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【每日话题系列】既然有傻瓜式的结构设计软件,为什么还要学习力学混凝土结构这些专业



每日话题2017.10.23

《每日话题》专栏主要是为从事结构的设计师提供交流与互动的平台,定期分享当下设计行业热点事件、以及线下征集设计师工作、学习中的遇到的困扰。(每期征选的设计师个人困扰话题以匿名形式公布),欢迎大家踊跃提供话题素材,让大家一起给你出谋划策,一起成长提高。联系QQ:2355735304 备注投稿。



本期话题:


既然有傻瓜式的结构设计软件


为什么还要学习力学混凝土结构这些专业?


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来源:知乎 猪小宝

在科幻小说界的传世巨著《基地》三部曲中,阿西莫夫描绘了一幅很巧妙却又很意味深长的画面。基地,地盘小,武装弱,但却在虎视眈眈的强权势力中游刃有余,甚至某种意义上,是基地凌驾于这些强权势力之上。基地对周边势力的控制,靠的不是大炮巨舰的武力威慑,也不是给钱给物的经济贿赂,而是靠着穿了“宗教”马甲的“科技”。


基地为周边强大而又蛮荒的强权势力提供科技援助,免费且热情,比如核电技术和生物医学技术。然而,这些科技援助被有意的“伪装”成“宗教”。其它势力的所有技术人员都要到基地接受培训,基地教给他们的只是如何操作这些高技术设备,而不会教给他们背后的原理。事实上,这些技术人员被叫做“教士”。对于他们而言,基地教给他们的不是科学技术,而是宗教;他们也不是来基地学习,而是来“朝圣”;操作核电站也并不是在操作核电站,而是在以神圣的不可改变的仪式来侍奉“科学神殿”里的“神圣力量来源”。如果他们操作错了,核电装置坏了,对他们而言则是他们的神圣仪式出了差错、不够虔诚,所以神发怒了。同样,基地的先进药物都是神的恩赐,如果不按照神的旨意服用,那么也会得到神的惩罚,比如病治不好或者副作用。对于周边的强权势力来说,基地并不是科学援助的来源,而是神灵的所在,上天眷顾之所。

当然,我们能在阿西莫夫的描写中看到历史上罗马天主教廷的影子。但同样,我觉得《基地》也揭示了现代技术与从业人员之间的微妙关系。我们知道我们自己在干什么吗?我们在一步一步的使用设计软件的时候,知道它具体的原理吗?如果不知道的话,我们跟这些基地培养的科学“教士”有什么区别?


一定程度上,没有什么区别。我们就是结构设计“教士”。有限元软件就是我们神庙里的神谕,规范就是我们神庙里的圣经。我们中的绝大多人,都是在依靠黑箱子里出来的神谕活着;我们中的绝大多数人,终其一生也不会走出圣经所规定的那个圈圈。“规范就是这么说的”和“软件算过去了就行”,嗯哼,“圣经就是这么说的”和“按照神谕做就行”,这就是我们结构设计师的两大信条。什么?神谕里面是什么样子的?圣经为什么是这样的?你管呢!

也许这就是为什么像阿西莫夫这样的人会认为技术可能会反过来阻碍人类社会的发展:我们有可能沦为高技术的奴隶。久而久之,当年的技术资料终将被埋在历史的垃圾堆里,科技也将沦为宗教。到那时候,没有人会明白神谕的含义,没有人会明白圣经的来源。人类的命运不再属于我们自己,而是属于这些古老却顽固的神谕和圣经。


我并不是危言耸听,如果所谓的结构设计师只是一个机械的执行规范、图集、有限元软件的人肉批处理程序的时候,我们离危险也就不远了。规范里就是这么规定的,所以我遵守就行了。结果呢?汶川地震的时候,有几个框架真正做到了“强柱弱梁”?图集里楼梯就是这么配筋的,所以我比着做就行了。结果呢?汶川地震的时候多少楼梯被生生拉断?软件里没有楼梯,所以我不考虑它的影响。结果呢?有多少框架结构是因为偏心布置的现浇楼梯造成了严重的震害?


就像钢结构论坛上的马升东老师所说的,结构设计软件这个黑匣子给设计师的眼睛上蒙上了一块黑布,标准图集又是一匹瞎马,而业主的“科学发展观”又不断的催促设计师赶路,真可谓是“盲人骑瞎马,夜半临深池”!


甚至,有很多很多的结构“设计师”在直接用着 PKPM 自动生成的图纸,这都不是“盲人骑瞎马”了,简直就是“信马由缰”了。到底是谁在设计?“设计师”?还是 PKPM?当然,你可以说 PKPM 不够好,市面上有更好的。的确,比如 Midas 就看准了这个市场,推出了 Midas Building,号称可以一站式解决问题。但即使是软件再优秀,它能替代人类设计师吗?它能具有自我更新和自我纠错的能力吗?它会摆脱黑箱子吗?如果它不再是黑箱子式的神谕,它还能叫软件吗?


很不幸,就目前来看,计算机是懒惰的、愚蠢的,它们倾向于偷懒,倾向于得到平庸的回答。也许有一天,人工智能的发展会让我们拥有优秀的结构设计机器人。但至少在目前,以及未来很长一段时间内,都不会有比 Ove Arup 或者 Jorg Schlaich 更优秀的机器人设计师。没错,机器人可以在国际象棋上打败最好的人类,但我不觉得短期内机器人可以在结构设计领域胜过最好的人类,我不觉得短期内机器人会懂得结构设计的优雅和艺术。



这是 Ove Arup 设计的 Kingsgate 步行桥,看上去很平淡,但你能想象的出它是怎么建造的么?



这是这座步行桥的建造过程,先在河岸两边分别浇筑桥体的一半,然后分别旋转90度,刚刚好拼接成一座步行桥。这座桥的施工甚至都没有打扰到每天在河里训练的赛艇运动员。



这是川口卫设计的神户 World Memorial Hall,这个穹顶又是怎么建起来的呢?



这是它的施工照片,穹顶先在地面拼装完成,然后向上顶升。就像变形金刚一样,自己从趴着的状态变成直立状态。

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这是我画的示意图,可以想象成是顶升过程的连续曝光。不需要搭建大规模的脚手架,也不需要高空作业,只需要地面拼装,然后千斤顶同步顶升。


之所以举这两个例子,是想说明为什么我说结构设计是优雅的,是艺术的。我对技术的发展很乐观,如果有一天,机器人、电脑、人工智能,不管是什么,只要它能做出这样的结构设计,我就认为我们不再需要人类设计师了。至于那会造成什么影响,完全是另一个问题,就像汽车替代了马车、网购代替了供销社一样。


但很明显,你我都明白,很久很久以后,机器人才可能会拥有这样的创造力。所以,在这之前,我们还是需要人类设计师,这些优雅的设计还是需要人类设计师来完成。为了做到这些,你必须得明白背后的东西,而不是只会操作。你必须像基地的自己人一样掌握科学技术,而不是像基地培训的“教士”一样只会使用不懂原理。就像一个摄影师,为了拍出好作品,就必须至少明白光圈是什么、快门是什么、ISO 又是什么。如果只会用傻瓜相机,是很难拍出好作品的,甚至还可能会因为种种原因,造成曝光失误。


回到正题,看看 GT STRUDL 的创始人 Leroy Z. Emkin 教授是怎么说的吧:


NO COMPUTER SOFTWARE PRODUCT SHOULD BE USED FOR STRUCTURAL ENGINEERING COMPUTATIONS UNLESS IT HAS BEEN FULLY AND PROPERLY VALIDATED AND CERTIFIED PURSUANT TO INDUSTRY ACCEPTED STANDARDS OF ENGINEERING SOFTWARE QA AND QC.
The structural engineer must apply the same high degree of care and detail when validating computer software accuracy and checking actual computer results as is applied when using time tested and traditional procedures for checking hand computations (e.g., every detail, data value, assumption, and computation must be checked and rechecked prior to use).

用 Emkin 教授的一句话结尾:


In other words, a good computer program does not make a good engineer, only a good engineer should use a good computer program!

好软件并不会让你成为好工程师,只有好工程师才配使用好软件。


小伙伴们你们怎么看?

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