结构工程师对计算机的滥用

结构工程师对计算机的滥用
——一个清楚而现实的危险

LeroyZ.Emkin
Founder and Co-Director,
Computer Aided Structural Engineering Center Professor,
School of Civil and Environmental Engineering
Georgia Institute of Technology Atlanta,
Georgia30332-0355, USA
（北京大学王海兰、孙树立摘译，陈璞校）

摘要：计算机的滥用日益威胁着公众的安全，有意改变这种现状的人只是极少数，有能力改变这种现状的人也只是极少数。在工程界不少人迷信：计算机是知识的源泉，计算机是解决工程问题的源泉，计算机具有令人信赖的“智慧”。这些迷信都大大背离了事实，不可以简单地信赖计算机。有些人自称是结构工程师，但他们把计算机作为知识、经验、思维的替代品，而把自己对结构工程的无知隐藏在计算机的黑匣子里。有责任感的工程师必须保护公众免受这些人滥用计算机所带来后果的影响。他们必须认真地想一想，有没有什么办法，使人们免受这些迷信的影响。

关键词：计算力学，结构工程，人工智能
　
　　计算机是知识、经验和思维的替代品。纵观当今世界，这种非常令人不安的观点正在结构工程师中逐渐蔓延。人们似乎越来越愿意相信计算机使他们能对工程做出正确的判断，而根本不去想一想，如果没有计算机同样的工作需要哪些必要的知识和经验。按百分比迅速增加的工程师相信，解决工程问题的专业知识就是怎样使用计算机以及计算机本身的专业知识。在结构工程界，把使用计算机的能力当成能胜任工作的证明，作为一种观点正在像传染病一样到处蔓延。大量的结构工程师确实相信，他们仅仅简单地依靠计算机就可以“解决”工程问题了，而没有认识到高质量的工程只能是渊博的工程理论知识，大量的经验，以及艰辛的脑力劳动相结合的产物。
　　问题是过分强调自动化技术是以削弱实际知识为代价的，过分强调也演变成了不学习实际知识的借口。从教育和实践两方面来看，如此过分强调计算机带给朝气蓬勃的年轻工程师们一个错误的信息，工程学习和工程实践就是轻松地使用菜单和用计算机生成五颜六色的图画。
　　在工程设计环境中利用信息自动化技术有很严重的负面影响，信息自动化技术像毒品一样能轻易地诱使大脑相信其虚幻的安全性，知识性和能力。在这些自动化技术实现其真正的价值以前，设计工程师必须不依赖计算机，而用学识和经验去解决工程问题。非常不幸，我们变得如此依赖于计算机，以至于正在迅速丧失不依赖计算机进行计算工作的技能。
　　与那些只有依赖计算机才能“解决”工程问题的人讨论问题时，一个称职的结构工程师什么样的痛苦和挫折没有经历过？这些人（不要把他们跟真正的工程师混为一谈）已不再有能力，或者从来没学过，不依赖计算机解决工程问题。从根上他们不懂得，计算机不可能记录有关模型、分析和设计的一些技巧。可以这样认为，除了具有快捷的计算速度以外，计算机程序只是一些离散的知识。这些人没有认识到，知识已经远远超过了有限的计算机指令所能编程的界限。真正的工程知识是经验、直觉、灵感、领悟力、创造力、想象力和“认知”的巨大综合体，它超越了任何计算机程序和程序员对结构工程的“理解”。恰恰相反，这些人认定世界是一个巨大的有限元模型，而计算机能够并且也应该自动地建立模型，进行分析，完成设计，打印出最终结果。“工程师”能做的，仅仅是区分规格和需求，给顾客开发票，牟取利润，并且迅速找到新项目。
　　今后，只有越来越少的工程师能独立地（即不依赖计算机）找出结构工程问题的正确解答，这种对计算机的依赖性将会带来巨大的麻烦。随着对计算机的依赖程度的不断上升，谁来解决工程问题？是那些没有或只有很少的结构工程知识和实践经验的程序员，或是有其他专业学位而不是结构工程学位的程序员来做？计算机现在不是，也永远不会是解决工程问题的源泉。只有合格的工程师才能正确地解决工程问题。如果结构工程师们继续制造这样的氛围，在结构工程实践中，首先靠计算机，而不是靠有学识、有创新和有丰富经验的结构工程师本身，就能够解决大部分结构工程问题，那他们就是自欺欺人，也欺骗了他们的服务对象。
　　在今天的现实生活中，结构工程师发现了一种既非常有效又方便的方式去为顾客服务，它不需要花费大量的时间和金钱去学习或理解结构工程模型，分析和设计的细节。这种“方式”就是计算机。工程师们现在的行为方式符合宇宙的自然规律，即用最低的能量消耗前进。现在，越来越多的结构工程师对自动化技术的响应就是让计算机工作，同时让自己不再去操心细节了。
　　现代工程具有复杂的理论细节，依靠计算机的工程不能，根本不能让人们学习有意义的经验。现代计算机的运算范围和速度，太容易使工程设计变得毫无生气。试问，有谁能抵抗激动和解脱的感觉——不用太多的艰辛就能求解成千上万个方程？又有谁能抵抗诱惑——让自动化技术来“解决”工程问题？真正的结构工程师，不用计算机就能工作的真正的结构工程师就有这样的抵抗力。这些真正的工程师看到了实质，计算机是一种很不完善的工具，它只能处理大量信息。以光速执行的指令大多是没有经验的程序员编制的，它们的可靠性值得怀疑。在计算中，对于受动力载荷的作用的曲壳结构发生非弹性变形时，不正确的结果一样可以在屏幕显示，它们的等应力图看上去也是如此这般地赏心悦目。这样下去，只要手上有计算机软件的使用说明，就可以用计算机得到结果了。或者更方便，只需在图形用户界面上选择合适的菜单，就得到结果了。事实上，如果“靠相互交谈来探讨怎样分析梁和柱，靠双手找出闭合解”会更有利。
　　也许有人推测，以上论调只能证明本文作者从根本上是反计算机的，或是他没有认识到现代信息技术美好的未来，或是他对那些在神奇的创意中利用这种技术的专家不屑一顾。然而，并不仅仅是这样。即使认识到计算机的潜力，工程师也对危险熟视无睹。结构工程是对安全性吹毛求疵的职业。在世界各地，结构的特性是由结构工程设计的质量决定的。由于在实践中采用了计算机，越来越多的结构工程师正在制造以幻想为基础的信仰系统，正在发展难以置信的危险期望。随着这一趋势的延续，工程失效的威胁也会按指数形式增长。
　　一个简单的例子就是世界各地越来越多的工程公司都期盼CAE/CAD软件能将结构工程设计程序完全自动化。现在，越来越多的结构工程师希望在解决问题时他们只需区分类型和条件，让CAE/CAD程序自动生成必要的数学模型，完成复杂而重复的分析和设计过程。最后，由制图工具完成生产图和施工图。在这种环境中，结构工程师唯一的责任就是明确所要解决的问题，然后评价最后的设计“结果”。这种设计方式注定是灾难性的。数不清的软件开发商为满足市场的需求，不断开发和推销注明有各种用途的软件。于是，不那么称职的工程师就相信了广告，即使用这种软件只要投入很少的人力就能进行工程设计。