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李世煇:一個復雜性研究個案與錢學森現(xiàn)代科學技術(shù)體系的啟迪

發(fā)布時間:2020-06-09 來源: 歷史回眸 點擊:

  

  [摘要] 本文從個案研究的角度,說明錢學森現(xiàn)代科學技術(shù)體系對復雜性研究的啟發(fā)作用;
重點論述:“典型類比分析法是不是形象思維模擬的一個小小的突破口?”。

  [關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代科學技術(shù)體系,復雜性研究,個案,典型類比分析法,形象思維,序參量

  

  一、 一個復雜性工程技術(shù)問題

  

  (一) 缺乏預見功能的學科及其全球性難題

  科學理論具有解釋功能、認識功能和預見功能。[1]如果在某一領(lǐng)域內(nèi),科學理論分析預測結(jié)果與實際情況往往相差很遠,科學危機實際上已經(jīng)出現(xiàn)了。地下工程領(lǐng)域的巖石力學就是一個突出實例。

 、 巖石力學與地下工程

  巖石力學是固體力學的一個分支學科,只有50余年歷史。作為一門技術(shù)科學,它的主要任務之一就是指導地下工程的實踐。[2] 地下工程如常見的高速公路和鐵路中的隧道、輸水隧洞、水電地下廠房等,關(guān)系國計民生。但是,幾十年來全球巖石力學界面臨的一個難題,就是在地下工程設(shè)計和施工中,力學分析的可信度低。

  例如:1994年《小浪底水利樞紐地下廠房支護設(shè)計報告》指出:“清華大學計算結(jié)果表明,圍巖(洞室周圍的巖石)穩(wěn)定性非常好,塑性區(qū)較小,圍巖大部分處于彈性狀態(tài)!薄昂雍4髮W計算結(jié)果表明,圍巖穩(wěn)定性比較差,塑性區(qū)很大,甚至在天然狀態(tài)已有部分巖體處于塑性屈服或開裂狀態(tài)!倍叻治鼋Y(jié)果相反,但都不符合實際。[1] 國內(nèi)外水平大體如此,只是一般不肯公諸于世而已。為尊者諱(在西方是為還原論的現(xiàn)代科學留面子),似中西皆難免俗。

  時至今日,各國地下工程技術(shù)規(guī)范都以專家經(jīng)驗類比作為首要方法,表明現(xiàn)代科學技術(shù)在此面臨尷尬境地。

 、 一個復雜性問題

  地下工程在巖石中開挖而成。巖石力學的研究對象——巖石是經(jīng)過地質(zhì)作用天然形成的礦物集合體,是地質(zhì)體的一部分,經(jīng)歷過多次地質(zhì)構(gòu)造運動的變形、破壞、再變形、再破壞。地下工程圍巖的復雜性表現(xiàn)在:① 巖體被大小斷層、節(jié)理、裂隙、微裂隙(總稱“各級(軟弱)結(jié)構(gòu)面”)切割,其力學性質(zhì)不決定于巖石塊,而取決于各級結(jié)構(gòu)面的性質(zhì);
② 每個結(jié)構(gòu)面的幾何、力學性質(zhì)逐點變化,沒有理論方法可以計算,必須現(xiàn)場勘測;
③ 巖體中存在著天然的地應力。每一點的地應力大小和方向都不相同,沒有理論方法可以計算,必須現(xiàn)場勘測;
④ 巖體深藏地下,原位地質(zhì)勘察試驗昂貴費時,超出絕大多數(shù)地下工程的承受能力;
⑤ 地層千百年處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是,在以毫秒計的爆破開挖形成地下空間時,圍巖突然失去穩(wěn)定;
洞室圍巖中大量地質(zhì)、力學參數(shù),隨時間發(fā)生著未知的變化,向新的自組織的穩(wěn)態(tài)或失穩(wěn)轉(zhuǎn)變。

  這種動態(tài)變化極其復雜。逐點、逐時、精確的、符合實際的圍巖穩(wěn)定性分析和預測,世界上任何一個地下工程從未實現(xiàn)過。這就是巖石力學界多年未能解決的兩大前沿課題:“巖體和巖性的輸入?yún)?shù)及其本構(gòu)模型”的由來。[3]

  巖石力學分析、預測地下工程圍巖的穩(wěn)定性,使用的常規(guī)方法是還原論科學的、從部分認識整體的兩種方法:微(分單)元法和抽樣法。[4]

  巖石的復雜性和力學的還原性(單向因果分析和力學試驗)構(gòu)成巖石力學的主要矛盾。如果囿于還原論思維,理論與實踐的矛盾無法解決。錢學森指出:“從系統(tǒng)科學觀點看來,凡現(xiàn)在不能用還原論方法處理的或不宜用還原論方法處理的問題,而要用或宜用新的科學方法處理的問題,都是復雜性問題”[5]地下工程圍巖穩(wěn)定性的預測和控制,既然在國內(nèi)外都以專家經(jīng)驗判斷為主要方法,應屬一個復雜性問題,當無疑義[6]。

 。ǘ 萬事具備,只欠東風[7]

  筆者早年自學毛澤東軍事、哲學思想。改革開放初,1980年奉命參加一項軍內(nèi)重點綜合性研究課題:“坑道工程圍巖分類及其在被覆設(shè)計中的應用”;
得以長期深入重點地下工程施工現(xiàn)場,親身從事新奧法(隧道工程奧地利新方法的簡稱)先進技術(shù)的學習和應用;
特別是得以廣泛參與國內(nèi)外學術(shù)交流,從而能夠從整體上查明國內(nèi)外巖石力學與地下工程科學技術(shù)的現(xiàn)狀與問題,對地下工程的復雜性與系統(tǒng)科學興起的大趨勢有了比較深切的認識;
從而得以解脫專業(yè)性思維的束縛,總攬全局,逐漸明確認識到:1980年代初在國內(nèi)外巖石力學與地下工程界,已經(jīng)出現(xiàn)了一些前所未有的科學技術(shù)條件;
如果能對這些有利條件加以有機組合應用,就有可能另辟蹊徑,找到一種解決上述國際性難題的 “實用性方法”。

 、 系統(tǒng)科學的興起

  1978年9月錢學森等在《文匯報》上發(fā)表“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”,1980年錢學森、王壽云在中央電視臺首先宣講“系統(tǒng)工程普及講座”,[2] 在國內(nèi)學術(shù)界產(chǎn)生巨大影響。在此前后,中國出現(xiàn)了學習系統(tǒng)論、控制論和信息論的“老三論熱”,推動了復雜性研究的啟蒙。筆者就是在這一熱潮中開始自學系統(tǒng)科學知識的。

  ⒉ 圍巖變形量測

  地下工程傳統(tǒng)上把圍巖看作荷載,強調(diào)逐點量測圍巖各點的應力、應變(微觀量)。1970年代以后,在全球地下工程界逐漸推廣應用的新奧法,不僅把隧道圍巖看作荷載,更看作主要的承載結(jié)構(gòu)(與系統(tǒng)科學的自組織觀念一致);
并且把在施工中量測隧道周邊圍巖的位移(宏觀量),作為關(guān)鍵技術(shù)措施(與系統(tǒng)科學的序參量的概念一致)。它是系統(tǒng)論、控制論和信息論的觀點在地下工程界的體現(xiàn)。

 、 圍巖分類廣泛應用

  二十世紀六、七十年代以來,利用圍巖分類選定支護類型和參數(shù),是世界各國新奧法地下工程的通用的成熟技術(shù)。新奧法的圍巖分類,已經(jīng)從傳統(tǒng)的按照巖石堅固性的(結(jié)構(gòu))分類,轉(zhuǎn)變?yōu)榘凑账淼绹鷰r穩(wěn)定性的(功能)分類,把圍巖完整性(破碎程度)作為分類的首要因素。這種按照圍巖整體功能的分類,符合系統(tǒng)科學原理。

  ⒋ 計算機技術(shù)的應用和普及

  傳統(tǒng)的巖石力學分析的未知數(shù),以一、二十個為限。電子計算機的應用使得未知數(shù)可以成百、成千上萬,從而使巖石力學數(shù)值分析能夠適應比較復雜的洞室形狀、支護與地質(zhì)、施工條件。

  但是,由于“實驗室內(nèi)的小塊巖樣試驗對圍巖沒有代表性,絕大多數(shù)地下工程不具備在工程現(xiàn)場進行原位大試件力學試驗的條件”,難以獲得接近實際的輸入?yún)?shù),加之巖體過于復雜,也難以查明力學機理。由于勞而少功甚至無功。1970年代興起的“有限元熱”,很快變成人人望而卻步的“無底洞”。

 、 位移反分析法

  利用開挖隧道測得的圍巖位移,反求反映圍巖整體功能的力學參數(shù)的方法,叫做位移反分析法。所得巖體力學參數(shù)是一種大范圍的、綜合性的、等效的代表性數(shù)值。雖然堅持巖石力學分析傳統(tǒng)觀念的學者把它看得一無是處,卻受到地下工程界的歡迎。位移反分析法以新奧法圍巖變形量測為基礎(chǔ);
二者都是突破還原論、發(fā)展整體論的、符合系統(tǒng)科學理念的一種先進概念和方法。

  

  二、中西文化優(yōu)勢互補,從解決具體的復雜性問題入手——典型類比分析法研究思路與工程驗證

  

  錢學森指出:“要建立開放的復雜巨系統(tǒng)一般理論,必須從一個一個具體的開放的復雜巨系統(tǒng)入手,只有這樣,這些研究成果多了,才能從中提煉出一般的開放的復雜巨系統(tǒng)理論!盵5]這大概就是典型類比分析法這一復雜性研究個案,在系統(tǒng)科學研究中的意義所在。

 。ㄒ唬 典型類比分析法BMP程序系統(tǒng)的研制——毛澤東軍事、哲學思想觀點和方法聯(lián)系地下工程實際的應用 [8]

  錢學森指出:“軍事科學,目前已不限于常規(guī)武器戰(zhàn)爭的研究,而是研究整個客觀世界中不同集團的矛盾和斗爭,包括‘商戰(zhàn)’、‘智力戰(zhàn)’等等”[9],他還指出:“從定性到定量綜合集成法是建筑在《實踐論》基礎(chǔ)上的”,“從定性到定量綜合集成法的工作過程是以《矛盾論》為指導思想的!盵10]錢學森的理論概括,適用于與筆者在1980年代初應用毛澤東軍事、哲學思想指導復雜性科學研究的實踐。

  1. 經(jīng)過系統(tǒng)的周密的調(diào)查研究,認識到地下工程的地質(zhì)條件極其復雜,而設(shè)計者可能掌握的勘察和分析手段極其有限。這就是說,整體態(tài)勢是“敵強我弱“,相差懸殊。

  2. 面對如此的“強敵”,取勝之道只能是“調(diào)動一切積極因素” ,實行“統(tǒng)一戰(zhàn)線”的策略,盲目堅持西方近代科學的還原論的“關(guān)門主義”,必然失敗。

  3. 面對如此復雜的對象,對勘察設(shè)計所得輸入數(shù)據(jù)和巖石力學分析結(jié)果的精度要求,整體上應該是“知其大略,知其要點”!拜斎霐(shù)據(jù)和分析結(jié)果越精確,水平越高”的西方近代科學傳統(tǒng)觀念,不符實際。

  4. 在中國的特定的歷史條件下,在巖體質(zhì)量最差的Ⅴ類圍巖的一個極軟巖坑道工程,1980年前后進行了系統(tǒng)、完整的(其工作量和深度國內(nèi)外極為罕見)新奧法原位測試,按照“胸中有全局,手中有典型”的思路,可以把這個工程看作“典型”,為同類圍巖的“一般”工程,提供一個“典型的工程地質(zhì)條件(以及相應的施工條件)”的典型信息。

  5. 根據(jù)毛澤東軍事思想“傷其十指,不如斷其一指”的原則,可以判定:一個典型工程原位測試資料的權(quán)值(重要性),應該大于同類圍巖其余所有工程資料的權(quán)值之和。因此,用典型工程原位測試資料,對巖石力學數(shù)值分析程序(不僅僅對分析結(jié)果。這是本項研究對位移反分析法的發(fā)展)進行反饋和綜合性修正,建立同類圍巖的巖石力學分析專用通道。這是初步解決“圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析可信度低”難題的現(xiàn)實的途徑,有可能大幅度提高我軍坑道工程的設(shè)計施工水平。這是一個經(jīng)驗性假設(shè),有待于大量工程的應用驗證。

  以上就是筆者提出“典型類比分析法”假說的基本思路。

   (二) 典型類比分析法BMP程序工程應用實例

  筆者退休后,堅持典型類比分析法研究,依托原單位從1989年春到2000年舉辦了五期典型類比分析法講習班,面向全國推廣應用典型類比分析法軟件,用戶與成功應用的工程均數(shù)以百計,可信度的經(jīng)驗統(tǒng)計值達0.7-0.9,實效超出預料。

  以北京市的設(shè)計應用的知名地下工程為例,如八達嶺高速公路長達3.4公里的潭峪溝隧道,正在施工的南水北調(diào)工程北京段三座輸水隧洞等。設(shè)計單位評價:“使用該程序,大大縮短了設(shè)計周期。該程序具有實用性強,效率高的特點,受到了工程設(shè)計人員的普遍歡迎!

  涉外工程關(guān)鍵性技術(shù)較量是1991年二灘水電站施工中設(shè)計復核。二灘水電站位于雅礱江下游,當時在我國裝機容量最大。左右岸各有一條導流隧洞,長約1100m,開挖斷面寬20.5m,高25.5m,是當時世界最大的導流洞。地質(zhì)條件復雜,施工中軟巖坍塌與硬巖巖爆同時存在。1991年9月27日承包商菲利普— 霍爾茲曼公司自德國法蘭克福提交傳送單,提出:該導流洞軟弱圍巖區(qū)段如按原設(shè)計施作支護,圍巖不穩(wěn)定,建議每16m2側(cè)墻增設(shè)預應力錨索1根(合同價每根3.5萬元,當時估計需增加造價2千萬元),限同年11月1日執(zhí)行。負責此項工程設(shè)計的設(shè)計院收到傳送單后只有四周時間,用常規(guī)分析方法已不能完成設(shè)計復核。

  該院工程師童建文使用典型類比分析法BMP84A程序,當天得出復核結(jié)果:德商的傳送單不符合二灘實際,支持原設(shè)計的合理性。經(jīng)該設(shè)計院各級領(lǐng)導研究決定,并報請二灘水電開發(fā)公司批準,不同意德商建議。此后,承包商按原設(shè)計施工,導流隧洞于1993年12月建成通水,至今運行正常。

  1994年《國際巖石力學與礦業(yè)科學學報》刊出筆者的技術(shù)備忘錄(Technical Note),初步介紹典型類比分析法,并列舉二灘水電站等三個工程應用驗證實例。[11]

  

  三、“典型類比分析法”功能之源:大跨度地觸類旁通——典型類比分析法是不是形象思維模擬的一個小小的突破口?

  

  典型類比分析法工程應用的實績良好;
又先后發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)學、生物學和天文學等以復雜系統(tǒng)為研究對象的基礎(chǔ)研究學科中,典型類比分析法歷來是一種必要的科學研究方法(雖然此前尚未見西方科學界從科學方法論的高度做出這一概括)[7][8];
都大大出乎筆者預料。1994年讀到錢學森的論述:“跨度越大,創(chuàng)新程度也越大。而這里的障礙是人們習慣中的部門分割、分割,打不通。大成智慧學教我們總攬全局,洞察關(guān)系,所以能促使我們突破障礙,從而做到大跨度地觸類旁通,完成創(chuàng)新!盵9] 方才豁然開朗:原來作為文理結(jié)合、中西文化互補這樣大跨度地結(jié)合的產(chǎn)物,典型類比分析法有一點創(chuàng)新功能的理論依據(jù),就是錢學森的現(xiàn)代科學技術(shù)體系和大成智慧學。

  關(guān)于典型類比分析法在系統(tǒng)科學、信息科學中的應用,以及它與社會科學、人文學科中常用的典型方法的關(guān)系的論述,請參見參考文獻[8][12][13]。篇幅所限,下面重點介紹以往未曾發(fā)表的有關(guān)思維科學的一些淺見。(點擊此處閱讀下一頁)

  

  錢學森指出:“我建議把形象(直感)思維作為思維科學的突破口。因為它一旦搞清楚之后,就把前科學的那一部分,別人很難學到的那些科學以前的知識,即精神財富,都可以挖掘出來,這將把我們的智力開發(fā)大大地向前推進一步!盵14] “形象(直感)思維是我們思維科學現(xiàn)在要突破的,而且,由于智能機的研制工作已經(jīng)提到日程上來,對突破形象思維也是一個壓力。多少年來,這個問題一直是隱隱約約的。中國古話講,只能意會,不能言傳,能言傳的都是講得清楚的問題,而形象(直感)思維現(xiàn)在沒法講清楚。如果將來我們說能講清楚了,哪怕只講清楚了一點兒,也不是小事,我想那將是人類歷史上又一次革命! [15]

  筆者生逢其時,在科學技術(shù)革命的既有的物質(zhì)技術(shù)條件下(新奧法、系統(tǒng)科學、計算機技術(shù)。參見參考文獻[7]),在毛澤東軍事、哲學思想的指導下,在錢學森現(xiàn)代科學技術(shù)體系整體框架的啟發(fā)和支持下,提出“典型類比分析法”假說,隨后進行了近20年的應用驗證,取得了超出筆者預料的成效。在錢學森倡導的思維科學論著的啟發(fā)下,在參考文獻[9]中曾進行了初步的小結(jié)。本文將進一步學習研究的成果歸納如下:

 。ㄒ唬 復雜系統(tǒng)具有序參量,是有效模擬形象思維的一個必要條件

  國內(nèi)外地下工程用于設(shè)計、施工決策的首要方法,歷來是依賴專家經(jīng)驗的工程類比法。這顯然主要地不是依賴嚴密的邏輯思維,而是一種宏觀把握的、以形象(直感)思維為主的思維活動。

  錢學森指出:“等腦科學來發(fā)展思維科學是不行的。怎么辦?思維科學要走人工智能和智能機這樣一條道路,也就是用機器模擬的方法,如果模擬出來了,即人的思維可能就是這么回事。所以,人工智能、智能機的理論是思維科學,而思維科學的發(fā)展恰恰要靠智能機、人工智能的工作。我們也可以說用思維科學來指導智能機的工作,又用智能機的發(fā)展來推動思維科學的研究!盵3]

  只有邏輯分析能力的馮氏計算機,盡管已有海量信息存儲和高速運算能力,但是,本身并沒有模擬形象思維的功能。在模式識別方面(例如,漢字書法作品的識別)人們做了許多努力,至今成效不大。

  但是,典型類比分析法實踐證明:在特定的條件下,現(xiàn)行的計算機用于模擬像“專家的工程類比”這樣的形象思維,不僅是可行的、而且是有效的,可以普及應用的。這個“特定條件”有三:① 這種復雜性科學技術(shù)問題原則上是可以用模型方法處理的,只是由于“機理復雜,關(guān)鍵性參數(shù)不清”,使得理論分析模型的分析結(jié)果可信度低。② 這種復雜系統(tǒng)(個體)具有可觀測的(或同時具有可控制的)序參量。③ 在某一系統(tǒng)(個體)中,這種序參量的測試結(jié)果在同類系統(tǒng)(個體)中已經(jīng)具有良好的代表性?梢宰鳛榈湫托畔,用以對上述理論分析模型作反饋和綜合性修正。

  (二) “典型地質(zhì)環(huán)境”的提出和選定

  地下工程圍巖穩(wěn)定性分析預測難題的關(guān)鍵,是地質(zhì)因素復雜多變,加以施工中人為因素的觸發(fā),難以獲取比較符合實際的原位測試資料。但是1980年代初,在中國的特定的歷史條件下,曾經(jīng)花費了超出常規(guī)若干倍的資金、技術(shù)力量和時間,在最為軟弱、破碎的Ⅴ類圍巖中的一個特定的新奧法地下工程,獲取了比較系統(tǒng)、完整、符合實際的原位測試資料。如果用傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計的方法,Ⅴ類圍巖的樣本數(shù)為1,可信度為零。但是,如果換一個思路,用毛澤東倡導用于社會調(diào)查的、中國人喜聞樂見的典型方法(或稱“典型-一般方法”)去處理,把已經(jīng)獲取的、比較符合實際的原位測試資料所反映的該地下工程的地質(zhì)環(huán)境(以及相應的施工條件,下同),看作Ⅴ類圍巖地下工程的典型地質(zhì)環(huán)境,就有可能另辟蹊徑,絕處逢生。

   “典型地質(zhì)環(huán)境”概念在腦海中的涌現(xiàn),是對“地下工程圍巖穩(wěn)定性分析預測難題”長期的苦苦探索中,突發(fā)奇想,豁然開朗的。這種典型地質(zhì)環(huán)境概念的提出和具體選定,需要總攬地下工程全局,洞察地下工程內(nèi)外的關(guān)系,抓住主要矛盾,將聯(lián)想、想象、類比等形象思維方法,和分析、歸納、演繹等抽象思維方法結(jié)合起來。因此,邏輯思維是時常應用的,起著基礎(chǔ)作用。但是,在解決問題的關(guān)鍵時刻起主導作用的是形象思維。

  盧明森提出的形象思維三條基本規(guī)律中,核心是形象典型律。形象典型律強調(diào):“如果對某個有代表性的感性形象的個性特征加以概括,那么它就成為反映一類事物的典型形象,它的作用則在于從若干事物中去識別某一類個體,因此這樣的典型形象就不再是感性形象,而是理性形象了。二者的區(qū)別在于:感性形象強調(diào)的是個性形象,而典型形象則強調(diào)的是一類事物的典型特征!盵16]在圍巖穩(wěn)定分析中,形象思維中的典型形象(即:各類圍巖中典型工程中原位測試的、代表性良好的典型地質(zhì)環(huán)境)既是個別工程的形象,同時,這個工程所在的同一類圍巖中,地下工程地質(zhì)環(huán)境之主要的、共有的特征,又集中反映在這個別工程上。也就是說,在圍巖穩(wěn)定分析中,典型工程具有同一類圍巖地質(zhì)環(huán)境的典型特征,因此,在同類圍巖地下工程中代表性良好。從思維科學的角度觀察,典型地質(zhì)環(huán)境的意義在此。

  (三) “用計算機模擬專家經(jīng)驗類比的形象思維,能夠達到工程實用的水平”的驗證

  以形象思維為主產(chǎn)生典型地質(zhì)環(huán)境和典型類比分析法,及其計算機軟件,能不能有效地模擬專家的形象思維?能不能為國內(nèi)外巖石力學與地下工程界公認?

  在十余年來數(shù)以百計的地下工程應用驗證的成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,以下三點可以明確回答:“典型類比分析法第一代軟件——BMP84A程序,是否已經(jīng)能夠起到專家現(xiàn)場咨詢的作用?”

  1. 國內(nèi)的社會認同

  1994年總參謀部兵種部組織的技術(shù)鑒定委員會一致認為:典型類比分析法“發(fā)展了坑道工程設(shè)計理論,使坑道支護設(shè)計技術(shù)產(chǎn)生了帶突破性的進展”;
“總體上居于國際先進水平,5個特點方面居于國際領(lǐng)先地位”。1995年1月獲軍隊級科技進步一等獎。經(jīng)大量工程應用驗證,典型類比分析法已經(jīng)納入我軍《防護工程設(shè)計規(guī)范》,1998年經(jīng)總參謀部和總后勤部批準在全軍實行。2000年總參謀部兵種部已將典型類比分析法軟件下發(fā)各大軍區(qū)工程兵使用。下面簡介一個典型工程實例:

  海軍某大型重點坑道工程任務緊急,要求1999年當年設(shè)計施工完成,確保安全。該坑道開挖跨度20米,高9.1米。其中有兩個軟弱巖石段,總長70米。由一位缺乏工程經(jīng)驗的、年輕的碩士主持設(shè)計,襯砌厚1米,雙層配筋,鋼筋直徑32㎜,凈間距48㎜,施工難度大,難以保證安全。后來得知典型類比分析法已列入我軍規(guī)范,改用典型類比分析法軟件(1998年版)進行分析預測。經(jīng)綜合分析比較確定:襯砌厚0.65米,鋼筋直徑25㎜,凈間距80 ㎜(節(jié)約混凝土35%,鋼筋約50% )。當年勝利建成,證明設(shè)計安全可靠。同年8月海軍某部致函寫道:典型類比分析法“具有快速反應、簡便實用、直觀、可靠性較高的特點,非常適應當前我軍國防工程建設(shè)發(fā)展的需要!

  2. 西方同行能夠明白:“為什么一個計算機軟件,能夠起到專家現(xiàn)場咨詢的作用”

  1996年1月《國際巖石力學與礦業(yè)科學學報》主編J.A.Hudson博士來華,筆者告訴他:“二灘水電站導流隧洞施工中進行設(shè)計校核時,我并不在現(xiàn)場。設(shè)計院的工程師使用我研制的典型類比分析法BMP84A程序,起到了我到現(xiàn)場咨詢的作用! Hudson博士說:“我?guī)缀醪桓蚁胂!辈⒄f希望筆者再寫一個稿件,讓他的讀者都能明白。

  在J.A.Hudson博士的學生和助手矯勇博士的大力幫助下,筆者和助手吳向陽等的論文“典型類比分析法在二灘水電站施工中的應用”的中、英文稿,經(jīng)過一年多的反復斟酌、修改補充,又經(jīng)過J.A.Hudson博士的英文編輯,并為“典型類比分析法”的英譯定名(Precedent Type Analysis,簡稱PTA),1998年12月發(fā)表于《國際巖石力學與礦業(yè)科學學報》[17]。說明這篇稿件達到了使西方讀者都能明白:“為什么典型類比分析法分析程序,能夠起到專家現(xiàn)場咨詢的作用”的要求。

  3. 國際巖石力學學會主席的推重

  2007年1月,新任國際巖石力學學會主席J.A.Hudson博士發(fā)表長篇論文:現(xiàn)代化的巖石力學建模與巖石工程設(shè)計的流程圖。在引言和綜述以前的工作部分,該文引用1977年以來8篇文獻,多數(shù)出自國際權(quán)威專家學者,1998年筆者和助手的上述論文也在內(nèi)。隨后J.A.Hudson博士提出“現(xiàn)代化的巖石力學建模流程圖”,引用當代8種巖石力學建模方法,其中之一是典型類比分析法。[18]典型類比分析法能夠為國內(nèi)外巖石力學和地下工程界主流所理解,并得到公認,可以說這是一個標志性的事實。

 。ㄋ模┑湫皖惐确治龇ㄔ谔囟ǖ姆矫,能夠模擬專家現(xiàn)場咨詢,并高于專家現(xiàn)場咨詢的6點表現(xiàn)

  1. 專家現(xiàn)場咨詢意見主要是定性的,而典型類比分析法軟件對圍巖穩(wěn)定性的分析預測是從定性到定量、逐次逼近的;

  2. 典型類比分析法軟件以計算機為基礎(chǔ),一般工程技術(shù)人員都能掌握應用;

  3.以工程地質(zhì)力學指導下的、更為先進的“坑道工程圍巖分類”,作為類比的基礎(chǔ);

  4.以同類圍巖中地質(zhì)條件最差的,具有比較系統(tǒng)、完整的原位測試資料的典型工程的典型信息,作為類比的基準,可信度高于一般專家;

  5.充分利用巖石力學數(shù)值分析的優(yōu)勢,是一種以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗半理論方法,能夠反映洞形、埋深、支護配置等結(jié)構(gòu)因素。這是專家經(jīng)驗難以反映的;

  6. 人機結(jié)合,以人為主。既發(fā)揮人的宏觀經(jīng)驗判斷的長處,又發(fā)揮計算機高速運算、海量存儲和信息處理的優(yōu)勢。

  既然典型類比分析法把地下工程專家咨詢經(jīng)驗,即“別人很難學到的那些科學以前的知識,即精神財富”,挖掘出來,并且已經(jīng)幫助地下工程中工程技術(shù)人員把“智力開發(fā)大大地向前推進一步”,既然在地下工程專家咨詢經(jīng)驗方面,典型類比分析法已經(jīng)“是把還沒有形成科學的前科學知識都利用起來”,而且在廣泛的實際應用中,確屬行之有效,那么,錢學森指出的:“形象思維比抽象(邏輯)思維更廣泛,邏輯思維只是解決科學問題,形象思維是把還沒有形成科學的前科學知識都利用起來。這是智能機的問題!盵16],典型類比分析法雖然屬于軟件(原則和方法),不是硬件,但是從功能的某些方面看,應屬“智能機的問題”似乎原則上應該是成立的,應該也是經(jīng)得起反駁的。

  但是,典型類比分析法對于形象思維研究來說,畢竟只是一個個案。凡是具體經(jīng)驗都有局限性。對于形象思維的模擬,本文如果真的能夠講清楚一點兒的話,也只是一顆鋪路石子而已。

  

  五、小結(jié)

  

  一個具體的復雜性工程技術(shù)問題研究,如果自覺地以錢學森現(xiàn)代科學技術(shù)體系總體框架為指導,從不同角度、不同層次加以觀察,并且用中西兩種不同文化和科學傳統(tǒng),以及不同學科的理論觀點和方法進行對照、分析,加以融會貫通、有機結(jié)合,就有可能解決西方科學家所未能解決的科學技術(shù)難題,并且有可能在理論上見西方科學家所未見。筆者感到,這是錢學森指出的一條光明大道,也是盡快取得有價值的理論創(chuàng)新成果,并且在技術(shù)創(chuàng)新和普及應用上有所發(fā)展的必由之路。據(jù)此筆者認為:錢學森現(xiàn)代科學技術(shù)體系總體框架作為復雜性科學研究的綱領(lǐng),應當之無愧。

  本文提出“典型類比分析法是形象思維模擬的一個小小的突破口,初步具有錢學森指出的‘中國第一代智能機’的某些功能”的初步認識,當否,敬請批評指正。

  

  A Complex Case Study and the Enlightenment of

  Qian Xuesen’s Modern System of Science and Technology

  Li Shihui

   ( Visiting Research Profressor of Key laboratory of Engineering Geomechanics, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China )

  [abstract] This paper starts from the angle of a case study, to explain the enlightenment of Qian Xuesen’s modern system of science and technology. A key point of this paper is that “ Is the Precedent Type Analysis a small gap to model the thinking in images on computer?(點擊此處閱讀下一頁)

   ”

  [key words] modern system of science and technology; complexity study; case; Precedent Type Analysis; thinking in images; order parameter

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  [1] 黃河水利委員會勘測設(shè)計研究院:《小浪底水利樞紐地下廠房支護設(shè)計報告》.1994年.第50-51頁.

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