中國年輕結(jié)構(gòu)工程師困惑與出路

2016-09-17 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

前言:我在一家大型工業(yè)設(shè)計(jì)院工作,今年是我畢業(yè)工作第十個(gè)年頭。與很多國家的同行們在實(shí)際工程中真刀真槍干過。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了很多,看了很多,也想了很多?，F(xiàn)在對結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所想寫下來,與同行們一起分享。希望對所有夢想成為真正結(jié)構(gòu)工程師的年輕人有所幫助。寫得對的地方我們一起來共勉,對寫得不對的地方我們一起來切磋。老一代結(jié)構(gòu)人已經(jīng)退出歷史的舞臺,我們正在創(chuàng)造屬于我們這一代人的歷史。我們一起努力共同進(jìn)步,共創(chuàng)我們美好的明天。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教育需改革
近年來,由于我們國家大興土木,工程建設(shè)異常繁忙,很多年輕人紛紛加入了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的行業(yè),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師收入也不錯(cuò),結(jié)構(gòu)人迎來了春天。但并不是所有人的春天,一幫熱血沸騰的年輕人每天面對瑣碎的技術(shù)問題,披星戴月帶著巨大的職業(yè)壓力在做設(shè)計(jì),其實(shí)過的都是與富士康員工相當(dāng)?shù)目啾粕?。這很大原因歸結(jié)于我們的技術(shù)水平還沒有達(dá)到職業(yè)要求。只有沖破了技術(shù)屏障,結(jié)構(gòu)人的春天才真正到來。
對于如何提高設(shè)計(jì)水平,我想起了我學(xué)外語的教訓(xùn)。從初中考試到研究生畢業(yè),整整花了 13年的學(xué)外語。第一次出國門,發(fā)現(xiàn)所學(xué)外語與實(shí)際應(yīng)用相去甚遠(yuǎn),連基本的問題都很難解決。在國外一年時(shí)間里,基于生活和工作需要,跟司機(jī)、廚師學(xué)、當(dāng)?shù)氐墓こ處煂W(xué)…,外語終于可以張開就有?；貒鴷r(shí)在昆明機(jī)場在電梯里忘記了這是國內(nèi),用外語回答別人的問題發(fā)現(xiàn)對方很茫然,后才想到這已經(jīng)是國內(nèi)了。13 年的努力敵不過一年,為什么?不是我們不努力,而是我們努力的方向不對。外語不是什么高大上的東西,是傳統(tǒng)學(xué)校教學(xué)方法有問題的。
基于設(shè)定的考試而不是基于需要的學(xué)習(xí),耽誤我們十多年的青春。同理,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)也是一樣的,很對人學(xué)了很多年的數(shù)學(xué),如代數(shù)、幾何數(shù)學(xué)、微積分、概率論、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)等等,學(xué)了很多工程力學(xué),如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、理論力學(xué)、彈塑性力學(xué)等等,在實(shí)際的工程中能應(yīng)用多少呢。學(xué)校教育并不是基于實(shí)際需要的教育。導(dǎo)致很多工程師都喜歡在家里閉門造車,拿著規(guī)范啃,抱著軟件不放。有很多人認(rèn)為大院的設(shè)計(jì)水平就很高,其實(shí)不然。設(shè)計(jì)院的水平就是做具體事情的幾個(gè)工程師的水平。大多也就是閉門造車的產(chǎn)品,過分依賴規(guī)范和軟件,只關(guān)心結(jié)果不關(guān)心過程,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路不明確,主次輕重不分,沒有理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本質(zhì),沒有掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯。結(jié)果是做設(shè)計(jì)如打亂仗,每天帶著一堆疑問做設(shè)計(jì),壓力大,效率低,質(zhì)量差。
學(xué)校里邊的理論課與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等不是基于設(shè)計(jì)工程需要而學(xué)習(xí),考試考得很高深,具體到工程實(shí)際就不會應(yīng)用了。規(guī)范制造了很多名詞,提出很多要求,一般人很難看出背后的規(guī)律,很多地方很難跟實(shí)際聯(lián)系起來,結(jié)果是考注很高分的人不見得能做出多高的設(shè)計(jì)。這讓我想起老外考英語四級考不及格的事情。這跟我們學(xué)英語一樣,從初中到大學(xué)畢業(yè),結(jié)果還是寫不出來,張不開口。新東方英語的成功就是對學(xué)校英語教學(xué)失敗的證明。結(jié)構(gòu)師教育存在同樣的問題。這種基于考試需要且缺乏實(shí)踐的教育模式導(dǎo)致很多剛剛畢業(yè)學(xué)生面對設(shè)計(jì)不知道從何下手。在設(shè)計(jì)單位,注重速度而不在乎設(shè)計(jì)技能培養(yǎng),讓一批年輕人蹉跎了人生學(xué)習(xí)知識的最美好的時(shí)光,失去了獨(dú)立思考的能力。最麻煩的是我們的結(jié)構(gòu)是教育以及我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思維模型。在學(xué)校里老師念經(jīng)式的講課。畢業(yè)后,就像一臺沒有拼裝的機(jī)器,無法自行能運(yùn)轉(zhuǎn)起來,更別說能生產(chǎn)產(chǎn)品。剛剛畢業(yè)出來做設(shè)計(jì),首先花大量的時(shí)間去畫圖.同事間的技術(shù)壁壘限制。工程師成才的路上,永遠(yuǎn)沒有抓到設(shè)計(jì)的真相,全部是規(guī)范和所謂的經(jīng)驗(yàn)說辭。我覺得中國結(jié)構(gòu)工程是培養(yǎng)從來沒有在正確的軌道上。那每年不到 10%的通過率的注冊考試就是證明。如果把工程師水平分級,可以分為畫圖級、簡支梁級、框架級和土木級。在我看來,我國 80%的工程師屬于畫圖級和簡支梁級。
墨守成規(guī)、缺乏創(chuàng)新。我們的結(jié)構(gòu)工程師教育需要一場革命。目標(biāo)是:結(jié)構(gòu)工程師能熟練的運(yùn)用結(jié)構(gòu)基本理論解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。不管輔助軟件好壞,不管有沒有規(guī)范,我們能做出合理的結(jié)構(gòu)。方向是:基于結(jié)構(gòu)行為需要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)方法(PSR)。

工程師培養(yǎng)應(yīng)該回歸到正確的軌道上來,工程師做工程師應(yīng)該做的事,軟件做軟件做的事,規(guī)范做規(guī)范做的事情。我們要做到“我的設(shè)計(jì)我說了算”。如果說基于實(shí)際需要的外語學(xué)習(xí)方法是對傳統(tǒng)外語學(xué)習(xí)方法的革命,基于結(jié)構(gòu)行為需要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)方法(PSR)就是對過去說教式的結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)方法的革命。什么是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門學(xué)問也是一種習(xí)慣;設(shè)計(jì)做透了就像玩積木,做不透就像走迷宮;設(shè)計(jì)做得多不如想得多,想得多不如想得透。一句話:做透它,形成一種習(xí)慣。具體如何做呢?關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)師技能提高在這里我談?wù)勎业目捶ā?

年輕設(shè)計(jì)師的問題:
平時(shí)喜歡在網(wǎng)上跟年輕的同行們討論問題,發(fā)現(xiàn)很多人年輕同行都有一樣的毛病。
1、離不開規(guī)范。做設(shè)計(jì)一定要按著規(guī)范一條一條套。就不知道如何做出一個(gè)可靠合理的設(shè)計(jì),不知道如何優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2、喜歡用 PKPM。不管遇到任何問題都喜歡用軟件建立一個(gè)模型分析,而且希望所有的問題都能在軟件模型中表達(dá)出來。
3、不喜歡分析。遇到不熟悉的結(jié)構(gòu)形式,不知道如何分析。
4、對結(jié)構(gòu)安全可靠心里沒有底。有的人做一個(gè)結(jié)構(gòu),不知道結(jié)構(gòu)有多少余度,最后是做完設(shè)計(jì)回去天天睡不著覺。
5、亂套規(guī)范。明明是受壓部位,一定要計(jì)算一下混凝土的裂縫。檢修用的吊車梁,一定要計(jì)算一下疲勞;
6、沒有邏輯。做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),關(guān)鍵的地方不去想,把主要的精力放在次要的地方。

為什么出現(xiàn)這種情況呢?歸根結(jié)底是沒有系統(tǒng)性的理解透徹結(jié)構(gòu)行為和設(shè)計(jì)本質(zhì)。比如不清楚荷載取值,不清楚結(jié)構(gòu)如何工作如何破壞,不清楚構(gòu)件如何崩潰。結(jié)構(gòu)工程師把基本的結(jié)構(gòu)原理放到一邊,而放大量的精力在畫漂亮的圖和結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件等方面。這讓我想起了咱們中國學(xué)生學(xué)英文,天天去背語法,而不是去開口和運(yùn)用,最后大部分是啞巴英語,外語應(yīng)用水平還不如在海外呆過幾年的廚師。

設(shè)計(jì)邏輯比設(shè)計(jì)技術(shù)重要
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本質(zhì)都是一樣的,都是結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)的問題。做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的是設(shè)計(jì)邏輯。其他的如軟件應(yīng)用、規(guī)范熟練、畫圖工整等都是輔助而已。主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邏輯:
1) 結(jié)構(gòu)安全性層次:關(guān)鍵構(gòu)件、次要構(gòu)件;
2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本質(zhì)是:結(jié)構(gòu)破壞預(yù)測(結(jié)構(gòu)分析)與結(jié)構(gòu)破壞設(shè)防(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì));
3) 理解結(jié)構(gòu)行為是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ);
4) 做設(shè)計(jì)前,首先確定設(shè)計(jì)目標(biāo);
5) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所有參數(shù)必須是可靠的?？煽啃岳碚撌墙Y(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)
6) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為評估層次和精算層次。對任何設(shè)計(jì),首先進(jìn)行簡化方法的評估,當(dāng)評估認(rèn)為有必要時(shí)才做精算。除非局部評估認(rèn)為很關(guān)鍵才需要用諸如 ABAQUS 或ANSYS 有限元計(jì)算。

關(guān)于設(shè)計(jì)軟件
剛參加工作的時(shí)候主要是 PKPM,任何設(shè)計(jì)上都想到 PKPM 解決。由于PKPM 功能有限,有的異型一點(diǎn)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)建立模型很麻煩,想盡各種辦法去建立模型。浪費(fèi)了很多時(shí)間和精力?，F(xiàn)在回想起來,為什么不尋找不用 PKPM 可以解決的辦法。很多煩惱都是因?yàn)橛媚撤N軟件帶來,那我們干嘛一定要用呢。所以建議大家不要太依賴軟件。養(yǎng)成軟件依賴癥,對設(shè)計(jì)失去控制能力,設(shè)計(jì)水平永遠(yuǎn)不會提高,而且會給你的工作帶來無窮無盡的煩惱。為了減少煩惱,盡快把設(shè)計(jì)弄透,而不是過多得勁精力研究某種軟件如何操作。除了 PKPM,其他的國際認(rèn)可的通用型軟件 STAADPRO、MIDAS、ABAQUS 、ANSYS等軟件的操作思路都是差不多的,僅僅是界面和操作方法有所不同。就像手機(jī)操作系統(tǒng)那樣,大同小異。不同軟件有不同的側(cè)重點(diǎn),很難說好壞。評點(diǎn)一下:

PKPM,國產(chǎn)軟件,優(yōu)點(diǎn):能解決問題,批量式建模,一步到位的設(shè)計(jì)功能。缺點(diǎn):黑箱操作,人機(jī)互動性差,自動幫助工程師完成設(shè)計(jì)。使用時(shí)間長了會有依賴性,不利于工程師的成長。結(jié)論:建議年輕的工程是謹(jǐn)慎使用;

STAADPRO,美國產(chǎn),優(yōu)點(diǎn):我認(rèn)為是最好的一款結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。這個(gè)軟件僅僅做結(jié)構(gòu)分析,不做設(shè)計(jì)(有的附加設(shè)計(jì)模塊)。從建模、荷載、荷載組合、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析等等都比較開放,工程師可以根據(jù)自己的需要處理。特別適合做工業(yè)類建筑。缺點(diǎn):軟件的統(tǒng)計(jì)分析功能差了點(diǎn)。結(jié)論:鼓勵(lì)多用,可以透徹理解整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。對快速提高工程師結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平很有幫助。構(gòu)件設(shè)計(jì)部分自己可以編寫其他程序來完成。

MIADAS,韓國產(chǎn),優(yōu)點(diǎn): 功能比PKPM
功能強(qiáng)大,不知道誰學(xué)習(xí)誰,可以完成一站式設(shè)計(jì),開放性也不錯(cuò),支持?jǐn)?shù)字化建模,相信不久的將來將取代 PKPM。缺點(diǎn),相比 staad
互動性差點(diǎn),界面也不是那么友好。

ABAQUS 和 ANSYS 為專業(yè)有限元分析軟件,只是在覺得有必要做詳細(xì)分析的特種結(jié)構(gòu)用。在設(shè)計(jì)院用處不大。

關(guān)于我國設(shè)計(jì)規(guī)范
規(guī)范就像法律,最好的法律注重法理,最差的法律是基于某些人的利益需要。我們的規(guī)范就像最差的法律。我國的規(guī)范更注重具體要求,而不注重原理,想幫工程師考慮很多問題卻約束了工程師的創(chuàng)造性。規(guī)范提了很多閉門造車式的要求,實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)了問題,就不斷的升版修修補(bǔ)補(bǔ),結(jié)果是越來越厚。每一個(gè)規(guī)范都喜歡互相抄襲自成一體,搞得很混亂很復(fù)雜,當(dāng)一本規(guī)范升版的時(shí)候,其他規(guī)范不就忙著升版。一幫人忙著出版新的規(guī)范詮釋,到處開講座。媽的,一幫人忙著賺錢,這幫人是誰呀,學(xué)霸、規(guī)霸。為了編寫規(guī)范每年搞了很多經(jīng)費(fèi),做哪些重復(fù)了很多次的試驗(yàn)。這門那么古老的工程學(xué),他們每年都能推陳出新,為什么?因?yàn)樗麄兏鶕?jù)自己需要那么做,而不是因?yàn)榭茖W(xué)。

作為規(guī)范應(yīng)用者,我們應(yīng)該理解規(guī)范背后的真相。不管是鋼結(jié)構(gòu)、混凝土還是高層結(jié)構(gòu)或者是抗震,都回歸到荷載—結(jié)構(gòu)行為—結(jié)構(gòu)抗破壞設(shè)計(jì),都是結(jié)構(gòu)力學(xué)材料力學(xué)的問題。只要理解了規(guī)范背后的真相,幾十本規(guī)范濃縮起來成一本規(guī)范,其他規(guī)范都是這本規(guī)范的變種。那你就成為一名真正的結(jié)構(gòu)工程師。任何設(shè)計(jì)對你來說都輕易拿得起放得下。

PSR(process‐solve‐resistance)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的根本是“知其然、知其所以然”。不管是鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)還是橋梁結(jié)構(gòu),抗震還是非抗震,多層還是高層,設(shè)計(jì)思路是一樣的。結(jié)構(gòu)師做到“知其然知其所以然”。知道結(jié)構(gòu)工作實(shí)際情況和掌握設(shè)計(jì)邏輯。那規(guī)范的問題和軟件的問題以及實(shí)際的問題就迎刃而解,或者就很容易找到答案。

解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的根本方法是 PSR(process-solve-resistance)方法。 P(process)結(jié)構(gòu)行為分析:荷載分析,過程分析,破壞分析, S(solve)構(gòu)件內(nèi)力分析:內(nèi)力分析,強(qiáng)度分析,R(resistance)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì):截面確定、配筋確定、構(gòu)造確定、評估分析
設(shè)計(jì)目標(biāo):
S/R=k,K 為小于 1 的系數(shù),結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)荷載和邊界可靠性、結(jié)構(gòu)部位、破壞后果和投資意愿等因素確定。
PSR
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)是:
1)概率論在結(jié)構(gòu)行為可靠性中的應(yīng)用:荷載、材料、行為等各個(gè)環(huán)節(jié)可靠控制;(對任何結(jié)構(gòu))---大學(xué)基本沒有教
2)荷載與結(jié)構(gòu)內(nèi)力(對任何結(jié)構(gòu))---結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)
3)結(jié)構(gòu)破壞行為與結(jié)構(gòu)關(guān)鍵路徑分析(對任何結(jié)構(gòu))---大學(xué)基本沒有教、這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵
4)構(gòu)件破壞與破壞設(shè)防(鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件)---規(guī)范規(guī)定
5)安全控制邏輯

結(jié)構(gòu)技能提高路線圖
學(xué)習(xí)項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)內(nèi)容(從實(shí)踐到規(guī)范,從規(guī)范到實(shí)踐)

結(jié)構(gòu)可靠控制
1、荷載可靠度:荷載取值、荷載分項(xiàng)系數(shù)、荷載組合與發(fā)生概率的
關(guān)系;各種不同荷載如何取值,特殊條件下工程師如何考慮調(diào)整。
解決問題:任意給定的荷載如何取規(guī)定可靠度下設(shè)計(jì)值,對任意結(jié)構(gòu)的部位如何取最不利工況。
2、材料可靠度:材料承載力取值有多大的可靠度;不同的荷載下的對應(yīng)的材料可靠度要求;
解決問題:給定任意材料如何取規(guī)定可靠度下設(shè)計(jì)值
3、模型可靠度:計(jì)算模型參數(shù)與實(shí)際不一致,包括:結(jié)構(gòu)布置、連接、結(jié)構(gòu)破壞行為;
4、邊界條件可靠性:土力學(xué)取值可靠度,支座可靠性

5、施工可靠度:了解結(jié)構(gòu)不同的位置施工難度和修復(fù)代價(jià),根據(jù)難度和代價(jià),設(shè)計(jì)控制不同的余度。

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