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作者简介： 网名：水木人生 真名：王锁军 1968年生 国家一级注册结构工程师 土木工程硕士 人大艺术学院艺术设计（景观建筑）硕士课程班结业，北京蓝图工程设计有限公司民建所所长 结构专业副总工程师 往期：《土木吧丨争论！地下外墙配筋率≮0.3%，单面还是双面？》《土木吧丨结构优化那点事儿（一）》《土木吧丨结构优化那点事儿(二)-论层次》 我在“结构优化那点事儿（二）”那篇文章里，提到很多设计院的结构设计师很反感现在的一些甲方的技术管理人员或甲方委托的结构优化公司的一些做法。但甲方的意见更大：你们的烂图为什么就不能优化呢，凭什么让甲方做“冤大头”呢？ 双方的矛盾现在似乎成了行业的一个普遍现象，我认为这里面一定是有原因的，找到了问题的本质，也就找到了解决问题的办法，尤其对甲方的项目技术管理非常重要。但因为那篇文章篇幅比较短，主要是想说明一下设计中的分层次的重要性，所以只提出了问题，而没有分析原因。我觉的这个原因是比设计层次更重要的需要我们思考和理清的一个问题，但因我水平有限，只是把我个人的一些思考和大家分享，一定有一叶障目之嫌，算是抛砖引玉吧。 先说个实际的例子。我的“结构优化那点事儿（一）”的文章里提到了一个开发商。讲到他们开发了一片电子轻工厂房工业园区，找我做结构优化，但其实是“扣钢筋”，被我婉拒的故事。多年后这个开发商因为特殊的原因，有个工业园区项目施工图的设计（规划及建筑方案已完成）找到了我们院，想委托我们做项目的施工图设计。现在这个公司可比十年前大多了，他们主要开发电子、轻工类的工业园区，据说项目从我工作的城市走向了全国。可以真诚的说，现在他们做的非常成功。十多年前的那个结构优化的故事说明他们当时已经具有了很强的成本意识，虽然那时采用的方法不正确，以至于我把它列入了结构优化的反面案例。但十多年过去了，该公司在工程设计管理上可以说已经非常成熟了。虽然我接触的只是设计管理这一块，但我相信他们在前期产品研发、规划、和后期的施工管理上也一定非常成熟。为什么？无他，一叶而知秋矣。 他们到我们公司考察，设计招标其实是走形式。五大专业悉数到齐，不用问都是从各大院挖过来的专业设计人员。要求我们每个专业负责人必须全部到场技术交流。而且带来了整本的厚厚的设计任务书和设计技术条件，包括已经确定的建筑方案。设计条件规定的非常详细，几乎把所有的建筑材料和做法都做了规定，剩下的就是画图匠完成的事了。结构虽然相对建筑有些不确定，但对结构的荷载如恒活的取值（文一里面提到的不确定隔墙荷载也已明确），钢筋和混凝土的选用，几乎所有和设计有关的参数、甚至梁柱的断面等都做了规定，用钢量限值自然不可缺少了，要求设计用钢量如果增加不得超过5%，减少有奖励，其它专业更不用说了。合同几乎是标准的，罚则和奖励都很清楚。若是甲方自身的原因造成的修改也提出了增加设计费用的条款，非常具体和公平。 不过设计费规定奇低，几乎就是人员成本。时间也非常苛刻，超时处罚很严厉，当然提前完成也有奖励，但合同规定的时间实际上几乎不可能提前完成的。 当然商人重利无可厚非。技术成熟的设计公司在这样的设计条件的约束下，设计产品质量很少会偏离。在这样低的设计费几乎无利润情况下，很多设计院估计都会放弃，但总有那些项目空档期，设计能力也不错的的公司需要项目，据说甲方到处考察设计院几年下来不下上百家，开发商就是在拼缝找这样的设计院，把设计院当成了拿着鼠标的民工。关键人家有水平抓住了这种工业园区设计的本质，所以可以这样操作。 我们院不需要给人当这个民工，于是礼貌的说拜拜了。 其实这个案例是非常典型，也是一个极端的案例，如果把它后面的实质分析透了，几乎可以说明白工程设计的大部分问题。 为什么这个开发商在设计成本最低的情况下，能完全保证设计的质量，他们如何做到的呢？中国人模仿能力极强，为什么很多开发商模仿的不伦不类，或干脆无法模仿呢？ 这个问题其实问到了工程设计这种产品或服务的本质。 如果把工程设计当成一种产品或服务的话，它不同于任何通常意义上的产品和服务，比如冰箱产品或餐饮服务。但我们目前工程设计领域还没有就工程设计这种特殊的产品或服务的特点进行过专门研究和总结，至多是某些文章的只言片语和只能专业人员阅读的专业技术规范。而工程设计领域的这种特殊性的研究及向社会公开发布宣传，就像医疗科普那样能提高工程领域非专业人士尤其是开发商或政府公共建筑管理者（往往很是项目投资者和决策者）的认知水平，其实是对依附于工程项目投资的大部分专业从业者是非常有利的，也会提高社会整体的工程项目的建设水平。 正如中国人没有西方的逻辑思辨的传统，虽然不缺少建筑师但缺少建筑评论家一样，中国也缺少对工程设计领域特点进行系统的理论研究。本文试图做一点点这方面的尝试。 简单的把工程技术咨询与设计服务归入一般的产品或服务而采取其一般的产品制造或服务的方法一定是错误的。工程设计的产品或服务对于采购方来说和采购一般的产品或服务是不一样的（比如你去买个冰箱或选择你喜欢吃的餐馆），一定是采购者和产品或服务提供方紧密合作才能得到一个最终的工程。 严格讲世界上没有一个完全的相同的工程，自然对不同的工程采用的设计方法和原则就是不同的，所以设计的依据本质上是设计方法或设计原则，而不是生产标准（比如电冰箱的标准或麦当劳炸鸡的制作标准）。 如果把建筑美学和人的空间感受的因素加进来，工程设计的复杂性和不确定性更是无限的增加。但完成这些工程设计的技术相对其它工程行业比如航天工程似乎要简单的多，这也是社会上很多人对工程设计这种复杂性与简单性不能正确理解的原因，以至于产生很多矛盾和误解。 建筑大师罗伯特.文丘里在他的《建筑的矛盾性与复杂性》的书里这样说到： 必须承认建筑功能（对工程设计的各个专业性质是一样的—笔者注）问题不断增长的复杂性，我所指的当然是这个时代特有的、由规模和现代要求引起的复杂问题，例如实验室、医院、特别是城市范围的规划和区域规划。然而，即使像住宅这样规模简单的项目，若要表现现代生活的不确定性，其目的都是很复杂的。实现一个计划的方法与目的之间的差别是很显著的。例如，火箭飞向月球计划，其方法及其复杂，但其目的却简单而无矛盾。虽然建筑的设计和结构造方法上和技术上远比任何工程简单，也不复杂，但其目的却比较复杂，而且经常让人琢磨不定。 文丘里的这段描述建筑设计的话当然也适用于结构设计，其实用对工程设计任何一个专业都非常合适，只是个专业复杂的程度不同而已，比如建筑功能目的的不确定性比结构的不确定性就复杂的多。 回到那个例子上来，这个项目有个特点，因为是轻工电子类标准厂房（不针对某个具体的工业项目），所以他们经过多年的实践，开发出了三四种户型（给生产用的户型比给人住的户型自然简单的多），每栋建筑就进行几种户型组合，几乎全国都可以通用，他们的提供给市场的产品都是标准化的，而不提供专门定制的厂房。所以他们的设计就几乎都可以标准化，标准化的东西一定是经过实践检验最优的东西。但前面说过，理论上没有一种工程设计产品是相同的，这个也不例外，比如这些标准厂房的地基就不可能相同，所以他们在技术条件里规定的用钢量就不包含地基基础这块，这正是他们设计管理上弄清了工程设计复杂性的本质。 如果开发商能看到他们产品的特点在技术管理上能做到这点，还需要结构优化这个环节吗？也就没有了我第一篇文章中的那个故事了。 但实际上能够这样做标准化的项目少之又少，绝大部分的工程项目是无法做标准化的。人们笑言：开发住宅的如果是需要中学生的水平，那做商业开发的就是研究生的水平，更不要说商业旅游区的开发了，那复杂程度可能就是博士生的水平了。按这种说法这个开发标准厂房的可能连小学生也算不上。 工程项目的复杂性，不同的项目是不同的，用相同的方法去解决不同复杂性的项目一定是驴唇不对马嘴。比如有的公司把人家的开发住宅的设计任务书拿来，简单修改一下，提供给设计院。其实人家在的城市的销售客户群和你的就不一样，人家都摸索好多年了总结出来的那一套标准，你随便拿过来就能用吗，更何况你的项目能不能具有人家那样可以标准化的性质。 有一个内蒙的住宅项目，我们和他们谈设计合同。甲方提供的设计条件很多但一看就是从别人那抄来的，很多规定很可笑，也要求限制用钢量。甲方为了偷面积，很多房间不设外墙或楼板，销售的时候可以赠送，业主改造。实际这样的开发商很多，单纯从经济利益上，只要符合国家的政策规范似乎也无可厚非。但这样的建筑即使从单单结构一个专业来说，其体型复杂，扭转等不确定性因素就很多，再有经验的结构师也无法精确的判断其用钢量是多少，再有这样特殊设计案例具有唯一性，无法形成经验指导后面的实践。所以只有施工图纸出来造价师算完了才知道用钢量。但业主一定要把用钢量规定到合同里，超过了就要处罚等等。 我当时给他们讲这个道理，甲方的一个小伙子估计是干了三五年设计，梗着脖子说：我们公司的项目和别的设计院签的合同都要规定用钢量，我们已经完成的项目和这个差不多，用钢量是多少多少（后来他们提供施工图我们对照了一下，其实建筑体型差的很多，只是户型类似而已），你们为什么就不行呢？是你们的水平不行吧，我也做了很多年的设计，反正也是计算机运算，反复试算几遍呗，不能光想挣钱不想付出巴拉巴拉的。我知道这种时候是无法和他理论的，只好作罢。这个项目最终放弃了，当然结构规定用钢量不是我们放弃的主要原因，但看到这些大家也会知道他们其它的问题了。 有人会问，你说的工程设计具有这样的复杂性和唯一性，文丘里也说难于捉摸不定，大部分无法标准化，那咋办呢？我们不能把我们投资几亿元的项目扔给设计院就完了吧，干不好设计院无非损失点设计费，我们可是上亿元的损失呀，所以我们找优化公司没错呀。 开发商的困惑我觉的非常有道理，这里面其实是首先要认识工程设计复杂性的本质，然后寻求解决方法的思维方式的问题。 再举个和开发工业园区相反的例子，来说明建筑工程设计的复杂性以及其解决方法为什么是错误的。某南方大城市中心要开发一个城市综合体项目，面积十多万平米，因为开发商比较认可我们做过的一个酒店单体项目，找到我的联系方式邀请我们去参与他们的项目。 董事长是位很有气质的中年女性，办公室很大，她坐的办公椅距离我们的沙发有七八米远，一副拒人千里之外的表情。斜着眼看着我们说想建一个城市综合体，有酒店、公寓、办公、综合商业等相当于Mall什么的，所以需要建筑师先设计几个方案看看。我说目前首先是项目的定位，到底将来要干什么，即使不能完全确定也要考虑将来发展的可能性，这个阶段其实是项目策划的阶段，我们建筑师难于胜任这个阶段的工作，只能提出一些建议而已，应该甲方先研究项目的定位提出设计任务要求等。她呵呵笑了几声说：我也不知道我的建筑是什么功能，不能完全确定未来干什么，我让你们建筑师过来不就是为我干这个的吗？如果你们不能给我确定，我找你们建筑师干什么？ 我知道无法说服她，只能不欢而散，可惜了两天的出差时间和机票钱。 其实这个项目的复杂性的数量级远远大于第一个工业园区例子，工业园区标准厂房也不是不复杂，是因为它大量开发的产品经过多年的实践摸索归纳出产品标准化的途径。而这个综合体项目可以说是唯一的。作为开发商要认识到项目复杂性的性质，寻找解决它的方法。 比如这个项目前期的定位就不是建筑师能解决的。建筑师解决的是空间和空间的组织方式以及建筑和周边环境的关系及人们的感受等（美观与环境）。而一个大型的城市综合体涉及到的问题不仅仅是建筑功能的完成而是城市地段需要什么样的建筑功能，其包含了更广泛的社会学、城市学、经济甚至政治等因素，不是一个建筑师能把控的。 如果把建筑设计（包含结构等各专业） 当成一个复杂系统的话，那项目总体开发一定是一个更大的复杂系统，建筑设计只是这个复杂大系统的一个子系统。而这个大系统中还有一个子系统就是项目的策划定位，而且从时间先后阶段来说策划定位子系统也一定在建筑设计子系统的前面，也比建筑设计子系统更重要。当然这两个系统也有少量的交叉，而这个交叉，正是建筑师能够在策划子系统中起到的作用，但建筑师的作用在这个子系统中一定不是主要的因素。 而这个女老板没有看到项目的本质，想当然的认为做几个建筑方案选择一下就可以解决。我其实知道把这种项目的复杂性让建筑师去解题是有很大风险的。 孔子的学生问孔子如何交朋友时，子曰：“忠告而善道之，不可则至，勿取自辱”。做生意和交朋友一样，既然我已经说过我的观点尽到责任了，人家不听，只好冷眼旁观了。 项目自然是不成功的。后来开发商请瑞士的建筑设计团队，方案干一年多翻车了白干，后来又找哈佛的美籍华人建筑师接手。因为 她始终认可我们后期施工图的设计与服务能力，所以委托我们配合做初设和施工图。后来施工图都做完了，基坑也挖完了，因为最终觉的这大的投资项目定位有风险，又停到那了。 这个项目还有一个因素已经超出了通常我们所说的项目开发的大系统的范围，就是该项目不符合用地性质，只好按教育用地性质的教育建筑设计报批，而后改造成商业建筑，这一下子让着复杂的系统的可变量几何指数增加，风险急剧增加。这个情况是中国快速发展过程中的普遍现象，虽然违规但设计院为了生存只能当从犯，不过这不是我们这篇文章分析的范畴。因为我们参与设计所以了解整个项目的运作过程，后来虽然设计费受些损失，但给我的这篇文章提供了很好的素材。 岁月荏苒，基坑依旧。 关于项目的复杂性系统的问题，美国著名记者间.雅各布写了一本足以颠覆传统城市规划理念的书《美国大城市的生与死》，书里对城市规划的复杂性进行了论述，并在最后章节里大篇幅的引用了沃沦.韦佛的关于科学在事物复杂性上的研究。雅各布认为这种研究结论适用于城市规划，我觉的也同样适用于项目开发策划和建筑设计。因为城市规划、项目开发、建筑设计等等都是具有相同性质的复杂性，只是母系统和子系统的关系。如果读者想详细了解，可以读这本书原著，也可以查找沃伦关于事物复杂性研究的有关文章，本文结合自己的观点只是简述。 沃伦.韦弗列出了科学思想发展的三个阶段：1）处理简单性问题的能力，比如函数，两个物体间的万有引力公式等。2）处理无序复杂性的问题的能力，比如研究分子的运动等采用概率统计学的研究方法；3）处理有序复杂性问题的能力。 当牛顿发表《自然科学的哲学原理》后，人类认识到牛顿三大定律的伟大，以为只要知道了物体的初始运动的所有参数，就可以预知物体未来运行的规律，但一个《三体》问题就将人类打回了原形。两个物体的万有引力公式如此的简洁，但人类最伟大的数学家高斯、莱布尼斯等当对三个物体的运行规律进行研究时，发现几乎绞尽脑汁也无法解答三体的运动规律，人类终于认识到三体问题的无解，更何况灿烂星海的宇宙呢？这也是刘慈欣科幻小说《三体》名称的由来。 雅各布把城市规划归入了有序复杂性的范畴。其实我认为项目开发策划和建筑设计都可以归入有序复杂性来研究。其实城市规划的有序复杂性随着因素成倍的增加，其有序复杂性更趋向于无序复杂性问题，所以城市设计可以采用研究无序复杂性系统的方法比如概率统计的方法来研究。但作为一个项目的开发或其子系统的建筑设计，其各影响因素显然少于城市规划（虽然都是无穷大，但数学上无穷大也分级，比如空间中直线的无穷大就小于空间中曲线的无穷大），所以更像一个有序复杂系统。但建筑设计包含了一般系统所没有的美学、社会学、心里学的因素，使建筑工程的复杂性超出了一般工程的复杂性。 我没有读过沃伦韦弗关于有序复杂性问题的研究和解决方法的文章，估计有序复杂性的解决方法理论是一个专门的课题，不是一两句话能说明白的，也不是本文的重点内容。虽然从科学层面我们没有研究过有序复杂性系统的解决方法，但我们还是可以判断文中的第一个例子的解决的方法是正确的，而第二个内蒙住宅的例子尤其是城市综合体开发的例子的解决方法显然是错误的。 认识到项目的本质其及其有序复杂性的特点，就应该意识到应该采用相应的方法去解决，虽然采用的方法不一定完全正确，但和根本没有意识到这个问题而按想当然的方法去解决，是完全不同的两个概念，这应该属于方法论和思维方式的范畴。这就是为什么哲学可以指导其它学科和人们的社会实践活动的原因。 回到本文的“结构优化”的主题，虽然也可以归入有序复杂性的问题，但相对项目开发的系统低了好几个层次。结构师认识到这个层次，就会理解别人对我们误解是一种必然，也会知道自己在整个工程建设领域的的地位。就像刘慈欣小说里写的那样，人类自己认为地球文明很发达，但相对于几亿光年的外星人来说，我们的地球在他们的望远镜下就是一个质点。我们的结构师的工作要求就是了解我们在整个项目建设里处在什么位置，善于与上下游交流，再做好我们本职工作，用适合的方法解决我们专业的问题。 显然，结构过程优化是一个好的结构设计方法，但应该正确的去应用。在项目设计初期首先应该对设计进行标准化。尤其是开发商，因为其掌握标准化的资源和团队，而设计院如果进行这种产品标准化研究就困难的多，虽然设计院可以做必要的设计方法标准化和部分通用产品的标准化。 但对一个复杂的比如城市综合体、剧场等的设计，采用标准化的途径无法走通时，就要采用建筑设计的分层次分阶段解决的方法，就像我第二篇文章里提到论层次的方法。这是针对工程技术咨询与设计服务的特点总结出来的基本方法。就结构优化来说是一样的，应该贯穿于结构设计的各个层次或曰各个阶段。无论是甲方管理者、设计院、或优化公司都应该这样。对一般的设计院技术水平可以控制的项目，不但设计院自身应该划分阶段来控制设计质量，甲方管理者也应该加强设计阶段管理，比如分阶段（方案、初设、施工图）进行设计文件提交并由相应水平的技术人员进行审查并反馈意见。 设计院实际是非常欢迎产品的标准化设计和设计分阶段管理的方法，对控制设计质量非常的有效，也就是说能标准化的一定标准化，不能标准化的采用正确的设计原则和分阶段分层次实施。 对比较复杂的项目，设计院和甲方的技术人员都无法把控时，应该让专门技术公司（或优化公司）参与进来，但一定也是按上述分阶段分层次进行参与，而不是拿到最后的施工图进行后期的所谓的“优化”。这样的“优化”往往是即使优化公司看到了大的结构方案的问题，也因为没有时间不可能再做的大的修改调整了。水平再高的优化专家只能无奈的进行“扣钢筋”。结果是让甲方抱怨、设计院骂娘、优化公司蒙羞。 对大部分民用建筑工程设计来说，建筑和结构是两个分不开的孪生兄弟，如果加上工程造价这块，就像桃园三结义的刘关张一样无法分离。如何协调好三者的关系，打造一个优秀的工程设计或团队，鉴于文章的篇幅，下次接着讨论吧。 |
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