對建筑結(jié)構(gòu)設計的反思

對建筑結(jié)構(gòu)設計的反思摘要：不可否認，借助電腦的幫助，我們設計師的效率獲得了驚人的提高，設計周期大大的縮短，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)設計領(lǐng)域亦如此，那些既有有手工設計繪圖經(jīng)歷又有電腦設計繪圖經(jīng)歷的結(jié)構(gòu)設計師，一定更能更能深刻理解和感受到電腦對設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，我們設計師的效率獲得了驚人的提高，設計周期大大的縮短。近幾年，隨著中國城市化建設的熱潮，越來越多的人涌入房屋設計行業(yè)，設計行業(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)設計師的確是這么做的。他們的設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。而且設計繪圖，在這些結(jié)構(gòu)設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!一個工程設計完成!這一切看起來是多么的輕松!原來設計可以這樣做！整個計算設計直到圖形輸出過程，幾乎沒有消耗多少設計師的大腦細胞！從他們的設計過程來看，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計師的大腦。那么，這個缺乏人腦參與的設計圖形產(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計的工具而已，它并不是萬能的，它自身并不能代表設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)設計師自身做出判斷而后進行設計。不同的簡化和假設，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、簡化，并建立與之對應的恰當、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)設計師的大腦的衰退速度更是驚人。我們的設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，設計師同時進行著幾個工程設計。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，設計師必將越來越依賴于電腦，設計也將不稱之為設計，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)設計領(lǐng)域同樣如此。設計師在剛開始從事工程結(jié)構(gòu)設計工作時，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)設計中，設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計師個體的結(jié)合，我們稱之為“結(jié)構(gòu)感”，和概念設計有所區(qū)別。概念設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計師。同時，結(jié)構(gòu)設計師使用結(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