淺談地震工程學中的哲學思維

王波　宣越　劉洋

摘 要：我國地處世界兩大地震帶（環太平洋地震帶與歐亞地震帶）之間，是一個地震多發的國家。特別是近些年來，地震頻發且不乏大震，給人民的生命財產帶來了巨大的損失。地震工程學作為服務于地震工程的一門學科，在減輕地震災害、保障人民生命財產安全、維護社會和平安定等方面扮演著至關重要的角色。結合一些哲學思想和理論觀點，本文從多角度探討了地震工程學科以及相關工程技術中的哲學思想和辯證法原理，并闡述了兩學科之間的緊密聯系，體現了哲學思想在地震工程學發展過程中發揮的重大作用。

關鍵詞：自然辯證法 地震工程 科學技術 建筑哲學

中圖分類號：TU35 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0216-02

自然辯證法是馬克思主義關于自然和科學技術發展的一般規律、人類認識和改造自然的一般方法以及科學技術與人類相互作用的理論體系，是對以科學技術為中介和手段的人與自然、社會的相互關系的概括、總結 [1] 。地震工程學研究的是關于工程結構、特別是土木工程在遭遇強地震動作用下的一系列安全問題，為防震減災事業提供了重要的理論知識基礎和有力的技術支持。哲學思維和辯證法原理體現在地震工程學的各個方面，它們相互作用、相互促進、共同發展。本文通過對地震工程學中哲學思維與辯證法原理的解讀，掌握哲學的思維方式和規律，有助于提升地震工作者的思維能力，自覺運用哲學的思維方式和辯證法原理解決相關領域的工程技術難題，為國家的現代化建設以及構建和諧社會貢獻力量。

1 地震工程學中的哲學思維與辯證法原理

1.1 科學的基礎方面在地震工程學中的體現

馬克思提出，感性必須是一切科學的基礎。科學只有從感性意識和感性需要這兩種形式的感性出發。因而，科學只有從自然界出發，才是現實的科學[1] 。

我國是一個地震多發的國家，從古到今，我們的祖先對這種自然現象進行了長期的觀測和研究。我國最早的詩歌總集《詩經》中，就有對地震現象的敘述：

“燁燁震電，不寧不令。百川沸騰，山冢崒崩。高岸為谷，深谷為陵。”

意思是說，當地震發生的時候，其吼聲如電閃雷鳴。它導致江河為之沸騰，山崩地裂，河流被塌方、滑坡和泥石流阻塞；高山瞬間變為深谷，而原來的深谷缺轉眼變成了丘陵[2]。可見，地震給人類的生產、生活環境帶來了巨大的影響，造成了巨大的人員傷亡和經濟損失。因此，作為一種特殊的自然現象，地震很早就開始被人類感知。另外，中國的“陰陽說”、“天人感應說”，以及日本的“鯰魚說”等，這些解釋大都與神話、傳說有關，違背了辯證唯物主義自然觀的理論，但是對地震工程學的起源起到了一定的推動作用。

1.2 科學技術的發展動力在地震工程學中的體現

馬克思主義認為，社會需求與技術發展水平之間的矛盾是技術發展的基本動力，技術目的和技術手段之間的矛盾是技術發展的直接動力，科學進步是技術發展的重要推動力[1]。

以黃土高原建設與地震工程學的關系為例：

近年來，為響應國家的西部大開發戰略，隨著黃土高原城鎮化建設的深入推進，采用平山造地獲取額外急需土地資源的做法將會更加普遍，這可能會使巨厚黃土填層與高陡邊坡成為城鎮化安全建設的重大地震災害隱患[3]，例如，地震滑坡、震陷、地震動放大效應、液化、活動斷層避讓等。另外，在黃土高原交通工程建設與運營、黃土高原能源開發工程方面，黃土沉陷、黃土裂縫、黃土崩塌對高速公路、高速鐵路、機場的建設運營帶來了諸多安全問題，對輸油管線、鉆井平臺、儲油罐場造成巨大危害。同時，黃土液化和大規模滑移的風險在水利工程建設中凸顯。

因此，以滿足黃土高原地區城鎮化建設、西部大開發重大工程建設、“一帶一路”基礎設施工程建設中的地震安全重大需求為目標，以黃土地震災害經驗教訓和長期研究成果為依據，前瞻性地研究地震荷載和典型動力荷載作用下黃土災害預防的理論與技術，為工程抗震設計、施工與監測提供技術保障，推動地震工程學的發展。

1.3 移植、交叉與跨學科研究方法在地震工程學中的體現

當代科學研究和技術發明變得越來越復雜，進行移植與交叉，通過多學科或跨學科的研究，常常能夠獲得單一學科研究無法獲得的創新結果[1]。

地學、工程與材料科學為地震工程學的建立和發展提供了不可或缺的基礎知識[4]。首先，含地震學、地震地質學和地球物理學等在內的地學知識顯然與工程地震學有直接的聯系。其次，地震工程學是土木工程的一個特殊分支，在進行結構抗震分析時，結構動力學、土動力學也發揮了重要作用。另外，在地震工程學的發展中，傳感和測量技術、計算機與信息技術也起到了重大作用。

1.4 科學實踐的方法在地震工程學中的體現

科學實踐的基本方法涉及觀察、實驗與理論的辯證關系，涉及科學研究主體、科學工具與研究對象，以及與研究環境的復雜關系，也涉及研究者與天然自然、人工自然等關系問題[1]。

地震工程學的發展伴隨著相關試驗技術的完善，結構抗震試驗對于研究非線彈性結構的抗震性能提供了一類較可靠的方法。在地震工程領域常用的結構抗震試驗方法包括：擬靜力試驗、擬動力試驗、振動臺試驗以及動力離心機試驗等[5]。通過對震害現場的調查，觀察不同建筑結構在地震作用下表現出的不同破壞形式，通過試驗研究，獲得模型結構、構件在各種動力作用形式下的本構關系，研究結構發生破壞的機理以及倒塌機制，進一步探究并完善建筑結構抗震機制中的薄弱環節，可見，科學的實踐方法在地震工程理論和地震工程技術發展中發揮了重要作用。

1.5 科學技術研究的數學方法在地震工程學中的體現

恩格斯指出，“數學：辯證的輔助手段和表達方式”。它注重抽象、模型化，是可以把自然研究對象高度抽象、轉化為人工模型，抽象其中因果關系的基本方法[1]。

在進行簡單結構的動力分析計算時，我們往往通過建立力學模型，運用相關物理學原理，列出運動方程的方法，求解結構的動力反應。如圖1所示，一個充滿水的塔，我們可將其看作具有一個集中質量m和一個無質量支撐結構（抗側剛度k）的單自由度體系，在考慮無阻尼的理想情況下，列出其運動微分方程（式①）進行求解。

①

另外，隨著計算機技術的不斷發展，通過數值模擬技術來解決地震工程學中遇到的一些實際問題的方法也變得越來越普遍。

2 地震工程學的發展離不開哲學思維的的指導

我國著名科學家錢學森老先生曾經提出：我們可以將學科類別從高到低分為四個層次，分別為：哲學層次、科學層次、技術層次和應用層次。顯而易見，自然辯證法研究的是宏觀問題，屬于哲學層次；而地震工程學，作為研究工程地震與工程抗震的一門學科，屬于科學層次，二者相互作用、相互促進、共同發展。當一個科學家研究地震工程的相關問題時，不可避免的會涉及到哲學層面上的問題，并且依靠哲學思想來解決問題。

結構抗震的概念是“硬抗”，我們傳統的做法就是增大梁柱截面、增加鋼筋用量，使房屋做得很剛，但實際上遭遇地震時，“硬抗”效果并不好。通過在房屋和基礎之間設一個柔軟層，將地震與房屋隔開，或者地震的能量到房屋前，設計一些消能減震構件，把一些能量消耗掉，采用隔震減震技術可以將建筑物的抗震能力在“硬抗”的基礎上提高4到8倍[6]。這就是“以柔克剛”的設計理念。

我國的古代工匠借助原始的木石磚瓦等材料，建造出許多結構靈巧而抗震性能極高的建筑。例如西安的大、小雁塔，山西的應縣木塔（佛宮寺釋迦塔），天津薊縣獨樂寺的觀音閣，以及遼寧義縣奉國寺的佛教建筑群等。在這些結構的抗震設計中，“以柔克剛”的思想體現得非常突出。“以柔克剛”思想的最主要體現之一是榫卯連接的大量使用，在強地震的作用下，這種連接方式可以通過結構構件的塑性變形來耗散地震傳給結構的大量能量，從而大大減小了整個結構的地震響應[7]。

3 結語

我國是一個創新型的發展中國家，在進行科學研究和工程建設的過程中會出現各種各樣的困難與挑戰。地震工程學的發展關系到人民群眾的生命財產安全，在人口驟增、居民住房用地不足、建筑高度記錄不斷被刷新的大背景下，人們對地震工程的關注度越來越高，這就要求我們在解決問題的過程中保持一種科學的自然觀、發展觀，將哲學的思維觀點以及自然辯證法的相關原理運用到工程技術的各個環節中來，有助于我們把握當前地震工程學的現狀、預測地震工程的發展趨勢，更好地為國家社會主義現代化建設服務。

參考文獻

[1] 郭貴春.自然辯證法概論[M].北京：高等教育出版社，2013.

[2] 魯子健.古代的地震理論與地震觀測儀[J].文史雜志，2008（4）：96-98.

[3] 王蘭民，孫軍杰.黃土高原城鎮建設中的地震安全問題[J].地震工程與工程振動，2014（4）：115-122.

[4] 謝禮立，張敏政，夏敬謙.地震工程學-中國防震減災百科全書[M].北京：地震出版社，2014.

[5] 王進廷，金峰，張楚漢.結構抗震試驗方法的發展[J].地震工程與工程振動，2005（4）：37-43.

[6] 周福霖.抗震宜“以柔克剛”[J].建筑，2013（12）：21.

[7] 盛志剛，劉海笑.中國古建筑結構抗震哲學思想探索[J].自然辯證法研究，2008（12）：47-51.