淺談地震工程學(xué)中的哲學(xué)思維

王波　宣越　劉洋

摘 要：我國(guó)地處世界兩大地震帶（環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶）之間，是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家。特別是近些年來(lái)，地震頻發(fā)且不乏大震，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失。地震工程學(xué)作為服務(wù)于地震工程的一門(mén)學(xué)科，在減輕地震災(zāi)害、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)和平安定等方面扮演著至關(guān)重要的角色。結(jié)合一些哲學(xué)思想和理論觀(guān)點(diǎn)，本文從多角度探討了地震工程學(xué)科以及相關(guān)工程技術(shù)中的哲學(xué)思想和辯證法原理，并闡述了兩學(xué)科之間的緊密聯(lián)系，體現(xiàn)了哲學(xué)思想在地震工程學(xué)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮的重大作用。

關(guān)鍵詞：自然辯證法 地震工程 科學(xué)技術(shù) 建筑哲學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0216-02

自然辯證法是馬克思主義關(guān)于自然和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律、人類(lèi)認(rèn)識(shí)和改造自然的一般方法以及科學(xué)技術(shù)與人類(lèi)相互作用的理論體系，是對(duì)以科學(xué)技術(shù)為中介和手段的人與自然、社會(huì)的相互關(guān)系的概括、總結(jié) [1] 。地震工程學(xué)研究的是關(guān)于工程結(jié)構(gòu)、特別是土木工程在遭遇強(qiáng)地震動(dòng)作用下的一系列安全問(wèn)題，為防震減災(zāi)事業(yè)提供了重要的理論知識(shí)基礎(chǔ)和有力的技術(shù)支持。哲學(xué)思維和辯證法原理體現(xiàn)在地震工程學(xué)的各個(gè)方面，它們相互作用、相互促進(jìn)、共同發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)地震工程學(xué)中哲學(xué)思維與辯證法原理的解讀，掌握哲學(xué)的思維方式和規(guī)律，有助于提升地震工作者的思維能力，自覺(jué)運(yùn)用哲學(xué)的思維方式和辯證法原理解決相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)難題，為國(guó)家的現(xiàn)代化建設(shè)以及構(gòu)建和諧社會(huì)貢獻(xiàn)力量。

1 地震工程學(xué)中的哲學(xué)思維與辯證法原理

1.1 科學(xué)的基礎(chǔ)方面在地震工程學(xué)中的體現(xiàn)

馬克思提出，感性必須是一切科學(xué)的基礎(chǔ)?？茖W(xué)只有從感性意識(shí)和感性需要這兩種形式的感性出發(fā)。因而，科學(xué)只有從自然界出發(fā)，才是現(xiàn)實(shí)的科學(xué)[1] 。

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，從古到今，我們的祖先對(duì)這種自然現(xiàn)象進(jìn)行了長(zhǎng)期的觀(guān)測(cè)和研究。我國(guó)最早的詩(shī)歌總集《詩(shī)經(jīng)》中，就有對(duì)地震現(xiàn)象的敘述：

“燁燁震電，不寧不令。百川沸騰，山冢崒崩。高岸為谷，深谷為陵?！?/p>

意思是說(shuō)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候，其吼聲如電閃雷鳴。它導(dǎo)致江河為之沸騰，山崩地裂，河流被塌方、滑坡和泥石流阻塞；高山瞬間變?yōu)樯罟?，而原?lái)的深谷缺轉(zhuǎn)眼變成了丘陵[2]?？梢?jiàn)，地震給人類(lèi)的生產(chǎn)、生活環(huán)境帶來(lái)了巨大的影響，造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。因此，作為一種特殊的自然現(xiàn)象，地震很早就開(kāi)始被人類(lèi)感知。另外，中國(guó)的“陰陽(yáng)說(shuō)”、“天人感應(yīng)說(shuō)”，以及日本的“鯰魚(yú)說(shuō)”等，這些解釋大都與神話(huà)、傳說(shuō)有關(guān)，違背了辯證唯物主義自然觀(guān)的理論，但是對(duì)地震工程學(xué)的起源起到了一定的推動(dòng)作用。

1.2 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)力在地震工程學(xué)中的體現(xiàn)

馬克思主義認(rèn)為，社會(huì)需求與技術(shù)發(fā)展水平之間的矛盾是技術(shù)發(fā)展的基本動(dòng)力，技術(shù)目的和技術(shù)手段之間的矛盾是技術(shù)發(fā)展的直接動(dòng)力，科學(xué)進(jìn)步是技術(shù)發(fā)展的重要推動(dòng)力[1]。

以黃土高原建設(shè)與地震工程學(xué)的關(guān)系為例：

近年來(lái)，為響應(yīng)國(guó)家的西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，隨著黃土高原城鎮(zhèn)化建設(shè)的深入推進(jìn)，采用平山造地獲取額外急需土地資源的做法將會(huì)更加普遍，這可能會(huì)使巨厚黃土填層與高陡邊坡成為城鎮(zhèn)化安全建設(shè)的重大地震災(zāi)害隱患[3]，例如，地震滑坡、震陷、地震動(dòng)放大效應(yīng)、液化、活動(dòng)斷層避讓等。另外，在黃土高原交通工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)、黃土高原能源開(kāi)發(fā)工程方面，黃土沉陷、黃土裂縫、黃土崩塌對(duì)高速公路、高速鐵路、機(jī)場(chǎng)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了諸多安全問(wèn)題，對(duì)輸油管線(xiàn)、鉆井平臺(tái)、儲(chǔ)油罐場(chǎng)造成巨大危害。同時(shí)，黃土液化和大規(guī)?；频娘L(fēng)險(xiǎn)在水利工程建設(shè)中凸顯。

因此，以滿(mǎn)足黃土高原地區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)、西部大開(kāi)發(fā)重大工程建設(shè)、“一帶一路”基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中的地震安全重大需求為目標(biāo)，以黃土地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和長(zhǎng)期研究成果為依據(jù)，前瞻性地研究地震荷載和典型動(dòng)力荷載作用下黃土災(zāi)害預(yù)防的理論與技術(shù)，為工程抗震設(shè)計(jì)、施工與監(jiān)測(cè)提供技術(shù)保障，推動(dòng)地震工程學(xué)的發(fā)展。

1.3 移植、交叉與跨學(xué)科研究方法在地震工程學(xué)中的體現(xiàn)

當(dāng)代科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)明變得越來(lái)越復(fù)雜，進(jìn)行移植與交叉，通過(guò)多學(xué)科或跨學(xué)科的研究，常常能夠獲得單一學(xué)科研究無(wú)法獲得的創(chuàng)新結(jié)果[1]。

地學(xué)、工程與材料科學(xué)為地震工程學(xué)的建立和發(fā)展提供了不可或缺的基礎(chǔ)知識(shí)[4]。首先，含地震學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)等在內(nèi)的地學(xué)知識(shí)顯然與工程地震學(xué)有直接的聯(lián)系。其次，地震工程學(xué)是土木工程的一個(gè)特殊分支，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析時(shí)，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、土動(dòng)力學(xué)也發(fā)揮了重要作用。另外，在地震工程學(xué)的發(fā)展中，傳感和測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)也起到了重大作用。

1.4 科學(xué)實(shí)踐的方法在地震工程學(xué)中的體現(xiàn)

科學(xué)實(shí)踐的基本方法涉及觀(guān)察、實(shí)驗(yàn)與理論的辯證關(guān)系，涉及科學(xué)研究主體、科學(xué)工具與研究對(duì)象，以及與研究環(huán)境的復(fù)雜關(guān)系，也涉及研究者與天然自然、人工自然等關(guān)系問(wèn)題[1]。

地震工程學(xué)的發(fā)展伴隨著相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)的完善，結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)對(duì)于研究非線(xiàn)彈性結(jié)構(gòu)的抗震性能提供了一類(lèi)較可靠的方法。在地震工程領(lǐng)域常用的結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)方法包括：擬靜力試驗(yàn)、擬動(dòng)力試驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)以及動(dòng)力離心機(jī)試驗(yàn)等[5]。通過(guò)對(duì)震害現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，觀(guān)察不同建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下表現(xiàn)出的不同破壞形式，通過(guò)試驗(yàn)研究，獲得模型結(jié)構(gòu)、構(gòu)件在各種動(dòng)力作用形式下的本構(gòu)關(guān)系，研究結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的機(jī)理以及倒塌機(jī)制，進(jìn)一步探究并完善建筑結(jié)構(gòu)抗震機(jī)制中的薄弱環(huán)節(jié)，可見(jiàn)，科學(xué)的實(shí)踐方法在地震工程理論和地震工程技術(shù)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。

1.5 科學(xué)技術(shù)研究的數(shù)學(xué)方法在地震工程學(xué)中的體現(xiàn)

恩格斯指出，“數(shù)學(xué)：辯證的輔助手段和表達(dá)方式”。它注重抽象、模型化，是可以把自然研究對(duì)象高度抽象、轉(zhuǎn)化為人工模型，抽象其中因果關(guān)系的基本方法[1]。

在進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析計(jì)算時(shí)，我們往往通過(guò)建立力學(xué)模型，運(yùn)用相關(guān)物理學(xué)原理，列出運(yùn)動(dòng)方程的方法，求解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。如圖1所示，一個(gè)充滿(mǎn)水的塔，我們可將其看作具有一個(gè)集中質(zhì)量m和一個(gè)無(wú)質(zhì)量支撐結(jié)構(gòu)（抗側(cè)剛度k）的單自由度體系，在考慮無(wú)阻尼的理想情況下，列出其運(yùn)動(dòng)微分方程（式①）進(jìn)行求解。

①

另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)解決地震工程學(xué)中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題的方法也變得越來(lái)越普遍。

2 地震工程學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)哲學(xué)思維的的指導(dǎo)

我國(guó)著名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森老先生曾經(jīng)提出：我們可以將學(xué)科類(lèi)別從高到低分為四個(gè)層次，分別為：哲學(xué)層次、科學(xué)層次、技術(shù)層次和應(yīng)用層次。顯而易見(jiàn)，自然辯證法研究的是宏觀(guān)問(wèn)題，屬于哲學(xué)層次；而地震工程學(xué)，作為研究工程地震與工程抗震的一門(mén)學(xué)科，屬于科學(xué)層次，二者相互作用、相互促進(jìn)、共同發(fā)展。當(dāng)一個(gè)科學(xué)家研究地震工程的相關(guān)問(wèn)題時(shí)，不可避免的會(huì)涉及到哲學(xué)層面上的問(wèn)題，并且依靠哲學(xué)思想來(lái)解決問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)抗震的概念是“硬抗”，我們傳統(tǒng)的做法就是增大梁柱截面、增加鋼筋用量，使房屋做得很剛，但實(shí)際上遭遇地震時(shí)，“硬抗”效果并不好。通過(guò)在房屋和基礎(chǔ)之間設(shè)一個(gè)柔軟層，將地震與房屋隔開(kāi)，或者地震的能量到房屋前，設(shè)計(jì)一些消能減震構(gòu)件，把一些能量消耗掉，采用隔震減震技術(shù)可以將建筑物的抗震能力在“硬抗”的基礎(chǔ)上提高4到8倍[6]。這就是“以柔克剛”的設(shè)計(jì)理念。

我國(guó)的古代工匠借助原始的木石磚瓦等材料，建造出許多結(jié)構(gòu)靈巧而抗震性能極高的建筑。例如西安的大、小雁塔，山西的應(yīng)縣木塔（佛宮寺釋迦塔），天津薊縣獨(dú)樂(lè)寺的觀(guān)音閣，以及遼寧義縣奉國(guó)寺的佛教建筑群等。在這些結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，“以柔克剛”的思想體現(xiàn)得非常突出?！耙匀峥藙偂彼枷氲淖钪饕w現(xiàn)之一是榫卯連接的大量使用，在強(qiáng)地震的作用下，這種連接方式可以通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性變形來(lái)耗散地震傳給結(jié)構(gòu)的大量能量，從而大大減小了整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)創(chuàng)新型的發(fā)展中國(guó)家，在進(jìn)行科學(xué)研究和工程建設(shè)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的困難與挑戰(zhàn)。地震工程學(xué)的發(fā)展關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，在人口驟增、居民住房用地不足、建筑高度記錄不斷被刷新的大背景下，人們對(duì)地震工程的關(guān)注度越來(lái)越高，這就要求我們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的過(guò)程中保持一種科學(xué)的自然觀(guān)、發(fā)展觀(guān)，將哲學(xué)的思維觀(guān)點(diǎn)以及自然辯證法的相關(guān)原理運(yùn)用到工程技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)中來(lái)，有助于我們把握當(dāng)前地震工程學(xué)的現(xiàn)狀、預(yù)測(cè)地震工程的發(fā)展趨勢(shì)，更好地為國(guó)家社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭貴春.自然辯證法概論[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 魯子健.古代的地震理論與地震觀(guān)測(cè)儀[J].文史雜志，2008（4）：96-98.

[3] 王蘭民，孫軍杰.黃土高原城鎮(zhèn)建設(shè)中的地震安全問(wèn)題[J].地震工程與工程振動(dòng)，2014（4）：115-122.

[4] 謝禮立，張敏政，夏敬謙.地震工程學(xué)-中國(guó)防震減災(zāi)百科全書(shū)[M].北京：地震出版社，2014.

[5] 王進(jìn)廷，金峰，張楚漢.結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)方法的發(fā)展[J].地震工程與工程振動(dòng)，2005（4）：37-43.

[6] 周福霖.抗震宜“以柔克剛”[J].建筑，2013（12）：21.

[7] 盛志剛，劉海笑.中國(guó)古建筑結(jié)構(gòu)抗震哲學(xué)思想探索[J].自然辯證法研究，2008（12）：47-51.