我對巖土工程數值分析發展的建議（初探）

2010年4月，我收到龔曉南教授發來的關于“巖土工程數值分析”的調查材料，我認真填寫了調查情況。在“對巖土工程數值分析發展的建議”方面，我粗略談了自己的看法，不一定對?，F在貼出來，供大家討論批評。

對巖土工程數值分析發展的建議

我的建議只有一個：發展我國特色的巖土工程專業商業數值計算軟件。下面從四個方面來闡述這個問題。

（1）國外商業計算軟件大舉進入中國市場，讓中國企業（高校）花費大量的財力物力。

目前我國各高校、科研院所、設計院都在大力采購國外的商業軟件，而且國外商業程序的購買往往花費大量的財力。舉個簡單的例子，據我了解，美國ITASCA公司的FLAC3D軟件在高校的價格是20萬以上，離散元程序PFC3D在高校的價格是30萬以上，這比美國本土軟件的價格貴出1倍還多，就這樣還是所謂的“高校折扣價”。另外，國外程序的商業化已經非常完善，隔三差五出現的更新版本會讓很多中國企業（高校）花費大量的財力進行升級更新。

目前，就高校而言，很多學校單位的宣傳材料中，都將擁有哪些國外流行的商業程序版權作為一個重要的軟件實力，這使得眾多高校爭相購買相關程序。而真正用好這些商業程序的單位并不多。

（2）我國已有的計算程序正在逐漸退出巖土工程分析領域。

我國的巖土工程有限元分析從上世紀60年代開始就已經起步，期間有很多單位中的老前輩編制了很多很好的計算程序。就河海大學來說，殷宗澤教授編制了土石壩靜動力分析、土體固結、沉降預測等方面的程序，已經在很多工程中得到廣泛應用。但是由于傳統的計算程序很多都是Fortran編制的，沒有友好的界面和前后處理接口，使用者往往花費很多的時間來研讀程序，同時程序中的一些特殊數組定義要根據實際工程情況來確定，所以研究生們不情愿學習這些程序。這使得這些原本很好的計算程序正在逐漸退出巖土工程的數值分析領域。這值得從事巖土工程科研工作者們思考。

（3）國際商業程序并非萬能，很多程序并不適用于中國國情。

國際商業程序可以分為兩大類，一類是大而全的通用有限元程序，以Abaqus為代表，同類的還有Adina、Ansys等。這些通用程序由于設計時并非為巖土工程專用，所以所含內容十分龐大，要掌握這種程序至少要花費半年的時間來摸索。另一類是專業的巖土工程計算程序，以FLAC和FLAC3D為代表，同類的還有Plaxis、GeoStudio等。這些程序為巖土工程專業所涉及，使用起來稍微簡便一些，但是所有程序基本是對國外的巖土工程問題來開發的，并不適用于中國的國情。舉個簡單的例子，所有的商業程序中都沒有Duncan模型，這使得很多使用者（包括筆者：陳育民等, Duncan模型在FLAC3D中的開發，《巖土力學》2007）都嘗試過在商業程序中開發Duncan模型。這種工作一方面毫無創新，同時又會花費大量的時間去探索程序所提供的模型開發環境。

另外，國外商業程序所提供的土體參數建議值，都沒有考慮到中國已有的國情特色，所以很多參數實際上不適用于中國的工程問題。

（4）編制中國特色的商業計算程序并非難事，但需要各方面共同努力。

縱觀國際上流行的大型數值計算程序的發展，都是從高校（教授）的計算程序雛形開始，通過一個軟件開發團隊共同來完成的。我們現在很多高校都具有這種程序雛形的基礎，現在需要的就是如何來組織這些力量，并且整合力量，包括編程專家、界面編制專家、算法專家、巖土工程設計人員等，逐步將這些程序雛形可視化，并形成中國特色的商業程序計算軟件包。

目前已有一些成功的實例，包括設計院常用的理正軟件，包括唐春安教授的程序，這說明這些工作并非難事，關鍵是意識到這項工作的重要性，有杰出的學術帶頭人將此項工作納入計劃。我相信，只要有好的團隊，我們國家也會有自己特色的商業計算程序。這些計算程序可以銷售給各高校、各設計院、各科研機構，軟件版權的收入將大大超過原先開發過程中的投入，是一項既有工程意義，又具有很大商業價值的工作。