[摘要] 本文從個(gè)案研究的角度，說明錢學(xué)森現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系對(duì)復(fù)雜性研究的啟發(fā)作用；
重點(diǎn)論述：“典型類比分析法是不是形象思維模擬的一個(gè)小小的突破口？”。

　　[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系，復(fù)雜性研究，個(gè)案，典型類比分析法，形象思維，序參量

　　一、 一個(gè)復(fù)雜性工程技術(shù)問題

　　（一） 缺乏預(yù)見功能的學(xué)科及其全球性難題

　　科學(xué)理論具有解釋功能、認(rèn)識(shí)功能和預(yù)見功能。[1]如果在某一領(lǐng)域內(nèi)，科學(xué)理論分析預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況往往相差很遠(yuǎn)，科學(xué)危機(jī)實(shí)際上已經(jīng)出現(xiàn)了。地下工程領(lǐng)域的巖石力學(xué)就是一個(gè)突出實(shí)例。

　�、� 巖石力學(xué)與地下工程

　　巖石力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，只有50余年歷史。作為一門技術(shù)科學(xué)，它的主要任務(wù)之一就是指導(dǎo)地下工程的實(shí)踐。[2] 地下工程如常見的高速公路和鐵路中的隧道、輸水隧洞、水電地下廠房等，關(guān)系國計(jì)民生。但是，幾十年來全球巖石力學(xué)界面臨的一個(gè)難題，就是在地下工程設(shè)計(jì)和施工中，力學(xué)分析的可信度低。

　　例如：1994年《小浪底水利樞紐地下廠房支護(hù)設(shè)計(jì)報(bào)告》指出：“清華大學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，圍巖（洞室周圍的巖石）穩(wěn)定性非常好，塑性區(qū)較小，圍巖大部分處于彈性狀態(tài)。”“河海大學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，圍巖穩(wěn)定性比較差，塑性區(qū)很大，甚至在天然狀態(tài)已有部分巖體處于塑性屈服或開裂狀態(tài)。”二者分析結(jié)果相反，但都不符合實(shí)際。[1] 國內(nèi)外水平大體如此，只是一般不肯公諸于世而已。為尊者諱（在西方是為還原論的現(xiàn)代科學(xué)留面子），似中西皆難免俗。

　　時(shí)至今日，各國地下工程技術(shù)規(guī)范都以專家經(jīng)驗(yàn)類比作為首要方法，表明現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在此面臨尷尬境地。

　�、� 一個(gè)復(fù)雜性問題

　　地下工程在巖石中開挖而成。巖石力學(xué)的研究對(duì)象——巖石是經(jīng)過地質(zhì)作用天然形成的礦物集合體，是地質(zhì)體的一部分，經(jīng)歷過多次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的變形、破壞、再變形、再破壞。地下工程圍巖的復(fù)雜性表現(xiàn)在：① 巖體被大小斷層、節(jié)理、裂隙、微裂隙（總稱“各級(jí)（軟弱）結(jié)構(gòu)面”）切割，其力學(xué)性質(zhì)不決定于巖石塊，而取決于各級(jí)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)；
② 每個(gè)結(jié)構(gòu)面的幾何、力學(xué)性質(zhì)逐點(diǎn)變化，沒有理論方法可以計(jì)算，必須現(xiàn)場勘測；
③ 巖體中存在著天然的地應(yīng)力。每一點(diǎn)的地應(yīng)力大小和方向都不相同，沒有理論方法可以計(jì)算，必須現(xiàn)場勘測；
④ 巖體深藏地下，原位地質(zhì)勘察試驗(yàn)昂貴費(fèi)時(shí)，超出絕大多數(shù)地下工程的承受能力；
⑤ 地層千百年處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是，在以毫秒計(jì)的爆破開挖形成地下空間時(shí)，圍巖突然失去穩(wěn)定；
洞室圍巖中大量地質(zhì)、力學(xué)參數(shù)，隨時(shí)間發(fā)生著未知的變化，向新的自組織的穩(wěn)態(tài)或失穩(wěn)轉(zhuǎn)變。

　　這種動(dòng)態(tài)變化極其復(fù)雜。逐點(diǎn)、逐時(shí)、精確的、符合實(shí)際的圍巖穩(wěn)定性分析和預(yù)測，世界上任何一個(gè)地下工程從未實(shí)現(xiàn)過。這就是巖石力學(xué)界多年未能解決的兩大前沿課題：“巖體和巖性的輸入?yún)��?shù)及其本構(gòu)模型”的由來。[3]

　　巖石力學(xué)分析、預(yù)測地下工程圍巖的穩(wěn)定性，使用的常規(guī)方法是還原論科學(xué)的、從部分認(rèn)識(shí)整體的兩種方法：微(分單)元法和抽樣法。[4]

　　巖石的復(fù)雜性和力學(xué)的還原性（單向因果分析和力學(xué)試驗(yàn)）構(gòu)成巖石力學(xué)的主要矛盾。如果囿于還原論思維，理論與實(shí)踐的矛盾無法解決。錢學(xué)森指出：“從系統(tǒng)科學(xué)觀點(diǎn)看來，凡現(xiàn)在不能用還原論方法處理的或不宜用還原論方法處理的問題，而要用或宜用新的科學(xué)方法處理的問題，都是復(fù)雜性問題”[5]地下工程圍巖穩(wěn)定性的預(yù)測和控制，既然在國內(nèi)外都以專家經(jīng)驗(yàn)判斷為主要方法，應(yīng)屬一個(gè)復(fù)雜性問題，當(dāng)無疑義[6]。

　�。ǘ�） 萬事具備，只欠東風(fēng)[7]

　　筆者早年自學(xué)毛澤東軍事、哲學(xué)思想。改革開放初，1980年奉命參加一項(xiàng)軍內(nèi)重點(diǎn)綜合性研究課題：“坑道工程圍巖分類及其在被覆設(shè)計(jì)中的應(yīng)用”；
得以長期深入重點(diǎn)地下工程施工現(xiàn)場，親身從事新奧法（隧道工程奧地利新方法的簡稱）先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用；
特別是得以廣泛參與國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流，從而能夠從整體上查明國內(nèi)外巖石力學(xué)與地下工程科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀與問題，對(duì)地下工程的復(fù)雜性與系統(tǒng)科學(xué)興起的大趨勢有了比較深切的認(rèn)識(shí)；
從而得以解脫專業(yè)性思維的束縛，總攬全局，逐漸明確認(rèn)識(shí)到：1980年代初在國內(nèi)外巖石力學(xué)與地下工程界，已經(jīng)出現(xiàn)了一些前所未有的科學(xué)技術(shù)條件；
如果能對(duì)這些有利條件加以有機(jī)組合應(yīng)用，就有可能另辟蹊徑，找到一種解決上述國際性難題的 “實(shí)用性方法”。

　�、� 系統(tǒng)科學(xué)的興起

　　1978年9月錢學(xué)森等在《文匯報(bào)》上發(fā)表“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”，1980年錢學(xué)森、王壽云在中央電視臺(tái)首先宣講“系統(tǒng)工程普及講座”，[2] 在國內(nèi)學(xué)術(shù)界產(chǎn)生巨大影響。在此前后，中國出現(xiàn)了學(xué)習(xí)系統(tǒng)論、控制論和信息論的“老三論熱”，推動(dòng)了復(fù)雜性研究的啟蒙。筆者就是在這一熱潮中開始自學(xué)系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)的。

　�、� 圍巖變形量測

　　地下工程傳統(tǒng)上把圍巖看作荷載，強(qiáng)調(diào)逐點(diǎn)量測圍巖各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變（微觀量）。1970年代以后，在全球地下工程界逐漸推廣應(yīng)用的新奧法，不僅把隧道圍巖看作荷載，更看作主要的承載結(jié)構(gòu)（與系統(tǒng)科學(xué)的自組織觀念一致）；
并且把在施工中量測隧道周邊圍巖的位移（宏觀量），作為關(guān)鍵技術(shù)措施（與系統(tǒng)科學(xué)的序參量的概念一致）。它是系統(tǒng)論、控制論和信息論的觀點(diǎn)在地下工程界的體現(xiàn)。

　�、� 圍巖分類廣泛應(yīng)用

　　二十世紀(jì)六、七十年代以來，利用圍巖分類選定支護(hù)類型和參數(shù)，是世界各國新奧法地下工程的通用的成熟技術(shù)。新奧法的圍巖分類，已經(jīng)從傳統(tǒng)的按照巖石堅(jiān)固性的（結(jié)構(gòu)）分類，轉(zhuǎn)變?yōu)榘凑账淼绹鷰r穩(wěn)定性的（功能）分類，把圍巖完整性（破碎程度）作為分類的首要因素。這種按照圍巖整體功能的分類，符合系統(tǒng)科學(xué)原理。

　　⒋ 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和普及

　　傳統(tǒng)的巖石力學(xué)分析的未知數(shù)，以一、二十個(gè)為限。電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使得未知數(shù)可以成百、成千上萬，從而使巖石力學(xué)數(shù)值分析能夠適應(yīng)比較復(fù)雜的洞室形狀、支護(hù)與地質(zhì)、施工條件。

　　但是，由于“實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的小塊巖樣試驗(yàn)對(duì)圍巖沒有代表性，絕大多數(shù)地下工程不具備在工程現(xiàn)場進(jìn)行原位大試件力學(xué)試驗(yàn)的條件”，難以獲得接近實(shí)際的輸入?yún)��?shù)，加之巖體過于復(fù)雜，也難以查明力學(xué)機(jī)理。由于勞而少功甚至無功。1970年代興起的“有限元熱”，很快變成人人望而卻步的“無底洞”。

　�、� 位移反分析法

　　利用開挖隧道測得的圍巖位移，反求反映圍巖整體功能的力學(xué)參數(shù)的方法，叫做位移反分析法。所得巖體力學(xué)參數(shù)是一種大范圍的、綜合性的、等效的代表性數(shù)值。雖然堅(jiān)持巖石力學(xué)分析傳統(tǒng)觀念的學(xué)者把它看得一無是處，卻受到地下工程界的歡迎。位移反分析法以新奧法圍巖變形量測為基礎(chǔ)；
二者都是突破還原論、發(fā)展整體論的、符合系統(tǒng)科學(xué)理念的一種先進(jìn)概念和方法。

　　二、中西文化優(yōu)勢互補(bǔ)，從解決具體的復(fù)雜性問題入手——典型類比分析法研究思路與工程驗(yàn)證

　　錢學(xué)森指出：“要建立開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)一般理論，必須從一個(gè)一個(gè)具體的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)入手，只有這樣，這些研究成果多了，才能從中提煉出一般的開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論�！盵5]這大概就是典型類比分析法這一復(fù)雜性研究個(gè)案，在系統(tǒng)科學(xué)研究中的意義所在。

　�。ㄒ唬� 典型類比分析法BMP程序系統(tǒng)的研制——毛澤東軍事、哲學(xué)思想觀點(diǎn)和方法聯(lián)系地下工程實(shí)際的應(yīng)用 [8]

　　錢學(xué)森指出：“軍事科學(xué)，目前已不限于常規(guī)武器戰(zhàn)爭的研究，而是研究整個(gè)客觀世界中不同集團(tuán)的矛盾和斗爭，包括‘商戰(zhàn)’、‘智力戰(zhàn)’等等”[9]，他還指出：“從定性到定量綜合集成法是建筑在《實(shí)踐論》基礎(chǔ)上的”，“從定性到定量綜合集成法的工作過程是以《矛盾論》為指導(dǎo)思想的�！盵10]錢學(xué)森的理論概括，適用于與筆者在1980年代初應(yīng)用毛澤東軍事、哲學(xué)思想指導(dǎo)復(fù)雜性科學(xué)研究的實(shí)踐。

　　1. 經(jīng)過系統(tǒng)的周密的調(diào)查研究，認(rèn)識(shí)到地下工程的地質(zhì)條件極其復(fù)雜，而設(shè)計(jì)者可能掌握的勘察和分析手段極其有限。這就是說，整體態(tài)勢是“敵強(qiáng)我弱“，相差懸殊。

　　2. 面對(duì)如此的“強(qiáng)敵”，取勝之道只能是“調(diào)動(dòng)一切積極因素” ，實(shí)行“統(tǒng)一戰(zhàn)線”的策略，盲目堅(jiān)持西方近代科學(xué)的還原論的“關(guān)門主義”，必然失敗。

　　3. 面對(duì)如此復(fù)雜的對(duì)象，對(duì)勘察設(shè)計(jì)所得輸入數(shù)據(jù)和巖石力學(xué)分析結(jié)果的精度要求，整體上應(yīng)該是“知其大略，知其要點(diǎn)”�！拜斎霐�(shù)據(jù)和分析結(jié)果越精確，水平越高”的西方近代科學(xué)傳統(tǒng)觀念，不符實(shí)際。

　　4. 在中國的特定的歷史條件下，在巖體質(zhì)量最差的Ⅴ類圍巖的一個(gè)極軟巖坑道工程，1980年前后進(jìn)行了系統(tǒng)、完整的（其工作量和深度國內(nèi)外極為罕見）新奧法原位測試，按照“胸中有全局，手中有典型”的思路，可以把這個(gè)工程看作“典型”，為同類圍巖的“一般”工程，提供一個(gè)“典型的工程地質(zhì)條件（以及相應(yīng)的施工條件）”的典型信息。

　　5. 根據(jù)毛澤東軍事思想“傷其十指，不如斷其一指”的原則，可以判定：一個(gè)典型工程原位測試資料的權(quán)值（重要性），應(yīng)該大于同類圍巖其余所有工程資料的權(quán)值之和。因此，用典型工程原位測試資料，對(duì)巖石力學(xué)數(shù)值分析程序（不僅僅對(duì)分析結(jié)果。這是本項(xiàng)研究對(duì)位移反分析法的發(fā)展）進(jìn)行反饋和綜合性修正，建立同類圍巖的巖石力學(xué)分析專用通道。這是初步解決“圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析可信度低”難題的現(xiàn)實(shí)的途徑，有可能大幅度提高我軍坑道工程的設(shè)計(jì)施工水平。這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性假設(shè)，有待于大量工程的應(yīng)用驗(yàn)證。

　　以上就是筆者提出“典型類比分析法”假說的基本思路。

　　 (二) 典型類比分析法BMP程序工程應(yīng)用實(shí)例

　　筆者退休后，堅(jiān)持典型類比分析法研究，依托原單位從1989年春到2000年舉辦了五期典型類比分析法講習(xí)班，面向全國推廣應(yīng)用典型類比分析法軟件，用戶與成功應(yīng)用的工程均數(shù)以百計(jì)，可信度的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值達(dá)0.7-0.9，實(shí)效超出預(yù)料。

　　以北京市的設(shè)計(jì)應(yīng)用的知名地下工程為例，如八達(dá)嶺高速公路長達(dá)3.4公里的潭峪溝隧道，正在施工的南水北調(diào)工程北京段三座輸水隧洞等。設(shè)計(jì)單位評(píng)價(jià)：“使用該程序，大大縮短了設(shè)計(jì)周期。該程序具有實(shí)用性強(qiáng)，效率高的特點(diǎn)，受到了工程設(shè)計(jì)人員的普遍歡迎�！�

　　涉外工程關(guān)鍵性技術(shù)較量是1991年二灘水電站施工中設(shè)計(jì)復(fù)核。二灘水電站位于雅礱江下游，當(dāng)時(shí)在我國裝機(jī)容量最大。左右岸各有一條導(dǎo)流隧洞，長約1100m,開挖斷面寬20.5m,高25.5m,是當(dāng)時(shí)世界最大的導(dǎo)流洞。地質(zhì)條件復(fù)雜，施工中軟巖坍塌與硬巖巖爆同時(shí)存在。1991年9月27日承包商菲利普— 霍爾茲曼公司自德國法蘭克福提交傳送單，提出：該導(dǎo)流洞軟弱圍巖區(qū)段如按原設(shè)計(jì)施作支護(hù)，圍巖不穩(wěn)定，建議每16m2側(cè)墻增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索1根（合同價(jià)每根3.5萬元，當(dāng)時(shí)估計(jì)需增加造價(jià)2千萬元），限同年11月1日?qǐng)?zhí)行。負(fù)責(zé)此項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)院收到傳送單后只有四周時(shí)間，用常規(guī)分析方法已不能完成設(shè)計(jì)復(fù)核。

　　該院工程師童建文使用典型類比分析法BMP84A程序，當(dāng)天得出復(fù)核結(jié)果：德商的傳送單不符合二灘實(shí)際，支持原設(shè)計(jì)的合理性。經(jīng)該設(shè)計(jì)院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)研究決定，并報(bào)請(qǐng)二灘水電開發(fā)公司批準(zhǔn)，不同意德商建議。此后，承包商按原設(shè)計(jì)施工，導(dǎo)流隧洞于1993年12月建成通水，至今運(yùn)行正常。

　　1994年《國際巖石力學(xué)與礦業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)》刊出筆者的技術(shù)備忘錄（Technical Note)，初步介紹典型類比分析法，并列舉二灘水電站等三個(gè)工程應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)例。[11]

　　三、“典型類比分析法”功能之源：大跨度地觸類旁通——典型類比分析法是不是形象思維模擬的一個(gè)小小的突破口？

　　典型類比分析法工程應(yīng)用的實(shí)績良好；
又先后發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)和天文學(xué)等以復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象的基礎(chǔ)研究學(xué)科中，典型類比分析法歷來是一種必要的科學(xué)研究方法（雖然此前尚未見西方科學(xué)界從科學(xué)方法論的高度做出這一概括）[7][8]；
都大大出乎筆者預(yù)料。1994年讀到錢學(xué)森的論述：“跨度越大，創(chuàng)新程度也越大。而這里的障礙是人們習(xí)慣中的部門分割、分割，打不通。大成智慧學(xué)教我們總攬全局，洞察關(guān)系，所以能促使我們突破障礙，從而做到大跨度地觸類旁通，完成創(chuàng)新�！盵9] 方才豁然開朗：原來作為文理結(jié)合、中西文化互補(bǔ)這樣大跨度地結(jié)合的產(chǎn)物，典型類比分析法有一點(diǎn)創(chuàng)新功能的理論依據(jù)，就是錢學(xué)森的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系和大成智慧學(xué)。

　　關(guān)于典型類比分析法在系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)中的應(yīng)用，以及它與社會(huì)科學(xué)、人文學(xué)科中常用的典型方法的關(guān)系的論述，請(qǐng)參見參考文獻(xiàn)[8][12][13]。篇幅所限，下面重點(diǎn)介紹以往未曾發(fā)表的有關(guān)思維科學(xué)的一些淺見。(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　錢學(xué)森指出：“我建議把形象（直感）思維作為思維科學(xué)的突破口。因?yàn)樗�一旦搞清楚之后，就把前科學(xué)的那一部分，別人很難學(xué)到的那些科學(xué)以前的知識(shí)，即精神財(cái)富，都可以挖掘出來，這將把我們的智力開發(fā)大大地向前推進(jìn)一步�！盵14] “形象（直感）思維是我們思維科學(xué)現(xiàn)在要突破的，而且，由于智能機(jī)的研制工作已經(jīng)提到日程上來，對(duì)突破形象思維也是一個(gè)壓力。多少年來，這個(gè)問題一直是隱隱約約的。中國古話講，只能意會(huì)，不能言傳，能言傳的都是講得清楚的問題，而形象（直感）思維現(xiàn)在沒法講清楚。如果將來我們說能講清楚了，哪怕只講清楚了一點(diǎn)兒，也不是小事，我想那將是人類歷史上又一次革命。” [15]

　　筆者生逢其時(shí)，在科學(xué)技術(shù)革命的既有的物質(zhì)技術(shù)條件下（新奧法、系統(tǒng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)。參見參考文獻(xiàn)[7]），在毛澤東軍事、哲學(xué)思想的指導(dǎo)下，在錢學(xué)森現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系整體框架的啟發(fā)和支持下，提出“典型類比分析法”假說，隨后進(jìn)行了近20年的應(yīng)用驗(yàn)證，取得了超出筆者預(yù)料的成效。在錢學(xué)森倡導(dǎo)的思維科學(xué)論著的啟發(fā)下，在參考文獻(xiàn)[9]中曾進(jìn)行了初步的小結(jié)。本文將進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究的成果歸納如下：

　　（一） 復(fù)雜系統(tǒng)具有序參量，是有效模擬形象思維的一個(gè)必要條件

　　國內(nèi)外地下工程用于設(shè)計(jì)、施工決策的首要方法，歷來是依賴專家經(jīng)驗(yàn)的工程類比法。這顯然主要地不是依賴嚴(yán)密的邏輯思維，而是一種宏觀把握的、以形象（直感）思維為主的思維活動(dòng)。

　　錢學(xué)森指出：“等腦科學(xué)來發(fā)展思維科學(xué)是不行的。怎么辦？思維科學(xué)要走人工智能和智能機(jī)這樣一條道路，也就是用機(jī)器模擬的方法，如果模擬出來了，即人的思維可能就是這么回事。所以，人工智能、智能機(jī)的理論是思維科學(xué)，而思維科學(xué)的發(fā)展恰恰要靠智能機(jī)、人工智能的工作。我們也可以說用思維科學(xué)來指導(dǎo)智能機(jī)的工作，又用智能機(jī)的發(fā)展來推動(dòng)思維科學(xué)的研究。”[3]

　　只有邏輯分析能力的馮氏計(jì)算機(jī)，盡管已有海量信息存儲(chǔ)和高速運(yùn)算能力，但是，本身并沒有模擬形象思維的功能。在模式識(shí)別方面（例如，漢字書法作品的識(shí)別）人們做了許多努力，至今成效不大。

　　但是，典型類比分析法實(shí)踐證明：在特定的條件下，現(xiàn)行的計(jì)算機(jī)用于模擬像“專家的工程類比”這樣的形象思維，不僅是可行的、而且是有效的，可以普及應(yīng)用的。這個(gè)“特定條件”有三：① 這種復(fù)雜性科學(xué)技術(shù)問題原則上是可以用模型方法處理的，只是由于“機(jī)理復(fù)雜，關(guān)鍵性參數(shù)不清”，使得理論分析模型的分析結(jié)果可信度低。② 這種復(fù)雜系統(tǒng)（個(gè)體）具有可觀測的（或同時(shí)具有可控制的）序參量。③ 在某一系統(tǒng)（個(gè)體）中，這種序參量的測試結(jié)果在同類系統(tǒng)（個(gè)體）中已經(jīng)具有良好的代表性�？梢宰鳛榈湫托畔�，用以對(duì)上述理論分析模型作反饋和綜合性修正。

　�。ǘ�） “典型地質(zhì)環(huán)境”的提出和選定

　　地下工程圍巖穩(wěn)定性分析預(yù)測難題的關(guān)鍵，是地質(zhì)因素復(fù)雜多變，加以施工中人為因素的觸發(fā)，難以獲取比較符合實(shí)際的原位測試資料。但是1980年代初，在中國的特定的歷史條件下，曾經(jīng)花費(fèi)了超出常規(guī)若干倍的資金、技術(shù)力量和時(shí)間，在最為軟弱、破碎的Ⅴ類圍巖中的一個(gè)特定的新奧法地下工程，獲取了比較系統(tǒng)、完整、符合實(shí)際的原位測試資料。如果用傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，Ⅴ類圍巖的樣本數(shù)為1，可信度為零。但是，如果換一個(gè)思路，用毛澤東倡導(dǎo)用于社會(huì)調(diào)查的、中國人喜聞樂見的典型方法（或稱“典型-一般方法”）去處理，把已經(jīng)獲取的、比較符合實(shí)際的原位測試資料所反映的該地下工程的地質(zhì)環(huán)境（以及相應(yīng)的施工條件，下同），看作Ⅴ類圍巖地下工程的典型地質(zhì)環(huán)境，就有可能另辟蹊徑，絕處逢生。

　　 “典型地質(zhì)環(huán)境”概念在腦海中的涌現(xiàn)，是對(duì)“地下工程圍巖穩(wěn)定性分析預(yù)測難題”長期的苦苦探索中，突發(fā)奇想，豁然開朗的。這種典型地質(zhì)環(huán)境概念的提出和具體選定，需要總攬地下工程全局，洞察地下工程內(nèi)外的關(guān)系，抓住主要矛盾，將聯(lián)想、想象、類比等形象思維方法，和分析、歸納、演繹等抽象思維方法結(jié)合起來。因此，邏輯思維是時(shí)常應(yīng)用的，起著基礎(chǔ)作用。但是，在解決問題的關(guān)鍵時(shí)刻起主導(dǎo)作用的是形象思維。

　　盧明森提出的形象思維三條基本規(guī)律中，核心是形象典型律。形象典型律強(qiáng)調(diào)：“如果對(duì)某個(gè)有代表性的感性形象的個(gè)性特征加以概括，那么它就成為反映一類事物的典型形象，它的作用則在于從若干事物中去識(shí)別某一類個(gè)體，因此這樣的典型形象就不再是感性形象，而是理性形象了。二者的區(qū)別在于：感性形象強(qiáng)調(diào)的是個(gè)性形象，而典型形象則強(qiáng)調(diào)的是一類事物的典型特征。”[16]在圍巖穩(wěn)定分析中，形象思維中的典型形象（即：各類圍巖中典型工程中原位測試的、代表性良好的典型地質(zhì)環(huán)境）既是個(gè)別工程的形象，同時(shí)，這個(gè)工程所在的同一類圍巖中，地下工程地質(zhì)環(huán)境之主要的、共有的特征，又集中反映在這個(gè)別工程上。也就是說，在圍巖穩(wěn)定分析中，典型工程具有同一類圍巖地質(zhì)環(huán)境的典型特征，因此，在同類圍巖地下工程中代表性良好。從思維科學(xué)的角度觀察，典型地質(zhì)環(huán)境的意義在此。

　�。ㄈ�） “用計(jì)算機(jī)模擬專家經(jīng)驗(yàn)類比的形象思維，能夠達(dá)到工程實(shí)用的水平”的驗(yàn)證

　　以形象思維為主產(chǎn)生典型地質(zhì)環(huán)境和典型類比分析法，及其計(jì)算機(jī)軟件，能不能有效地模擬專家的形象思維？能不能為國內(nèi)外巖石力學(xué)與地下工程界公認(rèn)？

　　在十余年來數(shù)以百計(jì)的地下工程應(yīng)用驗(yàn)證的成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以下三點(diǎn)可以明確回答：“典型類比分析法第一代軟件——BMP84A程序，是否已經(jīng)能夠起到專家現(xiàn)場咨詢的作用？”

　　1． 國內(nèi)的社會(huì)認(rèn)同

　　1994年總參謀部兵種部組織的技術(shù)鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為：典型類比分析法“發(fā)展了坑道工程設(shè)計(jì)理論，使坑道支護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)生了帶突破性的進(jìn)展”；
“總體上居于國際先進(jìn)水平，5個(gè)特點(diǎn)方面居于國際領(lǐng)先地位”。1995年1月獲軍隊(duì)級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。經(jīng)大量工程應(yīng)用驗(yàn)證，典型類比分析法已經(jīng)納入我軍《防護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，1998年經(jīng)總參謀部和總后勤部批準(zhǔn)在全軍實(shí)行。2000年總參謀部兵種部已將典型類比分析法軟件下發(fā)各大軍區(qū)工程兵使用。下面簡介一個(gè)典型工程實(shí)例：

　　海軍某大型重點(diǎn)坑道工程任務(wù)緊急，要求1999年當(dāng)年設(shè)計(jì)施工完成，確保安全。該坑道開挖跨度20米，高9.1米。其中有兩個(gè)軟弱巖石段，總長70米。由一位缺乏工程經(jīng)驗(yàn)的、年輕的碩士主持設(shè)計(jì)，襯砌厚1米，雙層配筋，鋼筋直徑32㎜，凈間距48㎜，施工難度大，難以保證安全。后來得知典型類比分析法已列入我軍規(guī)范，改用典型類比分析法軟件（1998年版）進(jìn)行分析預(yù)測。經(jīng)綜合分析比較確定：襯砌厚0.65米，鋼筋直徑25㎜，凈間距80 ㎜（節(jié)約混凝土35%，鋼筋約50% ）。當(dāng)年勝利建成，證明設(shè)計(jì)安全可靠。同年8月海軍某部致函寫道：典型類比分析法“具有快速反應(yīng)、簡便實(shí)用、直觀、可靠性較高的特點(diǎn)，非常適應(yīng)當(dāng)前我軍國防工程建設(shè)發(fā)展的需要�！�

　　2． 西方同行能夠明白：“為什么一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件，能夠起到專家現(xiàn)場咨詢的作用”

　　1996年1月《國際巖石力學(xué)與礦業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)》主編J.A.Hudson博士來華，筆者告訴他：“二灘水電站導(dǎo)流隧洞施工中進(jìn)行設(shè)計(jì)校核時(shí)，我并不在現(xiàn)場。設(shè)計(jì)院的工程師使用我研制的典型類比分析法BMP84A程序，起到了我到現(xiàn)場咨詢的作用�！� Hudson博士說：“我?guī)缀醪桓蚁胂��！辈⒄f希望筆者再寫一個(gè)稿件，讓他的讀者都能明白。

　　在J.A.Hudson博士的學(xué)生和助手矯勇博士的大力幫助下，筆者和助手吳向陽等的論文“典型類比分析法在二灘水電站施工中的應(yīng)用”的中、英文稿，經(jīng)過一年多的反復(fù)斟酌、修改補(bǔ)充，又經(jīng)過J.A.Hudson博士的英文編輯，并為“典型類比分析法”的英譯定名（Precedent Type Analysis，簡稱PTA），1998年12月發(fā)表于《國際巖石力學(xué)與礦業(yè)科學(xué)學(xué)報(bào)》[17]。說明這篇稿件達(dá)到了使西方讀者都能明白：“為什么典型類比分析法分析程序，能夠起到專家現(xiàn)場咨詢的作用”的要求。

　　3． 國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)主席的推重

　　2007年1月，新任國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)主席J.A.Hudson博士發(fā)表長篇論文：現(xiàn)代化的巖石力學(xué)建模與巖石工程設(shè)計(jì)的流程圖。在引言和綜述以前的工作部分，該文引用1977年以來8篇文獻(xiàn)，多數(shù)出自國際權(quán)威專家學(xué)者，1998年筆者和助手的上述論文也在內(nèi)。隨后J.A.Hudson博士提出“現(xiàn)代化的巖石力學(xué)建模流程圖”，引用當(dāng)代8種巖石力學(xué)建模方法，其中之一是典型類比分析法。[18]典型類比分析法能夠?yàn)閲鴥?nèi)外巖石力學(xué)和地下工程界主流所理解，并得到公認(rèn)，可以說這是一個(gè)標(biāo)志性的事實(shí)。

　�。ㄋ模┑湫皖惐确治龇ㄔ谔囟ǖ姆矫�，能夠模擬專家現(xiàn)場咨詢，并高于專家現(xiàn)場咨詢的6點(diǎn)表現(xiàn)

　　1． 專家現(xiàn)場咨詢意見主要是定性的，而典型類比分析法軟件對(duì)圍巖穩(wěn)定性的分析預(yù)測是從定性到定量、逐次逼近的；

　　2． 典型類比分析法軟件以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，一般工程技術(shù)人員都能掌握應(yīng)用；

　　3．以工程地質(zhì)力學(xué)指導(dǎo)下的、更為先進(jìn)的“坑道工程圍巖分類”，作為類比的基礎(chǔ)；

　　4．以同類圍巖中地質(zhì)條件最差的，具有比較系統(tǒng)、完整的原位測試資料的典型工程的典型信息，作為類比的基準(zhǔn)，可信度高于一般專家；

　　5．充分利用巖石力學(xué)數(shù)值分析的優(yōu)勢，是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)半理論方法，能夠反映洞形、埋深、支護(hù)配置等結(jié)構(gòu)因素。這是專家經(jīng)驗(yàn)難以反映的；

　　6． 人機(jī)結(jié)合，以人為主。既發(fā)揮人的宏觀經(jīng)驗(yàn)判斷的長處，又發(fā)揮計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算、海量存儲(chǔ)和信息處理的優(yōu)勢。

　　既然典型類比分析法把地下工程專家咨詢經(jīng)驗(yàn)，即“別人很難學(xué)到的那些科學(xué)以前的知識(shí)，即精神財(cái)富”，挖掘出來，并且已經(jīng)幫助地下工程中工程技術(shù)人員把“智力開發(fā)大大地向前推進(jìn)一步”，既然在地下工程專家咨詢經(jīng)驗(yàn)方面，典型類比分析法已經(jīng)“是把還沒有形成科學(xué)的前科學(xué)知識(shí)都利用起來”，而且在廣泛的實(shí)際應(yīng)用中，確屬行之有效，那么，錢學(xué)森指出的：“形象思維比抽象（邏輯）思維更廣泛，邏輯思維只是解決科學(xué)問題，形象思維是把還沒有形成科學(xué)的前科學(xué)知識(shí)都利用起來。這是智能機(jī)的問題�！盵16]，典型類比分析法雖然屬于軟件（原則和方法），不是硬件，但是從功能的某些方面看，應(yīng)屬“智能機(jī)的問題”似乎原則上應(yīng)該是成立的，應(yīng)該也是經(jīng)得起反駁的。

　　但是，典型類比分析法對(duì)于形象思維研究來說，畢竟只是一個(gè)個(gè)案。凡是具體經(jīng)驗(yàn)都有局限性。對(duì)于形象思維的模擬，本文如果真的能夠講清楚一點(diǎn)兒的話，也只是一顆鋪路石子而已。

　　五、小結(jié)

　　一個(gè)具體的復(fù)雜性工程技術(shù)問題研究，如果自覺地以錢學(xué)森現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系總體框架為指導(dǎo)，從不同角度、不同層次加以觀察，并且用中西兩種不同文化和科學(xué)傳統(tǒng)，以及不同學(xué)科的理論觀點(diǎn)和方法進(jìn)行對(duì)照、分析，加以融會(huì)貫通、有機(jī)結(jié)合，就有可能解決西方科學(xué)家所未能解決的科學(xué)技術(shù)難題，并且有可能在理論上見西方科學(xué)家所未見。筆者感到，這是錢學(xué)森指出的一條光明大道，也是盡快取得有價(jià)值的理論創(chuàng)新成果，并且在技術(shù)創(chuàng)新和普及應(yīng)用上有所發(fā)展的必由之路。據(jù)此筆者認(rèn)為：錢學(xué)森現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系總體框架作為復(fù)雜性科學(xué)研究的綱領(lǐng)，應(yīng)當(dāng)之無愧。

　　本文提出“典型類比分析法是形象思維模擬的一個(gè)小小的突破口，初步具有錢學(xué)森指出的‘中國第一代智能機(jī)’的某些功能”的初步認(rèn)識(shí)，當(dāng)否，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

　　A Complex Case Study and the Enlightenment of

　　Qian Xuesen’s Modern System of Science and Technology

　　Li Shihui

　　 ( Visiting Research Profressor of Key laboratory of Engineering Geomechanics, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China )

　　[abstract] This paper starts from the angle of a case study, to explain the enlightenment of Qian Xuesen’s modern system of science and technology. A key point of this paper is that “ Is the Precedent Type Analysis a small gap to model the thinking in images on computer?(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁)

　　 ”

　　[key words] modern system of science and technology; complexity study; case; Precedent Type Analysis; thinking in images; order parameter

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　　[1] 黃河水利委員會(huì)勘測設(shè)計(jì)研究院:《小浪底水利樞紐地下廠房支護(hù)設(shè)計(jì)報(bào)告》.1994年.第50-51頁.

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