谈“运筹学”在土木工程课程中的应用

陆　霄

(庆阳市西峰职业中专，甘肃 庆阳)

[摘 要]:基于“运筹学”的基本理论，重点阐述“运筹学”理论在土木工程专业课理论中的应用，得出土木工程专业学生学习和掌握“运筹学”的基本理论的必要性和重要性。

[关键词]:运筹学 土木工程 应用

一、概述

“运筹学”作为科学名字出现于20 世纪30 年代末的二次世界大战期间。当时，应用在军事战争年代，直到20 世纪60 年代，才被人们普遍认可并加以发展应用到工业、农业、经济和社会等领域，特别在当今科技发展迅速、经济突飞猛进的有利条件，“运筹学”的基本理论先后被引进了各个学科的学科理论中，成为了科研技术人员必备的理论基础，对于土木工程学科而言也不例外。因此，作为土木工程专业未来的工程技术人才而言，学习和掌握“运筹学”的基本理论知识和如何将专业知识与其联系起来有其必要性和重要性。

二、“运筹学”在土木工程专业课理论中的应用

“运筹学”的理论基本要点，就是将数学中的优化思想与社会实际问题的有机结合，作为从事在本工程专业的技术人员，只有具备扎实的理论数学和工程应用数学基础，才能将该课程基本理论与土木工程专业相关理论相结合并灵活运用于教学、科研和工程实践中，以下结合土木工程部分几方面浅谈“运筹学”的基本理论在土木工程专业中的应用。

1.结构分析课程

结构分析，是土木工程专业中最基本的专业基础，是学习和灵活掌握其他专业课的必要前提。其主要内容是通过对各种结构形式在不同荷载情况下的荷载效应进行分析，计算得出内力分布，分析出在建筑功能要求一定的条件下的结构最优布局形式，以便今后工作中从事实际工程设计时，能灵活运用所学的知识选择出合理的结构形式。例如，我们所开设的《材料力学》是分析单个构件的受力、而随之所开设的《结构力学》是将《材料力学》的单个构件组合成结构，进行整体分析等。

2.结构设计课程

结构设计课程，主要是通过学习相应的专业课基本理论，再让学生结合相应的理论进行课程设计实训，从而提高学生灵活运用理论进行实际工程设计方面和处理实际问题的能力，为以后更好、更快适应工作环境打下良好的基础。

(1)《钢筋混凝土结构》

《钢筋混凝土结构》是土木工程专业中一门重要的基础专业课，它所要解决的主要问题是根据结构的力学分析结果，合理设计配置钢筋和混凝土，使得钢筋和混凝土充分利用，以至钢筋混凝土设计达到安全、适用、经济的目标，这三个目标中有主有次，相辅相成。一般原则为保证安全，满足适用，追求经济。所以，应根据实际工程条件建立与实际工程条件基本吻合的力学模型，再进行受力分析，确定设计优化目标函数，合理配置钢筋和混凝土。

(2)《钢结构》

随着社会经济、科技文化水平的不断发展，人民生活水平逐步提高，再加上世界人口的增多，社会对大型公共建筑物的需求日益迫切，而在大跨度结构方面钢结构有着自身的优点（强度高、自重轻、抗震性能好等）。为此，《钢结构》的理论越来越显重要。《钢结构》课程理论主要是围绕结构的节点设计、材料的强度以及结构或构件的刚度和稳定性展开的，由于钢材的强度高，截面尺寸小，大多数钢结构的破坏都不是由材料强度引起的，而是由结构的节点设计不合理，使结构构件长细比过大，导致出现失稳破坏造成的，为此在钢结构设计时应确定造价为目标函数，以钢结构的容许挠度为约束条件，并考虑钢结构中受压杆件的长细比对其强度影响等因素进行结构优化设计，最终在满足安全可靠的前提下，达到最为经济的结构设计结果。

(3)《结构优化设计》

《结构优化设计》是运用优化的相关理论对结构进行布局以及受力分析，尽可能使结构材料性能得到充分利用，以至结构在保证安全可靠的条件下，得到最为经济合理的结构形式。

3.施工管理与建筑经济

施工管理与建筑经济是学生将来到施工单位从事管理、施工和施工项目概预算工作的必备基本专业知识，下面就相关专业课程谈谈“运筹学”在其中的运用。

(1)《施工组织设计》

《施工组织设计》主要是讲述施工过程的组织和进度计划的合理安排，其中施工进度计划的安排和流水施工图的绘制就运用到了“运筹学”的网络优化的相关理论，合理安排施工进度计划，优化施工机械和劳动力的配置，使得施工全过程做到安全有序，保质、保量按期完成。

(2)《建筑经济与企业管理》

《建筑经济与企业管理》这门课主要讲述如何降低成本、提高经济效益的问题，这就涉及将“运筹学”的相关理论运用到项目前期可行性论证、工程招投标、工程项目预算、施工过程的管理、施工项目的竣工和概算、后期质量与经济效益分析整个过程中，力求做到宏观调控、统筹安排。例如，基本建设投资效果分析、建筑工程技术经济分析、预测与决策以及建筑企业管理等用 到了单纯形法、图解法和网络技术等方面的运筹理论。

4.土木工程科研工作

由于土木工程专业与工程实践联系极为紧密，为此，从事土术工程方面的科研人员应根据实际工程的需要进行相应的研究，主要如何利用土木专业的理论来解决工程中急需解决的问题。例如，中国建筑科学研究院所开发的设计软件TBSA和PKPM等，而将“运筹学”的相关理论运用到土木工程科研中尤显重要。例如，空间网格结构的优化设计程序的研究，这一研究成果的完成将为设计人员带来方便，为工程建设单位降低造价，其中用到了单纯形和非线性规划的理论来优化结构的形式和结构的总造价。总之，土木工程方面的大多数研究都是在安全可靠得到保证的前提下，围绕结构造价进行一系列的优化研究，最终得到方便实际工程应用的研究成果，为工程设计与施工人员提供科学合理的依据。

三、结论

综合以上所述，可以看出，“运筹学”理论在土术工程中的运用的实用性、广泛性和重要性。为此，作为未来从事土木工程专业技术工作的专业人员而言，初步了解并掌握“运筹学”的基本理论和思维方式尤显必要。

参考文献：

［1］钱颂迪.运筹学（修订版）.北京：清华大学出版社，1993.

［2］郑连庆.建筑经济与企业管理（第二版）.广州：华南理工大学出版社.

［3］重庆建筑大学、同济大学、哈尔滨建筑大学合编.建筑施工（第三版）.北京：中国建筑工业出版社，1998.