美国土木工程师学会（ASCE）旗下、结构工程专业的旗舰期刊Journal of Structural Engineering在2016年9月刊登了五篇综述文章，这是ASCE-SEI的传统，每隔一定时间，召集大牛们一起，通过国际协作，就结构可靠度的现状与未来发表综合论述。凡对结构工程有理论兴趣的学生学者都应该注意这几篇文章。
Reliability-Based Performance Indicators for Structural Members, by M. Ghosn, D. M. Frangopol, T. P. McAllister, M. Shah, S. M. C. Diniz, B. R. Ellingwood, L. Manuel, F. Biondini, N. Catbas, A. Strauss, X. L. ZhaoPerformance Indicators for Structural Systems and Infrastructure Networks, byM. Ghosn, L. Dueñas-Osorio, D. M. Frangopol, T. P. McAllister, P. Bocchini, L. Manuel, B. R. Ellingwood, S. Arangio, F. Bontempi, M. Shah, M. Akiyama, F. Biondini, S. Hernandez, G. TsiatasLife-Cycle Performance of Deteriorating Structural Systems under Uncertainty: Review, by Fabio Biondini, Dan M. FrangopolMaintenance and Operation of Infrastructure Systems: Review , by Mauricio Sánchez-Silva, Dan M. Frangopol, Jamie Padgett，Mohamed SolimanRisk-Based Decision Making for Sustainable and Resilient Infrastructure Systems, by Zoubir Lounis, Therese P. McAllister注意我上面的文章顺序与期刊列出的顺序稍有不同，但我认为我这个顺序更符合历史逻辑。
所谓太阳底下没有新鲜事，结构可靠度的基本理论和方法形成于1960-70年代，主要应用对象是结构安全设计，第一篇文章主要讲的是结构可靠度在这方面的主要进展。但是自从1970-80年代基于可靠度的结构设计方法规范化以后，结构可靠度理论基本上就是朝着这样两个方向走：体系可靠度和时变可靠度。在应用上面，体系可靠度主要沿着优化设计的脉络在发展：先是系统可靠性优化，后来是全寿命优化，接着是大系统、多灾害环境下的防灾减灾优化----第二篇文章大概讲的就是这些。时变可靠度最初零散地应用于疲劳可靠度设计，但这些年来逐步转变到以基础设施的检测、维护管理为主----第三、四篇文章分别讨论退化建模和维护优化，二者为维护管理的两个核心问题。第五篇文章讲了一点政治正确的东西，世界进入到了Trump时代，大家要知道政治正确几乎变成了一个贬义词了。两位作者，均就职于政府部门，一位加拿大NRC的，曾是MZ Cohn的学生，另一位美国NIST的，曾是Ellingwood的学生。
在大多数结构工程师的眼里，结构工程的正统是设计，后面的什么评估、检测、维护，都是不入流的细枝末节。我们就来讲讲，结构可靠度在结构设计这个“主流社会”如何得到进一步的发展与应用？这就是我这个博文的标题。
结构设计理论发展的大方向是基于性能的设计（Performance-Based Design, PBD）。 这个理论发展的方向，从大的方面来讲，是与市场经济具有高度的激励相容性的（incentive compatible）。从小的方面讲，它也是全局优化的必要。那么，如何真正实现真正的基于性能的设计呢？这就取决于两个问题的有效解决：一、什么是性能和性能指标？性能指标的限定值如何确定？
二、如何进行从技术准则到性能标准、再从性能标准到技术准则的两个转变？
性能是一个比较描述性的词，任何有头脑的人都能说上一二。比如结构要安全、舒适、耐久；比如文章要多、经费要足、引用要好。但是说到性能指标，那可不是什么人写个东西就能用得称心的。比如结构安全，早期的安全系数就发现不好。至于为什么不好，学过结构可靠度的都知道，没学过的也不关心。一个大家更有兴趣骂娘的例子是SCI。但是骂归骂，没有还真不行----有如高考，真不考了，骂得更多。
结构可靠度的红旗能扛多久，关键在于就是能不能找到一个用户能够称手好用的性能指标。用户不在乎具体某个构件的安全度是多少。用户关心的是，整个结构的安全度是多少？被塔利班炸掉一两个柱子后，房子会不会塌？类似于汶川地震这样大的地震再来一次（但愿别来），能不能找住不垮？再小一点的地震，能不能少坏一点？等等。对于整个城市路网、水网、电网而言，一次大的全域灾害来临之后，通行能力能否保证75%？消防水压水量能否与震前相当？主要医院、电信部门、指挥系统的电力供应能否保证无外援工作72小时？再有，我们刚才讲的都是很吓人的事情。但是我们还得考虑那些听起来很爽，但算起来却吓人的事情----万一整个结构在全寿命期内都没有一次这样的地震，我们岂不是白花了这么多冤枉钱？这个帐怎么算？当然，帐再算细一点，有些结构、构件、材料会老化，适时地进行服役期内的维护是否值当？那么涉及这些问题的性能指标如何确定？比如耐久性、退化速度、全寿命造价等等。说了这么多，归结为两点，性能指标的确定，涉及到系统维度和时间维度两方面的问题，共同的魔鬼是不确定性。结构可靠度在构件这个层次将不确定性解决了个八九不离十，那能否再在系统和时间这两个维度上进行扩展？这是问题一。
有了这些（不太可能是这个）性能指标，接下来的问题是如何确定性能指标的限定值的问题。尽管这个已经到了用户层次，或许大家要说让用户来定吧。但如果专业人士都不会定，用户肯定不可能做出明智选择的。所以这就涉及到文章五的部分内容。
问题一解决了之后，就还有如何将性能指标分解到具体的技术指标的问题。一个很简单的比方是，总装要求某个系统的可靠度达到五个九。这是性能标准。如何达到这个性能标准，就涉及到可靠度分配的问题。显然，这是体系可靠度的反问题。一切反问题的解决有赖于正问题的解决。这是问题二的一体两面。
但是，这两个问题都解决之后，还有一个更大的问题，就是可靠度分析结果的统计校准的问题。在我看来，这个才是红旗能扛下去的关键所在。
评论 (0)