又自告奮勇的用手算來設(shè)計(jì)。結(jié)果呢，他就選擇了其中某一個(gè)房間的某塊樓板來配筋，拿來我面前炫耀。我就問他：“你的樓板內(nèi)力算得精確嗎？配筋公式計(jì)算得精確嗎？我們這個(gè)工程樓板有上百個(gè)房間，而且跨度受力都不一樣，難道你打算我這么多樓板全部采用你這一個(gè)配筋結(jié)果？而且你這個(gè)配筋驗(yàn)算了裂縫和撓度沒有？你知道現(xiàn)澆樓板的裂縫計(jì)算公式連規(guī)范都沒有嗎？” 我這里談的是混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)然鋼結(jié)構(gòu)也是同樣的道理。我想說的，關(guān)于計(jì)算和設(shè)計(jì)，你手算永遠(yuǎn)不可能比軟件計(jì)算精確，這是毋庸置疑的。就算說軟件在某一方面有小缺陷，但是這也不是你手算就可以取代的。有些不常見的小構(gòu)件，也許軟件不能算，這個(gè)時(shí)候也許必須采用手算，而且這個(gè)手算也只

6、能是近似粗糙的算。如果是常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般的結(jié)構(gòu)，為什么不采用軟件設(shè)計(jì)，而偏要去自作聰明的手算呢？做設(shè)計(jì)，必須依賴精確的軟件計(jì)算，而不能依賴原始的、粗糙的手算結(jié)果。 至于說軟件模型與實(shí)際工程差距，那純粹是軟件使用技巧和軟件需要改進(jìn)的問題，這與手算毫無關(guān)系。因?yàn)橐粋€(gè)工程，如果軟件都設(shè)計(jì)不了，你手算更加沒法設(shè)計(jì)。某些錯(cuò)誤的、蹩腳的結(jié)構(gòu)布置，導(dǎo)致軟件應(yīng)用的局限，那也純粹是概念設(shè)計(jì)混淆的問題，與手算毫無關(guān)系，其實(shí)也與軟件無關(guān)。 甲:我們使用結(jié)構(gòu)軟件做設(shè)計(jì)，是有一定前提的，那就是概念清楚、思路清晰、目的明確。 概念清楚就是你所采用的結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)特性、受力特點(diǎn)必須清楚，在軟件中如何建模、抓住主要特點(diǎn)、

7、忽略次要因素，使建出來的模型能夠反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力特性；思路清晰就是我們所使用的軟件是采用什么樣的內(nèi)核來處理我所要解決的問題的，這種算法有什么優(yōu)缺點(diǎn)， 某些參數(shù)該如何取值；目的明確就是你不可能用一個(gè)軟件沒有的模塊來計(jì)算結(jié)構(gòu)的某種性質(zhì)，如用橋梁博士來計(jì)算橋梁的動力特性那是不可能的。 在整個(gè)使用軟件的過程中，我們面對的很大一部分是在輸入各種參數(shù)，那么，參數(shù)該如何取值，它是怎么算出來的，必須明確，這還是一個(gè)概念的問題，再就是計(jì)算結(jié)果的處理，軟件是這樣，無論你輸出一個(gè)什么數(shù)，都會有一個(gè)結(jié)果，但是，這個(gè)結(jié)果可不可靠，就只能靠經(jīng)驗(yàn)，靠積累來判斷了，而且，有些軟件對一些參數(shù)是很敏感的，計(jì)算結(jié)果跟實(shí)際不符，就

8、只有調(diào)參數(shù)，一次一次試算了。羅成:很多“手算大師”一天到晚都要檢驗(yàn)軟件的正確性，手算出來，發(fā)現(xiàn)和電算有差距，就認(rèn)為電算有問題，然后覺得電算不可靠。這是非常可笑的。 電算有沒有問題，不是靠手算去檢驗(yàn)的，也沒辦法用手算去檢驗(yàn)的。軟件如果有缺陷，可能原因是多方面的。但是永遠(yuǎn)不是通過手算結(jié)果和電算結(jié)果進(jìn)行對比來檢驗(yàn)的。 設(shè)計(jì)師只能相信軟件的計(jì)算結(jié)果如果你選對了好的軟件的話，如果你的幾何建模沒有問題的話，如果你的結(jié)構(gòu)布置沒有問題的話。 即使軟件算錯(cuò)了，那也不是設(shè)計(jì)師所能左右的。所謂的通過“手算”就能發(fā)現(xiàn)軟件的錯(cuò)誤，那是無稽之談 乙:即使軟件算錯(cuò)了，那也不是設(shè)計(jì)師所能左右的。 謬論。 準(zhǔn)確的說，軟件的編寫

9、等依照的公式和手算依照的公式是一樣的。也就是說，軟件編寫的正確已否，也涉及到手算過程的準(zhǔn)確已否。 手算，機(jī)算，本源是一樣的，沒有錯(cuò)與對之分。只是軟件能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)以千萬計(jì)的手算。 迷信軟件的萬能，就是將自己的身家性命綁在了一個(gè)一個(gè)的程序人員編寫者的身上。許多軟件都有免責(zé)條款。 經(jīng)常用的軟件，建議不要看圖形結(jié)果，一定要看文本的計(jì)算結(jié)果。仔細(xì)校核。 羅成:軟件有，設(shè)計(jì)師也無能為力，你不可能就把設(shè)計(jì)改成手算。除非軟件公司去改進(jìn)軟件。 有許多地方，手算依據(jù)的公式和電算依據(jù)的公式是不一樣的。有更多東西，手算連公式都沒有，因?yàn)槿思也辉S你手算。 合格的設(shè)計(jì)師是： 熟讀規(guī)范和教材，系統(tǒng)體悟全套設(shè)計(jì)理念。

10、并且能過注冊考試。 精通設(shè)計(jì)軟件，了解軟件的功能和局限，熟練使用，并且能運(yùn)用這個(gè)利器，有效率的完成施工圖。 不合格的設(shè)計(jì)師是： 對規(guī)范和設(shè)計(jì)理念一知半解，對軟件操作和應(yīng)用技巧一知半解，卻整天要手算，要檢驗(yàn)軟件的正確性。對這種人，有前途的話，我會建議他最好去軟件公司發(fā)展；沒有前途的，我會建議他改行。 丙:請羅工看以下愛德華.L.威爾遜大師的格言： 結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域永遠(yuǎn)不會完全自動化。帶有人工智能的專家系統(tǒng)會取代有創(chuàng)造力的人這種想法簡直就是對所有結(jié)構(gòu)工程師的侮辱 過分依賴軟件而忽視結(jié)構(gòu)概念的人才是可悲的.程序永遠(yuǎn)不能代替人腦,當(dāng)然也就不能代替"手算" 象你所說的這種依賴電算的人,不

11、知如何下現(xiàn)場處理問題,如何與建筑師快速合理確定方案?你只能停留在一個(gè)普通的設(shè)計(jì)師或者叫程式操作員的水平上. 羅成:他說的是一種帶有哲學(xué)意義的話。如同我們常常掛在嘴邊的一句話：電腦不能代替人腦。事實(shí)上是，人腦能做的某些事，也許電腦沒法做。但是電腦能做的許多事，人腦也是沒法做的。這種哲學(xué)詭辯無多大實(shí)際意義。 我們現(xiàn)在就談設(shè)計(jì)，一個(gè)工程給你，無論是方案階段還是施工圖階段，告訴我，你什么時(shí)候能用到“手算”？你手算能算什么？定方案的時(shí)候你需要手算什么東西？ 告訴我，你什么時(shí)候什么工程需要用到“手算”？“能熟練的手算能提高工作效率和工作質(zhì)量”。 這個(gè)事實(shí)是不存在的。如果存在這樣的事情，那說明你沒有用對設(shè)計(jì)

12、軟件或者未掌握軟件。做設(shè)計(jì)，沒有必須單獨(dú)去手算一個(gè)簡支梁這種情形。我做設(shè)計(jì)，從來不手算, never。 丁:羅工程師太偏激了,可惜結(jié)論并不正確. 1"因?yàn)橐粋€(gè)工程，如果軟件都設(shè)計(jì)不了，你手算更加沒法設(shè)計(jì)。"謬論! 1931年紐約帝國大廈落成時(shí),不要說軟件連計(jì)算機(jī)尚未發(fā)明呢,怎么辦,八十年代以前設(shè)計(jì),不是照樣用手算過來了嗎. 2"軟件計(jì)算精確,手算不精確"概念錯(cuò)誤!對一個(gè)實(shí)際的建筑物來說,由于計(jì)算方法的局限性,做了不同的假定和簡化,所以就產(chǎn)生不同的計(jì)算結(jié)果,你能說軟件就一定精確,那為什么不同的軟件會有不同的結(jié)果,而且差別很大,連規(guī)范編制者都不能確定那一個(gè)更

13、符合實(shí)際.你能說軟件就一定精確. 就拿樓主舉的例子來說:好象用明德林公式一定精確.錯(cuò)!明德林公式的前提是土是各向同性且線彈性的,但實(shí)際上土是離散的隨機(jī)的非線彈性的,而且由于探坑是30-50米一個(gè),你用一系列不準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù),再算的精確,結(jié)果也是不準(zhǔn)確的.手算可能不太準(zhǔn)確,但負(fù)負(fù)的正,反而有可能更接近事實(shí)的本質(zhì). 還有樓主將底部剪力法貶的一無是處,將n階振型藕連的計(jì)算捧到天上,既然如此,為什么規(guī)范還要概念設(shè)計(jì)及構(gòu)造處理,說明規(guī)范編制者自己都不能確定.日本的抗震設(shè)計(jì)水平不比中國差,中國很多構(gòu)造都是學(xué)日本的,至少九十年代以前,就是用底部剪力法(現(xiàn)在不清楚)算抗震的. 3既然計(jì)算手段的改進(jìn),計(jì)算精確,

14、應(yīng)該帶來材料的節(jié)省和用鋼量的減少,但事實(shí)恰恰相反,現(xiàn)在的用鋼量大于過去的用鋼量.所以計(jì)算手段的先進(jìn)并沒有帶來材料的節(jié)省 4其實(shí)手算和機(jī)算無非是個(gè)手段問題,關(guān)鍵在于如何迅速準(zhǔn)確的把握事物的關(guān)鍵,建立符合實(shí)際的力學(xué)模型,而不是從一個(gè)極端走到另一個(gè)極端. 戊:不能說會手算的都是好結(jié)構(gòu)師，但是，不會基本的估算，離了計(jì)算機(jī)什么都不會做的，肯定不是好的結(jié)構(gòu)師。 手算要做好，必須對整個(gè)計(jì)算過程非常全面的了解，以板為例，考慮板計(jì)算跨度和梁間距是不同的；哪些梁要考慮起拱作用；配筋用的內(nèi)力怎么算？，抗裂縫的內(nèi)力怎么算這個(gè)計(jì)算過程中要考慮計(jì)算的精度、誤差的傾向、適用范圍等等。如果對這些設(shè)計(jì)中的基本概念一竅不通，只會

15、用計(jì)算結(jié)果，其實(shí)未必真正看得懂計(jì)算結(jié)果，因?yàn)橛?jì)算中隱含的假定、簡化等往往會比百分之幾的計(jì)算精度產(chǎn)生更大的影響。 說懷疑程序，可能是在給你保留面子，實(shí)際上是在懷疑你是否會用程序，你是否理解每一個(gè)參數(shù)的含義。 要把手算做好，還有一個(gè)基本功：判斷每個(gè)數(shù)據(jù)的合理性。人不能不犯錯(cuò)，但有經(jīng)驗(yàn)、有功底的結(jié)構(gòu)師不會犯大錯(cuò)。如果沒有這個(gè)基本功，只會操作軟件，就認(rèn)為自己會做設(shè)計(jì)了，那自能送你兩個(gè)字：“找死”！ 我和我的同事們主要工作是審核分包設(shè)計(jì)院的圖紙，有些人的計(jì)算結(jié)果你拿來我們就知道是不對的，因?yàn)楹芏鄸|西不但不需要計(jì)算機(jī)，連手算都不用，心算就能算出他的結(jié)果不在合理范圍內(nèi)。不要認(rèn)為這有多復(fù)雜，其實(shí)很簡單，例如地震力下的柱彎矩：M=單位面積質(zhì)量 * 作用面積 * 合理的剪壓比 * 反彎點(diǎn)下的柱長。這么算當(dāng)然不精確，但，絕不會離譜。而就這么簡單估算就可以檢驗(yàn)出的問題卻屢屢出現(xiàn)，為什么？ 崇拜 “手算” 絕對是誤區(qū)，因?yàn)榛镜氖炙隳芰Y(jié)構(gòu)師最基本的保命手段。因?yàn)椋撼绦蛴肋h(yuǎn)完全正確絕對不可能；數(shù)據(jù)輸入永遠(yuǎn)正確絕對不可能；模型簡化永遠(yuǎn)合理絕