土木工程与CAE技术应用-张其林-中国CAE·2008总动员

        土木工程是一门古老而传统的学科。早期的土木工程材料为土、木、石,设计建造基本依据经验。工业革命以后,钢筋混凝土和钢材成为土木工程的主流材料,设计建造必须依据数学和力学原理。土木工程学科的研究宗旨是在数力学研究成果和工程实践之间构建一座桥梁,而支承这座桥梁的3大支柱为理论分析、实验研究和计算机应用。其中,计算机应用所起的作用和所占的比重越来越大,大型数学推导软件和通用力学分析软件正在承担和替代着越来越多的原本属于理论分析和实验研究的功能。

        土木工程中的CAE技术应用有6个层面: (1)通用数值计算模拟; (2)专业规范辅助设计; (3)图形生成绘制; (4)辅助制造; (5)概预算及工程算量; (6)材料采购和建造管理。我国是当今世界土木工程建设的热点地区,因而也是土木工程计算机应用领域的大国,但遗憾的是,在这一领域我国远非强国。首先,在通用数值计算模拟层面,种种原因导致我国专业人才精于细节和微观的技术研究,疏于统筹和宏观的管理规划,尽管我国研发、推广和应用的起步不是很晚,但基本上已尽失通用力学分析软件市场。其次,在通用二维和三维图形的生成绘制层面,无论是政府、学术研究单位还是企业,在很长一段时间内都没有创建自主品牌的意识,国内市场均为境外系统所垄断。再次,辅助制造系统与机电制造行业密切相关,在这一层面我国与先进国家仍有很大差距。最后,我国学术研究单位在材料采购和建造管理层面还没有清晰概念时,发达国家已经以天价成功地向我国建造企业推广他们的成熟产品。

        当然,在部分专业性很强的领域里,因为水土不服,境外软件和系统很难与国内自主品牌的产品竞争。例如,在需要内置国内设计规范的辅助设计(CAD)层面,在需要依据国家定额标准的概预算及工程算量层面,目前还是国内软件和系统一统天下。但是,我们也不能高枕无忧,境外产品正在试图通过垄断产品的功能延伸和高技术平台强挤市场份额。我国发展土木工程CAE技术应用的最大优势是庞大的用户市场和优秀的研发人才,劣势是技术研发和推广的社会环境,包括社会资金投入、政府政策扶持、研发单位进取精神等。在目前的技术格局下,我们应该在专业规范辅助设计层面和概预算及工程算量层面及时更新技术以巩固市场推广成就;在通用数值计算模拟层面积极发展技术并研发产品;在先进的通用图形生成绘制平台基础上进行专业图形软件的二次研发和推广。韩国Midas计算模拟软件在较短时间内取得较大的研发和市场推广成绩,既为我国发展土木工程CAE技术应用提供经验和借鉴,也充分证明在这一领域奋起直追并迎头赶上国际先进水平是完全可能的。

        随着新型材料和智能控制技术在土木工程中的推广应用,土木工程CAE技术应用的前景将更为广阔,我们在这一领域只要把握机遇、积极奋斗,就有望逐渐缩小与国际先进水平的差距。