哈尔滨工业大学建筑设计研究院哈尔滨市150000
摘要：砌体结构智能技术实验环境是将人工智能的建模技术应用到相关的计算程序和计算过程之中，最终实现用模拟再现和合理预测的方法完成对系统的工作行为进行科学地分析。
关键词：砌体结构；智能技术；实验环境
砌体结构在全球具有悠久的历史，如两千多年前建造的举世闻名的万里长城，古埃及的金字塔，春秋战国时期建造的如今仍然起灌溉作用的都江堰水利工程等。近半个世纪以来，砌体结构仍是我国建筑的主要类型，该结构由过去的低多层发展至目前的高层建筑，如今，在办公、住宅、厂房、影剧院、食堂、仓库等建筑中广泛采用砖墙、柱承重结构。由此可以看出，砌体结构作为最为普通但不可或缺的一种结构形式必然还将得到更广泛的应用。在砌体结构理论研究方面，我国取得了很多成果，但是砌体结构在风、洪水、爆炸荷载等面外水平荷载作用下的工作性能的研究仍处于定性分析阶段。尤其在风（尤其是台风）、洪水、突然性爆炸荷载、地震、撞击等面外水平荷载作用下能够引起砌体结构的损坏和倒塌。例如，1990年浙江省遭到五次台风袭击后，经调查发现在倒塌或严重损坏的房屋中，绝大部分是旧式木结构及简易砖混结构；1992年8月，北京南沙滩一户天然气爆炸，使爆炸处楼板与墙板破坏严重；广东茂名市经常遭受台风、洪水、冰雹、山体滑坡等自然灾害袭击，仅2001年遭受的一次强台风袭击，全市倒塌砖混房屋两万多间；2008年的汶川大地震更是损失惨重，四川地震区的砖混结构数量很多，震害也非常严重，大量砖混结构发生整体倒塌，甚至是粉碎性倒塌，造成了惨重的人员损失。因此，研究砌体结构的抗灾，尤其是对抗风、洪水、山体滑坡、爆炸及地震等面外荷载作用下的破坏机理及力学模式是十分必要的。
同时，虽然砌体结构在过去和现在经过了千年的漫长发展历史，但是对其研究却起步较晚，我国从20世纪60年代到70年代初才开始了有关砌体结构的试验和研究，每年为砌体结构的发展投入了大量的研究经费，进行了难以数记的试验，积累了浩瀚的试验记录。同时，对各种工程结构的实测也积累了大量的结构损伤和破坏的记录。然而，当进行新的结构模型试验时，虽然互联网的发展和广泛科研合作与交流使人们能够获取大量过去的有关试验和实测资料，但是过去的试验和实测记录只是作为一种潜在的参考，并不能直接用来对新模型进行真正意义上的预测和分析，另一方面，实际结构的设计、检测、维修、改造和加固还没有充分地借鉴已有的试验和实测记录。这样，就造成大量的试验和实测记录中包含的结构性质与结构工作特性等宝贵资源的巨大浪费。究其原因，主要在于目前还没有简便有效的分析技术，使人们能够从试验和实测记录中提取与模型有关的信息，对于新的模型预测出已有试验和实测记录的结果。从结构分析的角度来看，目前也没有分析方法能够直接地仅仅应用试验和工程结构的实测数据就能预测结构的反应。
1.1砌体结构智能技术实验环境的概念
砌体结构智能技术实验环境是由已有的具有代表性的试验和实测记录，适当的智能技术数字模型和匹配准侧共同组成，由于它能同真正的实验环境起到同样的作用——预测系统在一定的实验条件下的反应，因而称其为砌体结构智能技术实验环境。
砌体结构智能技术实验环境将人工智能的建模技术应用到相关的计算程序和计算过程之中，全面地利用了外部的物质，能量，信息三个层次的内容，把形式化和物化的知识作为资源，建立起完善的知识库来分析问题，处理问题，最终实现用模拟再现和合理预测的方法完成对系统的工作行为进行科学地分析。
砌体结构智能技术实验环境的概念是最近几年智能技术在结构分析的应用研究中提出来的。周广春教授[1]在此之前提出了刚度与强度修正系数，并将其应用在砌体墙板的破坏模式和破坏荷载当中，取得了良好的效果。此组系数取自一个基础墙板（标准的实验墙板）被测试的各个局部区域，应用匹配技术使之应用于其他结构的各个类似区域，从而使结构的破坏模式和破坏荷载的有限元预测结果更接近实际。匹配类似区域的过程采用了细胞自动机技术，很快发现这个新的技术可以基于一个基础墙板的破坏模式，直接（不用任何传统技术）预测出其他具有不同边界条件和不同几何形状结构的破坏模式。周广春教授还提出了广义墙板的概念，进而使结构的破坏模式与其相应的破坏荷载能够用神经网络模型联系起来，初步实现了基于已有的试验结果，应用智能技术同时预测结构的破坏模式和破坏荷载目标。同时，迅猛发展的人工智能技术，例如神经网络，细胞自动机，基因遗传算法，支持向量机和数字模拟技术，以及这些技术在结构工程研究中的应用，奠定了构造砌体结构智能技术实验环境的坚定理论和实践基础。
智能技术实验环境和智能化实验室的概念，它们虽然都是应用了计算机技术解决的实际的问题和方法，但却有着本质上的区别。
智能化实验室现已应用在生活中的许多领域[2-3]。
1.建筑智能化实验室：是由楼宇自动化控制网络数据通信协议控制，用以实现建筑物的信息交换和共享，更好地完成能源管理，建筑物性能检测，增强设备和其他楼宇设备的诊断能力，包括火灾探测，消防和救护系统地结合。
2.智能通信实验室：为保证语音，数据，图像传输，同时与外部通信网相连，与世界各地互通信息，智能通信试验室应包括电话网提供支持的语音功能，由电视网提供支持的视频功能，由计算机互联网提供支持的数据功能。
这些智能化实验室的共同特点就是利用了现代的控制技术和通信技术，通
过信息的共享和交流实现自动化。提高了效率，节省了人力。但在这些系统中，输入和输出是固定不变的。对应何种情况应有什么样的输出是由专业人员预先设定好的。而在智能技术实验环境中，由于细胞自动机技术等智能技术的应用，输出是由组成模型的各个因素共同影响的，是多种多样的。它的目的不是实现自动化，而是代替部分实验。无论从手段还是目的上来看，都与智能化实验室有着本质上的区别。
1.2构成智能技术实验环境的要素
1.大量的覆盖有关领域代表性的试验数据和实测结果。科学数据共享是一个对科技发展具有积极推动作用的重大战略问题，多年来一直是科学家们梦寐以求的愿望，也是近年来科学界不断努力推动的一项重大事业。数据共享的不断发展为砌体结构智能技术实验环境的数据提供了来源，是其能够应用到越来越广泛的领域中。
2.科学合理的数字模式。数字模式的建立主要利用神经网络，细胞自动机，基因遗传算法和支持向量机等智能技术构建起描述结构和构件有关性质——构件的物理尺寸，材料性质，约束条件等等——的数字模式，并将相应的试验和实测记录提供的大量的信息——破坏模式，破坏荷载等等——与所建立的数字模式联系起来。对拟试验构件或结构（新构件或结构）建立描述其有关性质的智能技术数字模式，要求与砌体结构智能技术实验环境的数字模型相统一。
3.匹配准侧。建立起实验环境与新结构或构件类似性质的匹配准侧。这样，就可以从已有的实验和实测记录中选择最优的一个或几个为出发点，对构件或结构可能出现的破坏模式及破坏荷载进行预测。
1.3智能技术实验环境的意义
研发出充分利用已有试验和实测记录的结构智能技术实验环境取代部分昂贵的试验，并且开发出相应的结构分析技术，具有非常可观的经济价值和极富创新意义的理论价值。研究极具挑战性，每次进展都要提出新的概念和方法，需要创新地应用神经网络，细胞自动机，基因遗传算法，支持向量机等智能技术，以及智能技术与传统分析技术的结合的方法。
参考文献：
[1]G.C.Zhou.ApplicationofStiffness/StrengthCorrectorandCellularAutomatainPredictingFailureLoadandFailurePatternofLaterallyLoadedMasonryPanels.UniversityofPlymouth，Plymouth，UK.2002
[2]王奇，母文平.智能建筑实验室安全防范系统设计.成都航空职业技术学院学报.2006年，04期
[3]颜凌云.智能建筑通信实验室设计方案探讨.高等建筑教育.2005年04期
作者简介：
谷爽（1983——），女（汉），黑龙江，工程师，硕士，建筑结构设计