建筑工程施工技术试题 [非线性理论与建筑工程施工技术的演变]

　　摘要：文章从跨学科的非线性理论出发，用混沌与分形的观点分析了建筑工程发展的机制，以期为建筑工程施工技术的演变探索一条自然科学理论研究基础的道路。 　　关键词：建筑工程;施工技术;非线性;混沌;分形;演变
　　中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
　　前言
　　 非线性科学是一门横跨物理、数学的科学理论，混沌和分形是非线性科学的两个重要概念，它们具有递归迭代、对初值敏感性、分岔、自相似等基本特性。
　　 混沌是指在确定的非线性系统中，系统出现类似随机的行为。混沌系统的最大特点就在于系统的演化对初始条件十分敏感，系统的长期行为具有不可预测性。分形理论认为系统是不同层次结构的集合，这些不同层次结构具有无限的细节，虽尺度不同，却有着自相似的特点。系统的局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似性，这种自相似的层次结构，适当地放大或缩小，整体结构不变。分形和混沌是密切联系在一起的，混沌是时间上的分形，而分形是空间上的混沌。
　　建筑工程施工技术的非线性理论
　　 建筑工程也是一种复杂的系统之一，施工操作规程和验收规范的进一步完善，都是在继承的基础上逐步发展进步的，由于继承的作用，建筑工程施工技术的每次改革与演变，都以现有的技术状况为参考，作为下一步发展的依据、完善的基础。可见，建筑工程施工技术的发展演变遵循非线性科学的递归迭代机制。但由于受诸多因素的影响，在继承的同时会发生各种各样的变化，继承了传统的基因， 使优良信息得以积淀，从而实现“留其精髓，弃其糟粕”。在这个过程当中，具有进化优势的突变体作为偶然涨落出现，并通过继承实现自我选择。通过继承，功能相似的突变体越“生”越多，它们逐渐聚集起来，使进化因素得以积累。众多的突变体相互竞争、相互协同，经过优胜劣汰的选择机制，并在负反馈机制的作用下促进建筑工程施工技术的演变。由于建筑工程施工技术的发展遵循迭代机制，因此它们的发展演变具有混沌和分形理论的特性。
　　 对初始条件的敏感依赖性是混沌运动的基本特征，在混沌系统中，系统的运动轨道敏感地依赖于初始条件。两个相邻的初值出发的两条轨道在短时间内虽然相差不大，但在经历足够长的时间以后，会呈现出显著的差异。混沌学之父美国气象学家洛仑兹就有“蝴蝶效应”的说法：一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。常言道“差之毫厘，失之千里”就是这一回事。建筑工程施工的发展也是如此，也表现为对初值的敏感。由于建筑工程施工技术的演变是创新文化的继承，在这个过程中，每次继承如果发生一些微小的改变，经过长时间的积累，也会显示出很大的差别。在建筑工程施工技术的发展中，新因素的出现，既是建筑技术发展的源头，也是进一步发展的基础。如从2007年开展的建筑节能施工，起初总体而言建筑节能的效果并不十分显著，人们抵触较大，但随着建筑节能的纵深发展，一条“低碳、可持续发展”的道路显现出来，不久的将来建筑节能势必改变我们的建筑理念。
　　 分岔是进入混沌的道路，随着外界环境的改变，系统逐步发生质的改变，如“一分为二”的分岔，外界因素造成系统从不动点到周期二的转变，又从周期二到周期四转变，……，直至无限周期，也就是转变为混沌的行为。建筑工程施工的分岔机制表现为发展具有多种选择可能性。由于建筑工程施工技术对初值敏感性，微小的差值经过长期的积累效应，将会产生相差悬殊的结果。如果从一个同样的状态出发，因为环境和地域的不同，其后继者在承前时会稍微有许改变，经过多代人的努力，原先相同的状态将会发生不同的分支，这些分支不是一成不变的，也将发生进一步的分支，这些分支是建筑工程施工技术演变的基础，确定性的系统丧失将产生随机的系统，建筑工程施工技术的随机性正是对环境和地域的不确定性的一种反应。混沌理论揭示了建筑工程施工技术多样性共存的缘由。
　　 分形理论从总体上而言，研究的更多是部分与整体的自相似关系，自相似，即取分形上任意一小部分加以放大，就可以发现部分与整体是相似的，这是一种规则的分形。自相似性是混沌系统的特点，内在随机性所产生的混沌运动并不是完全无序的，而是具有无穷层次的自相似结构。在部分与整体的关系上，分形已经揭示出一个重要特点：自相似性为我们理解部分与整体的辩证关系提供了新的科学依据。规则分形在自然界少之又少，建筑工程施工技术也是如此，它们没有严格意义的自相似性，只有相近意义上的自相似性。例如，验收统一标准上，将一个单位工程划分为几个分部工程，分部工程又划分为多个分项工程，下面接着是检验批工程，复杂的项目又衍生出子单位、子分部工程，各个单位工程、分部工程、分项工程之间又有相近意义上的自相似性。
　　
　　结语
　　 建筑工程施工技术是信息的系统工程，系统的递归迭代可以使信息进行传递，对初值的敏感性，可以使信息经过迭代而发生层层分支和变化，产生随机性的行为，随机性所产生的混沌运动并不是完全无序的，而是具有多层次的自相似结构。建筑工程施工技术完全具备了混沌的递归迭代、对初值敏感性、分岔、自相似等这种特征，伴随着不断丰富的过程，建筑工程施工技术呈现出一种深层次的发展演变。