本文授权转载自公众号胡正宇结构视点（id:AlexHU2020)

作者：胡正宇，英国皇家结构工程师学会(IStructE)资深会士(Fellow)，加拿大安省分会主席(Chairman of IStructE Ontario Division)，现持有英国皇家注册结构工程师、加拿大ON/AB/BC省注册工程师 Professional Engineer (P.Eng.)、BC省特别指定结构工程师 Designated Structural Engineer (Struct.Eng.) 以及中国一级注册结构工程师等诸多国家和地区的顶级结构工程设计从业资质。胡正宇先生目前还是美国土木工程师协会正式会员(M.ASCE)，并兼任英国皇家结构工程师学会皇家注册结构工程师考试阅卷考官（Marking Examiner of IStructE Chartered Membership Exam）。胡先生拥有超过二十年国际工程设计经验，精通从超高层到大跨度等各种结构类型的设计及项目管理。现为加拿大国家钢结构设计规范(CSA-S16)技术委员会委员，也是中国现行构筑物抗震规范GB50191-2012主要起草人之一。

编者按：这两天又在英国出差，还是IStructE的事，不过这次是代表加拿大安大略省来HQ参加学会上半年的理事会会议（Council Meeting），同来自世界各地的理事以及学会在各国/地区分会主席共聚一堂（很遗憾，由于此次COVID19疫情的影响，学会中国地区的理事代表未能出席此次会议，所以未能见到他们），探讨学会未来的治理框架以及向更加国际化方向改革的事宜。会议的重点当然是如何进一步提高学会在业界影响力和制度创新等问题。然而对学会来说，在世界范围内拥有众多高水平的结构工程师会员是学会在国际结构工程界多年来所积累的国际声誉的根本。所以不管将来怎么改革，这个根基应该是不会动摇的。本周文章即对结构工程师的专业素养有感而发。

我喜欢在出差或旅行期间阅读一些自己感兴趣的东西，随着时间的流逝，它或多或少地成为了我的一种习惯。但是今天的重点不是想谈论我的这个习惯，而是想谈一谈前两天在机场候机时无意中读到的一篇文章，它就是劳伦斯·格里菲斯（Lawrence Griffis）所撰写的 “A Culture of Discipline”，这里我将它按我的理解意译为“专业的素养”。我记不得第一次读这篇文章具体是在哪一天了，但应该大约是在我刚来加拿大不久，有天我在午餐时间随意地浏览着网页，突然这篇文章跳进了我的视线，因为它有一个有趣的标题 – “A Culture of Discipline”。出于对文章标题所表达的意义的好奇，我于是读了下去。读完之后我完全被迷住了 – 再同意不过作者的观点了！而且作者在这篇文章中所总结的很多建议和观点恰恰正是我在我自己之前的职业生涯中所践行的，只是没有像作者这样有条理的总结出来而已。我于是立即将其打印出来并把它订在我办公桌的侧板上，以便每天都能看到它，作为一种总结和提醒。后来时间长了这篇文章的打印稿也遗失了。但我仍然在工作中一直践行着文章中所提及的大部分原则和建议。坦率地说，格里菲斯先生总结的这些原则和建议对我职业生涯中工程实践经验的积累以及我个人自身专业素养的提高都大有帮助，无论是过去当我在中国工作期间，还是现在加拿大工作的时候。这就是为什么我迫不及待地写下这篇文章和你分享的原因。

尽管距这篇文章首次发表至今已有十多年时间，但我确信格里菲斯先生在文章中总结的这些原则和建议对于今天的结构工程师仍然非常有指导意义，无论你目前在哪个国家或地区从事结构工程设计工作；不管你是一名希望提高自己的专业实践水平并在结构工程行业中快速成长脱颖而出的年轻工程师，还是已有一定工作经验的中级乃至高级工程师，我认为你都应该能够从这篇文章中有所收获。我不确定在看到我这篇文章的读者中有多少人读过格里菲斯先生的原文，但我相信那些已经读过的朋友一定会赞同我以上的观点。

为方便大多数中国结构工程师的阅读理解，在此我特地将这篇文章用中文进行了整理。之所以用“整理“这个词，是因为我并不是完全按字面逐字逐句地翻译，而是尝试以意译的方式按我个人对文章的理解去表达作者所想要传递给读者的观点。希望各位能够从本文获得一些启示。

注：以下文章整理自Lawrence Griffils于2006年12月发表于Modern Steel Construction杂志上的同名文章。希望阅读英文原文的朋友可点击文末“”链接阅读。

1886年，法国百年纪念博览会委员会（the Centennial Exposition Committee）向社会公开招标，邀请法国建筑师和工程师为即将到来的1889年百年纪念博览会设计一个具有象征性及纪念性质的建筑，以纪念法国大革命100周年。

法国桥梁工程师和金属结构专家古斯塔夫·埃菲尔（Gustave Eiffel）参加了百年博览会项目的设计竞标。由于其在欧洲桥梁工程和建筑设计领域所取得的成就以及其对美国自由女神像的结构骨架设计所作的贡献，埃菲尔先生在当时的欧洲的建筑及结构设计界已经具有相当的声誉。不出所料，埃菲尔所设计的方案从当时大约700份设计投标方案中脱颖而出，被法国百年纪念博览会委员会选中为最终的获胜方案，因此该项目就被授予了埃菲尔。埃菲尔不但主持整个项目的设计，还负责该项目的施工建造及现场监督管理，同时其个人还承担了工期控制和财务预算的全部责任。结果他不负众望，不仅圆满地完成设计，并领导项目建设团队如期完成工程施工，（该项目竣工于1889年3月31日，总施工工期历时仅22个月），而且最终将工程施工所花费的总造价成功地控制在既定的预算内（比他之前预算的160万【注：换算成当时的美元】还低了6％）。在近代工程史上，埃菲尔铁塔是由一名理解并欣赏裸露结构之美并将其作为建筑的一种表达形式的天才结构设计师所设计创造并施工完成的一项真正的时代杰作和工程奇迹。铁塔那优雅的结构立面弯曲造型是设计塔架以抵抗侧向风力时所涉及的数学运算的产物。它的设计和施工建造在当时展示了许多超越其所属时代的精妙绝伦的创新和技巧，比如：

➜埃菲尔铁塔是一座300m高的人造塔铁，它从1889年开始，雄踞当时世界最高建筑榜首40年，直至1930年才被后续建成的纽约克莱斯勒大厦（the Chrysler Building in New York）所超越。

➜其所采用的超过7,000吨的锻铁【注：锻铁不同于铸铁，锻铁的含碳量比铸铁低很多，具有比铸铁更高的强度和韧性】是埃菲尔在当时的冶金工业技术水平条件下所能够采用的既能提供铁塔所需的材料强度及耐久性，又兼顾可模制及可加工制作性，并能被当时的经济预算所负担得起的唯一可行的结构建造材料。

➜铁塔的设计包括超过5,000张按比例手工绘制的结构设计蓝图，以及超过18,000张构件加工放样详图，尺寸比例精确到十分之一毫米，在工厂中完成构件/零件的加工，并预拼装成一系列长度约5m左右的构件段（便于运输）后再运抵现场交付施工安装。

➜铁塔由一支在埃菲尔密切监督和管理下的施工团队施工安装，施工期间任何时候现场从未多于250个施工人员，却能够以创纪录的22个月的速度完成施工，并创造了当时令人难以置信的，整个施工期间只有一例工人伤亡的施工安全记录。

➜在土层高度变化的地基条件下，铁塔采用多种不同类型的基础并实现了基础沉降均匀，包括当时首创的水密性金属管桩方案并采用了对其临时注入压缩空气的施工方案以便在地下水位以下施工。

➜施工采用了当时专门为这个项目设计的可顺着铁塔巨大的倾斜支腿向上爬升并同时可360°旋转的蒸汽动力绞车和起重机进行构件的施工安装。

➜铁塔的电梯创造性地设计成沿着铁塔支腿的倾斜面上升的传动及机械系统，这在当时是史无前例的。

➜建成的铁塔作为有史以来第一个风洞科学实验室，使得埃菲尔成为了现代结构风工程学实践之父。

▼ 图片来自（https://www.wonders-of-the-world.net) 版权归原摄影作者所有

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尽管这座宏伟的结构具有如此令人叹为观止的创新性和建筑美，但在它建成时却遭到了当时巴黎许多自视甚高的作家，诗人，画家，雕塑家和建筑师们的谴责和质疑，说这座铁塔是一个“毫无用处的怪物……以其粗野且巨大的形体压倒并羞辱了我们所有其它的纪念碑……”，对此埃菲尔回应如下：

尽管埃菲尔铁塔距今已经一百多年的历史，但我们今天的工程师仍然可以从埃菲尔的工作以及他在铁塔设计和建造中表现出的专业的素养中受益。我们现今的结构工程师往往需要在有限的设计及施工预算前提下被要求设计出更高，跨度更大且具有更多样的结构体系和复杂形体的结构，并被要求更快的施工建造速度。同时，我们的职业实践还被委以“保护公众健康，安全和财产”的重责。我们所设计的结构要能够承受并传递那些经常性的可能危及我们自身及公共安全的巨大载荷，我们的结构设计所使用的规范标准比过去更加冗长和复杂，规范的更新换代速度也更快，令人目眩。我们大多数工程师已经在更加努力勤奋地工作，现在我们必须学会更加聪明高效地工作。我常常感慨那些现代大学工程专业所培养出来的年轻工程师的素质。尽管他/她们在工程物理方面接受过很好的教育，但还是必须要经过一定的培训才能适应结构工程设计工作。为了在这个具有挑战性但潜在回报颇丰的行业中取得成功或者甚至仅仅是为了生存下去，我们必须要接受教育并通过不断地实践积累以形成属于我们自己的专业素养。

我们知道，尽管美国的设计和施工行业目前还不能说是很完美，然而它可以，而且也确实拥有一定的制衡机制，因此我们的工程师必须认识并敏锐地意识到这一点。首先，我们必须认识到，随着时代的进步，确保我们结构设计和施工文件的质量是非常重要且明智的。作为“安全网”，我们应当在工程实践中确保正式质量保证计划(Quality Assurance)的实施， 让我们不仅在我们自己的公司内部，而且也与外部其它公司一起支持建立对设计文件实行独立第三方审查（Peer Review）机制的理念。必须要教会我们的工程师让其养成与比他们资深的同事同行交流，讨论设计问题，在设计方法和解决方案上进行协作，并培养和形成一种随着设计的进展定期回顾和检查自己工作的专业素养。

设计过程本质上是迭代的。它一次前进一个步骤。但是不可避免的是，在某些情况下，条件往往会随着设计的发展而改变的。因此常常需要回溯校核一些先前完成的后续随着条件的改变有可能不够准确或不完整的设计步骤或任务。在这些情况下，后退一步根据更新或变化的条件重新复核之前的设计分析结果对于推进结构的设计得到正确合理的设计结果至关重要。这是许多工程师失败的地方，也是考验一个结构工程师专业素养的地方，同时也是让我们容易犯错的过程环节。我观察到，当几个工程师形成一个小组（人不需要太多，三两个人即可）聚集在一个房间中探讨某个特定的设计问题或检查某套设计图纸时，他/她们的工作处于最佳状态。在这种状态下进行技术交流显得非常高效，富有成果，当然也更有指导意义。在这种状态下，我们可以从我们自身的工作互动中学到很多东西。

检查我们设计的第二个机会是在施工详图设计阶段（shop drawing and detailing phase）。当施工承包单位的详图设计人员在根据结构设计图纸准备施工详图设计时，可能经常会发现一些存在于我们的设计图纸中却被我们忽略的问题。因此必须要教会我们的工程师对施工单位所提出的关于我们所设计的图纸的问题高度注意。因为他们可能会发现我们的设计中存在的却被我们忽略的缺陷和不足。就算对他们有些泛泛如“xx看起来感觉不太对”之类的反馈意见，我们也应该留意并保持开放的态度，因为这也可能是一个潜在的他们所不能认定的我们图纸中存在的问题。我们必须要抱着避免在制作和施工中遇到麻烦的态度去检查施工详图，确保万无一失。这是设计和施工过程的第二个关键时期。

最后一次检查我们设计的机会发生在施工过程中。通常，有经验的承包商，制造商或现场施工安装人员会凭其现场的工作经验发现一些感觉不太对劲的细节，或者观察到施工现场结构可能发生的他们感觉异样的变形。尽管这些工人不一定能够完全理解结构设计所涉及的工程原理，但他们通常对结构的变形，尺度感及比例感有一些“直觉”。因此，在施工期间，请认真聆听现场的反馈意见尤为重要，因为它代表了我们的工作系统中的最后一次检查我们可能发生错误的机会。

另外，结构工程师也应在合同允许的范围内尽可能多地进行现场检查（或者更好的是，在设计项目合约谈判期间，争取能够获得或寻求比大多数标准工程设计咨询合同所包括的更深入地或附加的施工服务机会），以便于更好地检查施工进度和质量。我们应该学会认识到，结构最脆弱，稳定性最差或最容易暴露问题的时期往往是在当结构已部分完成的施工安装阶段。

这让我想起了乔·尤拉（Joe Yura）博士在他获得结构稳定性研究委员会（SSRC）颁发的2006年度Beedle奖的颁奖典礼上的一场关于施工倒塌事件的出色的演讲。著名的魁北克大桥于1907年施工期间倒塌，正是因为大桥在施工安装的过程中，结构设计师对施工方所发出的大桥悬臂端施工挠度异常的警告没有引起足够的重视，导致悬臂在安装过程中倒塌，超过19,000吨的钢材坠入圣劳伦斯河。

很有启发意义的是，大多数施工问题和工程事故都是由于错过了以上我所强调的发现问题的机会中的全部三个而不是其中某一个而导致的。在事后的事故审查中，经常发现在这三个中的某一个或某几个环节往往已显示出有可能发生事故的种种迹象，但却没有人注意到或没有人对此足够重视。

综上所述，为避免设计和施工过程中出现问题，我想在这里对结构工程师提出一些具体的建议：

1. 要开发一种适合你自身工作特点的主动性方法，以随着设计的进展不断地审查和复核你自己所做过的工作。

2. 制定合适的工作计划，然后按计划实施你的工作。埃菲尔（Eiffel）是他的设计和施工团队中计划和沟通的大师。这种技巧和努力所产生的效果在埃菲尔铁塔项目的实施中显而易见。

3. 懂得向比你资深的同事工程师寻求帮助和第三方意见，并在条件许可的前提下，请求他对你的设计进行独立的第三方检查。你也要深刻地认识到你所设计的结构构件可能永远不会被检查到，并且可能会完全按照你在施工图纸上所指定的方式进行施工，不管对错与否。

4. 工程是一项团队工作，最好的设计源于协作。值得注意的是，埃菲尔与他的两名首席工程师和一位建筑师紧密合作，共同完成了埃菲尔铁塔的最终设计。

5. 了解你所应用的结构分析设计软件及其设计方法和局限性。使用简单清晰的近似方法验证软件分析设计结果的正确性。并记住，一定要在概念层面和计算分析层面评估你设计的合理性。

6. 总是做到按比例绘制节点或构件细节。否则，你可能会被你不按比例绘制的节点或细节所误导从而设计出不合理或不正确的节点或细节。

7. 在某些条件你不能确定或可能存在变化的地方，一定要制定一种解决潜在限制的包络方案，以确保设计的可靠度。这通常发生在对混凝土结构进行分析设计时混凝土构件材料特性，质量，刚度和阻尼的不确定性，或在进行土-结构相互作用的分析设计时。

8. 分析你所要“设计”的体系；设计你所要“建造”的结构。换句话说，要确保你计算分析中所采用的构件尺寸和材料特性同你在设计图纸中所指定的结构构件尺寸及材料特性一致；同时你在设计图纸中所指定的结构构件尺寸及材料特性要与实际施工建造的结构构件尺寸及材料特性一致。

9. 一定要经常检核在重力载荷作用下以及在风和地震载荷作用下结构及构件的变形状况，以确保结构变形合乎逻辑。将一阶分析的结果与二阶分析的结果进行比较，并观察结构变形的变化。通常，将二阶效应系数保持在1.5以下。

10. 要注意检查结构的自振频率和模态特征，因为它们会让你更好地理解结构的刚度及其自身所具备的动力反应特性。

11. 当执行复杂或不寻常的结构体系设计时，要寻求通过构思另外一种不同的方法来测试和验证你所设定的解决问题的方法的有效性。在埃菲尔设计埃菲尔铁塔时，埃菲尔非常清楚他所设计的铁塔结构所具备的多重超静定特性，以及风力作用的不确定因素和他自己的分析计算结果的不确定性。因此他使用了多种不同的分析方法测试了他的计算分析解决方案。

12. 在检查审核他人的设计项目时，要先与设计人讨论并了解他/她们认为的设计中最棘手或最不确定的薄弱环节。从那里开始你的审查，接着检查设计中最不寻常或独特的方面。之后，按照构件重复性的高低先检查重复性最高的构件设计，因为一个发生在重复性高的构件中的错误可能导致多次维修或更换。然后按剩余的时间检查其余的结构设计。

13. 查看图纸和节点详图以了解可施工性和可能发生及所允许的施工公差。

14. 仔细及时地检查施工详图（shop drawings）。及时回复和解决施工现场所提出地问题（RFI）。根据你设计项目的设计合同中所指定的施工服务要求进行施工现场检查，并尽可能地寻求更多的施工服务机会以尽可能多地进行施工现场检查。

15. 无论什么时候，争取任何可能的机会同制造商，施工安装详图设计者，施工安装人员和承包商联系，以了解和测试你所设计的结构的施工造价成本以及施工的可实施性，为你今后的项目积累经验。

16. 尽量学习像建筑设计一样，去尊重并追求结构设计的比例感和优雅感，提高结构美学素养。

结构工程实践为结构工程师提供了创造出既具有美观的建筑外观又可以对公众产生深远影响的重大建筑项目的机会，这些项目可以使得我们所生活的世界更加美好。结构工程师必须勤奋地对待自己的工作，并对他/她们自己，他/她们所在的公司以及他/她们所处的社会抱有崇高的责任感。有感于埃菲尔和他所设计建造的铁塔所传递出来的精神，我在此特别想让年轻的结构工程师们加深一个观念，即一定要发展和形成属于你们自己的专业的素养，这将很大程度上决定作为一名结构工程师的你，在你未来的职业生涯中能走多远以及能取得多大的成就。