談“運(yùn)籌學(xué)”在土木工程課程中的應(yīng)用

陸　霄

(慶陽市西峰職業(yè)中專，甘肅 慶陽)

[摘 要]:基于“運(yùn)籌學(xué)”的基本理論，重點(diǎn)闡述“運(yùn)籌學(xué)”理論在土木工程專業(yè)課理論中的應(yīng)用，得出土木工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握“運(yùn)籌學(xué)”的基本理論的必要性和重要性。

[關(guān)鍵詞]:運(yùn)籌學(xué) 土木工程 應(yīng)用

一、概述

“運(yùn)籌學(xué)”作為科學(xué)名字出現(xiàn)于20 世紀(jì)30 年代末的二次世界大戰(zhàn)期間。當(dāng)時(shí)，應(yīng)用在軍事戰(zhàn)爭年代，直到20 世紀(jì)60 年代，才被人們普遍認(rèn)可并加以發(fā)展應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)和社會等領(lǐng)域，特別在當(dāng)今科技發(fā)展迅速、經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的有利條件，“運(yùn)籌學(xué)”的基本理論先后被引進(jìn)了各個(gè)學(xué)科的學(xué)科理論中，成為了科研技術(shù)人員必備的理論基礎(chǔ)，對于土木工程學(xué)科而言也不例外。因此，作為土木工程專業(yè)未來的工程技術(shù)人才而言，學(xué)習(xí)和掌握“運(yùn)籌學(xué)”的基本理論知識和如何將專業(yè)知識與其聯(lián)系起來有其必要性和重要性。

二、“運(yùn)籌學(xué)”在土木工程專業(yè)課理論中的應(yīng)用

“運(yùn)籌學(xué)”的理論基本要點(diǎn)，就是將數(shù)學(xué)中的優(yōu)化思想與社會實(shí)際問題的有機(jī)結(jié)合，作為從事在本工程專業(yè)的技術(shù)人員，只有具備扎實(shí)的理論數(shù)學(xué)和工程應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，才能將該課程基本理論與土木工程專業(yè)相關(guān)理論相結(jié)合并靈活運(yùn)用于教學(xué)、科研和工程實(shí)踐中，以下結(jié)合土木工程部分幾方面淺談“運(yùn)籌學(xué)”的基本理論在土木工程專業(yè)中的應(yīng)用。

1.結(jié)構(gòu)分析課程

結(jié)構(gòu)分析，是土木工程專業(yè)中最基本的專業(yè)基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)和靈活掌握其他專業(yè)課的必要前提。其主要內(nèi)容是通過對各種結(jié)構(gòu)形式在不同荷載情況下的荷載效應(yīng)進(jìn)行分析，計(jì)算得出內(nèi)力分布，分析出在建筑功能要求一定的條件下的結(jié)構(gòu)最優(yōu)布局形式，以便今后工作中從事實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，能靈活運(yùn)用所學(xué)的知識選擇出合理的結(jié)構(gòu)形式。例如，我們所開設(shè)的《材料力學(xué)》是分析單個(gè)構(gòu)件的受力、而隨之所開設(shè)的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是將《材料力學(xué)》的單個(gè)構(gòu)件組合成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行整體分析等。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程，主要是通過學(xué)習(xí)相應(yīng)的專業(yè)課基本理論，再讓學(xué)生結(jié)合相應(yīng)的理論進(jìn)行課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，從而提高學(xué)生靈活運(yùn)用理論進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)方面和處理實(shí)際問題的能力，為以后更好、更快適應(yīng)工作環(huán)境打下良好的基礎(chǔ)。

(1)《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》

《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》是土木工程專業(yè)中一門重要的基礎(chǔ)專業(yè)課，它所要解決的主要問題是根據(jù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析結(jié)果，合理設(shè)計(jì)配置鋼筋和混凝土，使得鋼筋和混凝土充分利用，以至鋼筋混凝土設(shè)計(jì)達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，這三個(gè)目標(biāo)中有主有次，相輔相成。一般原則為保證安全，滿足適用，追求經(jīng)濟(jì)。所以，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程條件建立與實(shí)際工程條件基本吻合的力學(xué)模型，再進(jìn)行受力分析，確定設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，合理配置鋼筋和混凝土。

(2)《鋼結(jié)構(gòu)》

隨著社會經(jīng)濟(jì)、科技文化水平的不斷發(fā)展，人民生活水平逐步提高，再加上世界人口的增多，社會對大型公共建筑物的需求日益迫切，而在大跨度結(jié)構(gòu)方面鋼結(jié)構(gòu)有著自身的優(yōu)點(diǎn)（強(qiáng)度高、自重輕、抗震性能好等）。為此，《鋼結(jié)構(gòu)》的理論越來越顯重要。《鋼結(jié)構(gòu)》課程理論主要是圍繞結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、材料的強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性展開的，由于鋼材的強(qiáng)度高，截面尺寸小，大多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)的破壞都不是由材料強(qiáng)度引起的，而是由結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件長細(xì)比過大，導(dǎo)致出現(xiàn)失穩(wěn)破壞造成的，為此在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)，以鋼結(jié)構(gòu)的容許撓度為約束條件，并考慮鋼結(jié)構(gòu)中受壓桿件的長細(xì)比對其強(qiáng)度影響等因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終在滿足安全可靠的前提下，達(dá)到最為經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果。

(3)《結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)》

《結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)》是運(yùn)用優(yōu)化的相關(guān)理論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局以及受力分析，盡可能使結(jié)構(gòu)材料性能得到充分利用，以至結(jié)構(gòu)在保證安全可靠的條件下，得到最為經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式。

3.施工管理與建筑經(jīng)濟(jì)

施工管理與建筑經(jīng)濟(jì)是學(xué)生將來到施工單位從事管理、施工和施工項(xiàng)目概預(yù)算工作的必備基本專業(yè)知識，下面就相關(guān)專業(yè)課程談?wù)劇斑\(yùn)籌學(xué)”在其中的運(yùn)用。

(1)《施工組織設(shè)計(jì)》

《施工組織設(shè)計(jì)》主要是講述施工過程的組織和進(jìn)度計(jì)劃的合理安排，其中施工進(jìn)度計(jì)劃的安排和流水施工圖的繪制就運(yùn)用到了“運(yùn)籌學(xué)”的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的相關(guān)理論，合理安排施工進(jìn)度計(jì)劃，優(yōu)化施工機(jī)械和勞動力的配置，使得施工全過程做到安全有序，保質(zhì)、保量按期完成。

(2)《建筑經(jīng)濟(jì)與企業(yè)管理》

《建筑經(jīng)濟(jì)與企業(yè)管理》這門課主要講述如何降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的問題，這就涉及將“運(yùn)籌學(xué)”的相關(guān)理論運(yùn)用到項(xiàng)目前期可行性論證、工程招投標(biāo)、工程項(xiàng)目預(yù)算、施工過程的管理、施工項(xiàng)目的竣工和概算、后期質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益分析整個(gè)過程中，力求做到宏觀調(diào)控、統(tǒng)籌安排。例如，基本建設(shè)投資效果分析、建筑工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、預(yù)測與決策以及建筑企業(yè)管理等用 到了單純形法、圖解法和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面的運(yùn)籌理論。

4.土木工程科研工作

由于土木工程專業(yè)與工程實(shí)踐聯(lián)系極為緊密，為此，從事土術(shù)工程方面的科研人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的需要進(jìn)行相應(yīng)的研究，主要如何利用土木專業(yè)的理論來解決工程中急需解決的問題。例如，中國建筑科學(xué)研究院所開發(fā)的設(shè)計(jì)軟件TBSA和PKPM等，而將“運(yùn)籌學(xué)”的相關(guān)理論運(yùn)用到土木工程科研中尤顯重要。例如，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)程序的研究，這一研究成果的完成將為設(shè)計(jì)人員帶來方便，為工程建設(shè)單位降低造價(jià)，其中用到了單純形和非線性規(guī)劃的理論來優(yōu)化結(jié)構(gòu)的形式和結(jié)構(gòu)的總造價(jià)。總之，土木工程方面的大多數(shù)研究都是在安全可靠得到保證的前提下，圍繞結(jié)構(gòu)造價(jià)進(jìn)行一系列的優(yōu)化研究，最終得到方便實(shí)際工程應(yīng)用的研究成果，為工程設(shè)計(jì)與施工人員提供科學(xué)合理的依據(jù)。

三、結(jié)論

綜合以上所述，可以看出，“運(yùn)籌學(xué)”理論在土術(shù)工程中的運(yùn)用的實(shí)用性、廣泛性和重要性。為此，作為未來從事土木工程專業(yè)技術(shù)工作的專業(yè)人員而言，初步了解并掌握“運(yùn)籌學(xué)”的基本理論和思維方式尤顯必要。

參考文獻(xiàn)：

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