第二节 概念设计是对工程设计学理化的实际贡献

工程设计是一门很深的学问，它既是科学和技术，又是艺术和哲学；既是生产，又是创作和研究；既是技术应用的过程，又是发现技术问题和推动技术进步的环节和阶段。但长期以来，工程设计仍处于经验传授和技术传承的层面，工程设计学还没有成为一门显学，尽管“工程材料”“钢筋混凝土”“钢结构”“地基与基础”“工程抗震”等各类工程学科理论翔实、著作汗牛充栋并成为大学教学的课程，但这些学科理论和著作均只涉及工程设计的一个方面（环节），还不能描述出工程设计的全貌。黑格尔说：“究竟需要多少特殊部分，才可构成一特殊科学，迄今尚不确定，但可以确知的，即每一部分不仅是一个孤立的环节，而且必须是一个有机的全体，不然，就不成为一真实的部分。因此哲学的全体，真正地构成一个科学。但同时它也可认为是由好几个特殊科学所组成的全体。……哲学全书与一般别的百科全书有别，其区别之处，在于一般百科全书只是许多科学的凑合体，而这些科学大都只是由偶然的和经验的方式得来，为方便起见，排列在一起，甚至里面有的科学虽具有科学之名，其实只是一些零碎知识的聚集而已。这些科学聚合在一起，只是外在的统一，所以只能算是一种外在的集合、外在的次序，[而不是一个体系]。由于同样的原因，特别由于这些材料具有偶然的性质，这种排列总是一种尝试，而且各部门总难排列得匀称适当。而哲学全书则不然。”[40]大学里目前开设的“钢筋混凝土”“钢结构”“地基与基础”等课程，虽然在各自的学科体系来说是系统的、理论化的，但对于工程设计来说，只是“孤立的环节”，没能形成体系。爱因斯坦说：“科学对于人类生活的影响有两种方式。第一种方式是大家熟悉的，科学直接地并且在很大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种方式是教育性的，它作用于心灵。尽管草率看来，这种方式不大明显，但至少同第一种方式一样锐利。”[41]工程“直接地并且在很大程度上间接地”改变了人类生活，但工程本身的教育性是潜藏的，它是工程教育的活教材。在工程教育方面，不仅要传授知识，还要培养学生的工程概念。因为概念可以揭示对象的本质，可以使人从总体上把握概念所反映的对象，可以日益深刻、日益正确地接近对象。黑格尔说，有一种信念认为“所有对象、性质、事变的真实性，内在性，本质及一切事物所依据的实质，都不是直接地呈现在意识的前面，也不是随对象的最初外貌或偶然发生的印象所提供给意识的那个样子，反之，要获得对象的真实性质，我们必须对它进行反思。惟有通过反思才能达到这种知识。”[42]工程概念就是反思工程建设而获得的知识和思想性认识。

黑格尔说：“有的学科开端本身是理性的，但在它把普遍原则应用到经验中个别的和现实的事物时，便陷于偶然而失掉了理性准则。在这种变化性和偶然性的领域里，我们无法形成正确的概念，最多只能对变化的偶然事实的根据或原由加以解释而已。例如法律科学……首先必须有许多最后准确决定的条款，这些条款的设定，是在概念的纯理论决定的范围以外。因此颇有视实际情形而自由伸缩的余地，有时，根据此点，可以如此决定，根据彼点，又可以另作决定，而不承认有最后确定的准则。……另有一种实证科学，其缺陷在于它的结论所本的根据欠充分。这类的实证知识大都一部分基于形式的推理，一部分基于情感、信仰和别的权威，一般说来，基于外界的感觉和内心的直观的权威。”[43]黑格尔说的这种情况在设计规范的规定和应用中，还是会遇到的。例如，《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第7.1.2条规定，在8度0.2g地区的多层砌体房屋的层数不应超过6层，高度不应超过18m。注意，这里的规范用词是18m而不是18.0m，就是说它是一个约数，不是准确的限定值，这意味着规范用词本身具有的模糊性。模糊性是规范作为法律条文所具有的基本属性，可以根据具体工程的实际情况灵活掌握。在实际工程中，6层建筑的实际高度不可能刚好是18.0m，这就引出在实际设计中如何执行“18m”这一限值的问题。住房和城乡建设部《工程建设标准编写规定》（建标〔2008〕182号）的规定，“标准中标明量的数值，应反映出所需的精确度”。有的文献提出，规范（规程）中关于房屋高度界限的数值规定，均应按有效数字控制，规范中给定的高度数值均为某一有效区间的代表值，比如，18m代表的有效区间为[17.5～18.4m]。实际工程中，房屋总高度按有效数字取整数控制，小数位四舍五入。[44]采用有效数据来掌握，虽然便于操作执行，但没有揭示出问题的实质和量的限值的本质含义。

在工程辩证法中，量可以分为外延的量和内涵的量。外延的量是质的广度的标志，它可以用机械的方法来计算代数和，如个数、体积等；内涵的量是质的等级的标志，是质的深度的标志，它不能用机械的方法来计算它们的总和，例如温度的高低，颜色的深浅等。常温下，水杯中的水和大海中的水，虽然体积不同，但都是液态，即水体积的增减，不能改变水的物理状态；将海量的沙子在一个平面上铺开，不会失稳；而将这些沙子堆成沙堆，堆到一定高度，必然会失稳而垮塌。同样是体积的增加，为何一个引起质变，另一个不会？这就是说，不是所有的量的改变都会引起质的改变。引起质变的量是内涵的量，但没有单纯的外延的量，也没有单纯的内涵的量，两者可以互相转化（过渡），转化的转折点往往就是质变的“关节点”。例如，一个工人用10个小时完成一项工作，另一个工人用8个小时完成同样的一项工作，两者所创造的价值是一样的，第二个工人缩短的2小时（外延的量）转化为劳动强度或工作效率的提高（内涵的量）。再如，转换层既可以采用梁板结构，也可以采用厚板结构，楼层的混凝土总用量（体积）可以看作是外延的量，如果按刚度相等来换算，梁板结构所用混凝土量（体积）要小于相应的厚板结构，所节省的混凝土量（外延的量）转化为刚度的提高（内涵的量）。

在黑格尔看来，“量的比例关系”往往就是一种规定性和一种质的表现，因为“在比例中，定量不再具有一种漠不相关的规定性，而是从质的方面被规定为完全与它的别方相关联，定量在它的别方中继续其自身，……每一方都在其与别方的关系中而具有自己的规定性。”[45]例如，在美学上，达·芬奇认为“美感完全建立在各部分之间神圣的比例关系上，各特征必须同时作用，才能产生使观者往往如醉如痴的和谐比例”；在金融领域，反映股票涨跌的指标是各类股票指数。决定结构构件破坏形态的，往往是各类比例关系或相对关系，常见的有构件配筋率（不是构件实际配筋数量）、配箍率、轴压比、位移比、周期比、高宽比、剪跨比、长细比、钢筋的强屈比、周期折减系数、楼板开洞率、体型系数、纵向钢筋搭接接头面积百分率等。《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第3.5.3条规定，结构体系“宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中”，“结构在两个主轴方向的动力特性宜相近”，这些要求也是相对关系。图1-1所示的两个二层房子，由于上下层承重墙布置不一致，造成在地震中出现严重破坏，表明上下楼层之间的结构布置宜基本一致并且刚度宜相对均衡。图1-2所示的四个砌体结构房子，窗台出现类似剪力墙结构的连梁的破坏，窗间墙则完好，其右上图顶层则由于窗台完整而破坏发生在窗间墙，这表明砌体结构窗台与窗间墙之间的相对强弱关系决定了结构在地震作用下的破坏形态。其实，相对关系决定结构的传力模式和在各类作用下的性能在结构中是普遍存在的。

试验和震害调查结果均表明，砌体结构在水平作用力作用下也可能出现弯曲型破坏形态，而且弯曲作用产生的水平裂缝发展到一定程度即坍塌。所以在震害现场弯曲型破坏形态的建筑大多倒塌了，能看到的往往是“裂而不倒”的剪切型破坏形态损毁建筑。图1-3左图结构外墙中的细长墙肢出现水平断裂，几乎掉落；图1-3右图的结构，由于纵墙高宽比较大已坍塌，横墙则由于高宽比小出现交叉剪切破坏，部分也已坍塌，但仍保留的部分墙体勉强支撑着楼板和屋面板，房屋未整体垮塌。

唐山地震8度区内一些五层、六层的砖房发生了明显的整体弯曲破坏，这些房屋的高宽比都大于1.8，其中的部分横墙被从上到下分布的洞口削弱。汶川地震中，笔者在参与地震灾害损失评估时曾观察到一部分砌体结构外墙和内墙出现水平裂缝而未坍塌的墙体、墙肢（墙段），如图1-4、图1-5所示。图1-4所示三层办公建筑建于1991年，按78规范设计，7度设防，外墙和内墙均出现水平裂缝。该建筑进深比较小，但现场评估震害损失时，无图纸，也未实测建筑物的实际尺寸，其高宽比不详。

图1-5所示为一四层住宅，汶川地震后房屋底部外墙出现不同程度的水平裂缝，同时首层外墙窗间墙和二层以上的窗台均出现剪切裂缝，且剪切裂缝比房屋底部水平裂缝宽，开裂程度更严重些，如果地震作用继续，估计首先破坏的是窗间墙。现场评估震害损失时，无图纸，其建设年代和房屋具体尺寸不详，也未进入房屋内部，内部破坏情况不详。

图1-6所示为一四层（局部五层）的办公综合用房，建于2007年，汶川地震前刚竣工验收并交付使用，但人员尚未入住。汶川地震后房屋首层内墙出现不同程度的水平裂缝。

由于没有也没条件做详细的分析研究，因而不能判断图1-4～图1-6所列举的三例砌体结构在汶川地震中出现不同程度的水平裂缝，一定是这些墙体的弯曲型破坏，尤其是图1-6左中图横墙的水平裂缝很有可能是装修时在墙中剔凿了水平向线槽，造成墙体在这一部位出现薄弱截面而造成的，如果没有人为的损伤，一般情况下墙体裂缝分布不会这么整齐的。

《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010不仅严格限制多层砌体结构的总高度，还限制层高和房屋高宽比，其目的就是为了避免墙体出现弯曲型和弯剪型破坏形态。试验研究表明，在一定的竖向压应力水准下，墙肢的高宽比决定墙肢的破坏形态，高宽比不大于1的，以剪切破坏形态为主；高宽比大于4的，以弯曲型破坏形态为主；高宽比介于1与4之间的，为剪弯型或弯剪型破坏形态。笔者负责的某研究课题在中国海洋大学所做的钢丝绳-聚合物砂浆面层加固单片墙对比试验结果表明，设置钢丝绳-聚合物砂浆面层加固的高宽比为1.56的试件的破坏形态，与高宽比为0.743的试件类似，也是剪切型，如图1-7所示。汶川地震中，也观察到部分高宽比较大的细长墙肢出现剪切裂缝，如图1-8所示。此外，震害调查中发现，在地震灾区，多层房屋往往没有发生严重破坏，而大量的单层房屋却倒塌严重，其中一个主要原因就是单层房屋的层高较高，因而墙肢高宽比可能大于1，而且单层房屋竖向压应力较小，在弯曲应力作用下，在墙肢的底部，竖向压应力小于弯曲应力，两项应力叠加后仍然出现拉应力，从而产生水平缝，进而出现弯曲型或弯剪型破坏，致使水平缝贯通造成墙体坍塌。针对这一情况，中国海洋大学曾做了一组试验，如图1-9所示。

图1-9中的试验墙体尺寸为2400mm×2340mm×240mm，底梁尺寸2600mm×180mm×240mm；顶梁尺寸2400mm×180mm×240mm。采用普通黏土砖，强度经试验测得约12.6MPa，砂浆为混合砂浆，按照M1配合比现场搅拌，实测强度0.78MPa。2015年5月4日砌筑，采用一顺一丁砌筑方式，2015年5月20日进行试验。在墙体的上部与下部均放置滚轴，在墙体上部的滚轴之上放一分配钢梁，竖向千斤顶顶在钢梁上，墙的底部与滚轴之间放一钢板；水平加载点位于左下角，在墙体右上角的用一钢件将墙角顶死，限制其水平位移。采用单调加载，通过千斤顶与墙体之间的力传感器读取荷载的实时数据。在墙体的四角分别安装三个方向的百分表，读取数据。

加载方式采用的是竖向荷载与水平荷载混合加载即施加一定的竖向荷载后再施加一定的水平荷载，两个方向的荷载交替增加，每级荷载施加完成后，停顿15分钟，每5分钟读1次数。两个竖向千斤顶的竖向力最终达到161.10kN和152.33kN。在试验加载初期，试件无明显变化，墙体底部与钢板之间产生水平裂缝，待水平荷载达到154kN时，在竖向千斤顶的下部墙体上出现了竖向裂缝，当加载至168kN时，试件底部出现一水平裂缝，裂缝大约出现在墙体左下侧，后向墙体另一底角发展，呈阶梯形，试件破坏。

综上所述，实际工程中砌体的破坏形式主要还是取决于墙肢（墙段）的高宽比和墙量及其分布的均匀程度，即比例关系或相对关系，与总高度有一定的对应性，但并没有准确到0.4m，因为决定墙肢高宽比的，除了层高和房屋总高度外，主要还有门窗洞口尺寸的大小，如果层高增大，门窗洞口尺寸减小，墙肢（墙段）高宽比可以维持不变。《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第7.2.3条规定，高宽比计算可按墙段考虑，墙段的划分按该条文执行。因此，如果房屋总高度大于18.4m后其各层墙肢的高宽比均小于1且在平面和立面上分布比较均匀，我想在这种情况下，高度限值大于18.4m对结构的抗震安全性并没有因高度大于18m而出现突变。反之，即使房屋总高度小于18.0m，由于它的门窗洞口尺寸较大，因而每层或某一层大部分墙肢的高宽比均大于1，墙肢就从剪切型向剪弯型转变，这也属于抗震性能不好的情况；还有一种情况就是，上下层砌体布置不均匀、上下层承重墙体不对齐（图1-1），从而造成刚度不均匀，此种情形下即使高度不超限值，也可能出现较严重的破坏。因此，对于总高度限值的掌握不在于高度本身，而在于高度限值附近的上下波动是否影响墙肢的高宽比，因为墙肢的高宽比是否小于1是判定墙肢是剪切型还是剪弯型的依据。这就是说，相对关系比总高度的绝对值更重要。《北京地区中小学校舍抗震鉴定与加固技术细则》第5.1.5条提出，总高度不宜超出规范所列最大高度的1.2倍，可供参考。

根据上述分析研究，对于总高度、层数、房屋高宽比均不超过规定的限值，仅楼层层高超过规定限值但主要墙肢（墙段）高宽比不大于1的，其发生弯曲型破坏形态的可能性较小，仍以剪切型破坏形态为主。因此，对于总高度或层高大于规范限值的砌体结构，如果其主要墙肢（墙段）的高宽比不大于1，结构仍以剪切型破坏形态为主，可以适当突破规范规定的总高度限值。以此来分析和掌握，比用小数点四舍五入的简单化判别更具合理性，也更能体现结构的破坏规律。

可见，概念设计的提出，是工程设计思维系统化、工程设计学理化的标志。黑格尔说：“理解就是用概念的形式来表达”，只有具体地理解概念，才能正确地掌握概念，因为“作为事物的本质或真理所在的东西，不能是变幻不定的个别事物，而只能是普遍原则或共相，这种普遍原则或共相决不是感官所能把握的，而只能存在于概念中”[46]。列宁说：“真理就是由现象、现实的一切方面的总和以及它们的（相互）关系构成的。概念的关系（=过渡=矛盾）=逻辑的主要内容，并且这些概念（及其关系、过渡、矛盾）是作为客观世界的反映而被表现出来的。”[47]高宽比、上下楼层的均衡性等，都是概念的关系的具体体现。

现代工程建设活动是在正确的工程理念引导下，将工程科学、工程技术和工程管理等知识转化为现实生产力的实践活动；而且工程建设是有计划、有组织、有目的的人工活动，其宗旨是为社会创造出相应的物质财富、经济效益或社会效益。现今一体化计算软件普及的时代，在结构设计中，计算虽然仍很重要，但它的作用已降至次要的地位，而工程概念则成为决定工程设计好坏的关键因素甚至是决定性因素，也是事关工程建设成败的重要环节。黑格尔说：“我们可以在正确有据的意义下说，哲学的发展应归功于经验。因为，一方面，经验科学并不停留在个别性现象的知觉里，乃是能用思维对于材料加工整理，发现普遍的特质、类别和规律，以供哲学思考。那些特殊的内容，经过经验科学这番整理预备工夫，也可以吸收进哲学里面。另一方面，这些经验科学也包含有思维本身要进展到这些具体部门的真理的迫切要求。这些被吸收进哲学中的科学内容，由于已经过思维的加工，从而取消其顽固的直接性和与料性，同时也就是思维基于自身的一种发展。由此可见，一方面，哲学的发展实归功于经验科学，另一方面，哲学赋予科学内容以最主要的成分：思维的自由（思维的先天因素）。哲学又能赋予科学以必然性的保证，使此种内容不仅是对于经验中所发现的事实的信念，而且使经验中的事实成为原始的完全自主的思维活动的说明和摹写。”[48]我们同样可以说，“经过思维的加工”的工程概念设计，一方面“归功于经验科学”，另一方面，概念设计“赋予科学内容以最主要的成分：思维的自由”，“又能赋予科学以必然性的保证”，“使经验中的事实成为原始的完全自主的思维活动的说明和摹写”。

工程概念体系（也可以是概念群）的构建，是工程概念设计的主要内容。怀特海说：“真正的哲学研究方法，是尽一切努力去构成一种概念系统（a scheme of ideas），并大胆地用它来探索对经验的新的说明方式。”[49]在黑格尔看来，哲学的职责“以研究思维为其特有的形式”，而且“哲学知识的形式是属于纯思和概念的范围”。[50]因此，制定具体概念，从规定概念的肯定内涵和否定内涵揭示概念内涵的本质，进而使概念内涵量化，达到概念内涵质和量的统一，这就是运用具体概念的艺术。而结构设计本质上就是一门艺术地运用具体概念的设计技术。

黑格尔说：“当思维具有一个现成的对象时，对象因此便遭受了变化，并且从一个感性的对象变成了被思维的对象；但这种变化不仅丝毫不改变它的本质性，而且对象倒是在它的概念中才是在它的真理中；但对象若是在直接性中，便只是现象和偶然；形成对象概念那种关于对象的认识，就会是关于怎样是自在自为的对象那种认识，概念也就会是自己的客观性本身。……真理在于客体和概念的统一，而那个真理却只是现象，其理由又一次是因为内容仅仅是直观的杂多。……概念的绝对性是对经验材料和在经验材料中证明了的，更确切地说，也是在它的范畴和反思规定里证明了的，这种绝对性在于：经验材料当它在概念之外和以前，并不具有真理，而唯有在它的观念性中，或说在它与概念的统一中，才具有真理。”[51]工程概念具有思辨性和内在逻辑性，它来源于工程和工程建设活动，是对工程建设经验的总结，但不是以往工程建设经验的简单叠加，而是经验的理论化、观念化、概念化。列宁指出：“实存和概念在黑格尔那里大概是这样区分的：从联系中单个地取出来的、分割出来的事实（存在），以及联系（概念）、相互关系、联结、规律、必然性。”[52]黑格尔说：“灵感虽闪烁着这样的光芒，也还没照亮最崇高的穹苍。真正的思想和科学的洞见，只有通过概念所作的劳动才能获得。只有概念才能产生知识的普遍性，而所产生出来的这种知识的普遍性，一方面，既不带有普通常识所有的那种常见的不确定性和贫乏性，而是形成了的和完满的知识，另方面，又不是因天才的懒惰和自负而趋于败坏的理性天赋所具有的那种不常见的普遍性，而是已经发展到本来形式的真理，这种真理能够成为一切自觉的理性的财产。”[53]工程概念就是在大量“单个地取出来”的工程实践基础上，经分析、归纳、总结和提升得出存在于工程建设活动中的“相互关系、联结、规律、必然性”的“真正的思想和科学的洞见”。

黑格尔说：“概念是实体的真理。”“实体性关系的推移是由它本身所固有的内在必然性造成的。”[54]“概念以实体为其直接前提，实体自然地是那概念所表现出来的东西。”[55]而概念“是自由的原则，是独立存在着的实体性的力量”，“是一切生命的原则”。[56]对于工程技术人员来说，经验不等于工程概念，经验是知道如何做，而良好的工程概念不仅要知道如何做，还要做得好、做得快、做得有成效、做得符合原理或内在本质，达成进度、质量控制和经济效益的综合提升。工程概念也是工程建设成就的科学总结。

关于概念设计与设计活动的其他组成部分之间的关系，黑格尔的这段话是一个很好的说明。他说：“对于哲学无法给予一初步的概括的观念，因为只有全科学的全体才是理念的表述。所以对于科学内各部门的划分，也只有从理念出发，才能够把握。故科学各部门的初步划分，正如最初对于理念的认识一样，只能是某种预想的东西。但理念完全是自己与自己同一的思维，并且理念同时又是借自己与自己对立以实现自己，而且在这个对方里只是在自己本身内的活动。因此……哲学各特殊部门间的区别，只是理念自身的各个规定，而这一理念也只是表现在各个不同的要素里。在自然界中所认识的无非是理念，不过是理念在外在化的形式中。同样，在精神中所认识的，是自为存在着、并正向自在自为发展着的理念。理念这样显现的每一规定，同时是理念显现的一个过渡的或流逝着的环节。因此须认识到个别部门的科学，每一部门的内容既是存在着的对象，同样又是直接地在这内容中向着它的较高圆圈（kreis）[或范围]的过渡。所以这种划分部门的观念，实易引起误会，因为这样划分，未免将各特殊部门或各门科学并列在一起，它们好象只是静止着的，而且各部门科学也好象是根本不同类，有了实质性的区别似的。”[57]概念设计目前也“无法给予一初步的概括的观念”，因为它不是工程设计学的“全科学的全体”，因而其很大部分内容也可能只是“某种预想的东西”。通过对近50年来世界上一些大城市先后发生的大地震震害分析，人们对建筑物的破坏规律有了更多的认识，提出并确定了抗震概念设计的要点。关于抗震概念设计，《抗震验算与构造措施（1986年设计规范背景资料、条文解说汇编）》（下册）提出了以下几点要求：

（1）设置多道抗震防线。对建筑装修要求较高的房屋和高层房屋宜优先采用框架-抗震墙结构或抗震墙结构。

（2）合理控制弹塑性区的部位，使结构具有良好塑性内力重分布的能力；有较大的约束屈服范围及极限变形能力，特别应防止局部构件的破坏而导致整个结构的失效。

（3）加强结构整体性和构件间的连接，楼盖在其平面内，必须具有足够的刚度和强度。

（4）抗侧力构件的刚度、强度与延性应有适当的相应关系。

（5）上部结构与基础在强度与刚度上应相适应。

可见，概念设计是指依靠设计者的知识、经验以及人们在学习和实践中所建立的正确概念，运用思维和判断在全面把握结构整体性能的基础上，合理地确定结构总体与局部设计和细部构造，使结构自身具有良好的承载能力、变形能力、耗能能力并使之合理匹配。进行概念设计时，既要着眼于结构的整体抗震性能，又要按照结构在地震作用下的破坏机制和规律，灵活运用抗震设计准则；既要把握整体布置的大原则，又要兼顾关键部位的细部构造，从根本上解决结构抗震设计的问题；抗震概念设计既包括场地的正确选择，又包括合理的结构选型和布置、正确的构造措施等。还应强调的是，概念设计与工程设计涉及的其他学科之间的区别，“只是理念自身的各个规定，而这一理念也只是表现在各个不同的要素里”，同时，各门学科中的“每一部门的内容既是存在着的对象，同样又是直接地在这内容中向着它的较高范围的过渡”。因此，各门学科之间的划分并不是“静止着”的，而且各部门科学并不是“有了实质性的区别”的“根本不同类”。

黑格尔说：“在某种意义下，逻辑学可以说是最难的科学，因为它所处理的题材，不是直观，也不像几何学的题材，是抽象的感觉表象，而是纯粹抽象的东西，而且需要一种特殊的能力和技巧，才能够回溯到纯粹思想，紧紧抓住纯粹思想，并活动于纯粹思想之中。但在另一种意义下，也可以把逻辑学看作最易的科学。因为它的内容不是别的，即是我们自己的思维，和思维的熟习的规定，而这些规定同时又是最简单、最初步的，而且也是人人最熟知的……但是，这种熟知反而加重了逻辑研究的困难。因为，一方面我们总以为不值得费力气去研究这样熟习的东西。另一方面，对于这些观念，逻辑学去研究、去理解所采取的方式，却又与普通人所业已熟习的方式不相同，甚至正相反。”[58]概念设计也同样。一方面，概念设计是最难的科学，因为它所处理的题材，不是直观，“而是纯粹抽象的东西，而且需要一种特殊的能力和技巧，才能够回溯到纯粹思想，紧紧抓住纯粹思想，并活动于纯粹思想之中”；另一方面，也可以把概念设计看作最易的，因为它的内容不是别的，即是我们自己熟习的规定，“而这些规定同时又是最简单、最初步的，而且也是人人最熟知的”，如不需要经过计算的构造措施等，但“熟知不等于真知”。

此外，黑格尔在《小逻辑》中对逻辑学以及人们学习逻辑学的评述，某种程度上也是对概念设计以及人们对于概念设计的态度的客观写照。黑格尔说：“逻辑学的有用与否，取决于它对学习的人能给予多少训练以达到别的目的。学习的人通过逻辑学所获得的教养，在于训练思维，使人在头脑中得到真正纯粹的思想，因为这门科学乃是思维的思维。但是就逻辑学作为真理的绝对形式来说，尤其是就逻辑学作为纯粹真理的本身来说，它决不单纯是某种有用的东西。但如果凡是最高尚的、最自由的和最独立的东西也就是最有用的东西，那么逻辑学也未尝不可认为是有用的，不过它的用处，却不仅是对于思维的形式练习，而必须另外加以估价。”[59]概念设计本身也不仅仅“单纯是某种有用的东西”，如果我们的目标仅仅局限于是否实用或者只是把它当作实用工具，它所具有的“训练思维”“获得教养”的作用反而削弱了。实际情况是，似乎谁都能进行概念设计、谁都强调概念设计、谁都明白概念设计，但实际上谁也说不清、道不明概念设计的实质，迄今为止还没有达成具有共识性质的定论。其结果是，大家都在谈概念设计、都可以谈概念设计，都可以以概念设计的名义表达自己的观点和诉求，似乎是没有概念设计的话，工程设计就失去了其核心和正确性。工程设计本质上来说应该有个创意核心，如果没有独特性的、创造性的东西，都是套路化的东西的话，那么它就什么都不是，但概念设计的概念泛化和滥用的实际效果可能就是使得概念设计“套路化”。莱辛在《拉奥孔》前言中说，面对一本艺术作品，有三类（个）阅读者：“第一个人是艺术爱好者，第二个人是哲学家，第三个人则是艺术批评家。”“第一个对画和诗进行比较的人，是一个具有精微感觉的人，他感觉到这两种艺术对他所发生的效果是相同的。他认识到这两种艺术都向我们把不在目前的东西表现为就像在目前的，把外形表现为现实；它们都产生逼真的幻觉，而这两种逼真的幻觉都是令人愉快的。第二个人要设法深入窥探这种快感的内在本质，发见到在画和诗里，这种快感都来自同一个源泉。美这个概念本来是先从有形体的对象得来的，却具有一些普遍的规律，而这些规律可以运用到许多不同的东西上去，可以运用到形状上去，也可以运用到行为和思想上去。第三个人就这些规律的价值和运用进行思考，发现其中某些规律更多地统辖着画，而另一些规律却更多地统辖着诗；在后一种情况之下，诗可以提供事例来说明画，而在前一种情况之下，画也可以提供事例来说明诗。”“头两个人都不容易错误地运用他们的感觉或论断，至于艺术批评家的情况却不同，他的话有多大价值，全要看它运用到个别具体事例上去是否恰当，而一般说来，耍小聪明的艺术批评家有五十个，而具有真知灼见的艺术批评家却只有一个，所以如果每次把论断运用到个别具体事例上去时，都很小心谨慎，对画和诗都一样公平，那简直就是一种奇迹。”[60]在工程设计活动中经常谈论概念设计者，就像莱辛所说的“艺术批评家”，但目前能提出真知灼见的“艺术批评家”的确不是很多，虽然不至于只有五十分之一。黑格尔曾在《小逻辑》中批评一些人“自诩并自信其独占有基督教，并要求他人接受他的这种信仰”[61]。黑格尔说他们这些人“自矜其善于听取流浪的鬼魂的意旨”却“很少有充分能力可以说出几句有智慧的话，而且完全不能够做出增进知识和科学的伟大的行为来，而增进知识和科学才是他们的使命和义务。学识广博尚不能算是科学。他们以一大堆不相干的宗教信仰的外在节目作为他们的繁琐工作，但就信仰的内容和实质看来，他们……只凭成见去轻蔑并讥嘲学理的发挥，殊不知学理才是信仰的基础。”[62]我们不妨借用黑格尔对这些教徒的评说，来说一说目前工程界由于“学识广博”“主观自负”或“只凭成见去轻蔑并讥嘲学理的发挥”而造成概念设计的滥用及概念不清的后果。现举三个例子来说明。

第一个例子是关于结构嵌固部位的确定。当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010（本书后面提到的本规范，除特别注明外均指此版本，不再一一注明）第6.1.14条要求：“①地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。②结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。”该条既提出地下室顶板的设计构造要求（该条第3款和第4款还规定了地下一层框架柱纵筋面积和墙肢端部纵筋面积的要求），又提出了侧向刚度比的要求。而《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010（本书后面提到的本规范，除特别注明外均指此版本，不再一一注明）第3.5.2条：“对于框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比γ₂可按式（3.5.2-2）计算，……对于结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。”规程第5.3.7条：“高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。”该条的条文说明中明确，计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构，且侧向刚度比可按该规程附录E. 0.1条公式计算，这一条与《建筑抗震设计规范》第6.1.14条第2款基本相同且明确了具体的计算公式。

《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》这三条规定衍生出两个问题：①刚度比的计算公式究竟应该按JGJ 3—2010式（3.5.2-2）计算，还是按该规程附录E. 0.1条公式计算？②当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比究竟应该是不宜小于2，还是不宜小于1.5？如果满足其中的一条，另一条不满足怎么办？这种情况的出现，正如恩格斯所说的，“这样人们就处于矛盾之中：一方面，要毫无遗漏地从所有的联系中去认识世界体系；另一方面，无论是从人们的本性或世界体系的本性来说，这个任务都是永远不能完全解决的。”[63]因为“逻辑的东西只有当它成为科学的经验的结果时才能得到对自己的真正评价。”[64]这一例子说明，目前的规范还存在诸多不协调的地方。面对工程师依赖规范，而规范又存在诸多不足和缺陷时，在实际工程设计中，“学理的发挥”就显得尤为重要，殊不知学理才是工程设计的基础和依据。

莱伊在《现代哲学》中说：“说实在话，科学家，纯粹的科学家，对于真理这一问题研究得很不够。他们以为，能作出一些得到普遍同意的因而是必要的论断，就心满意足了。对于他们来说，凡是按一定方法进行的、受过应有的检验的经验都是有真理性的。据他们说，实验的检验就是真理的标准。”[65]现在工程设计和施工均离不开规范，规范作为成熟的经验总结，都“是按一定方法进行的、受过应有的检验的经验”，那么，工程设计和施工规范如果没有“学理的发挥”可以作为检验真理的标准吗？

第二个例子是关于地震作用效应和其他荷载效应的基本组合问题。《建筑抗震设计规范》第5.4.1条要求结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，应按该规范式（5.4.1）计算。由于地震作用效应的基本组合中，不存在永久荷载效应为主的不利情况，因此，《建筑抗震设计规范》不引入《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068—2018中以永久荷载效应为主的基本组合。地震作用效应基本组合中，含有考虑抗震概念设计的一些效应调整。在《建筑抗震设计规范》及相关技术规程中，属于抗震概念设计的地震作用效应调整的内容较多，有的是在地震作用效应组合之前进行的，有的是在组合之后进行的。

组合之前进行的调整总共有20项之多[34]：①《建筑抗震设计规范》第3.4.4条刚度突变的软弱层地震剪力调整系数（不小于1.15）和水平转换构件的地震内力调整系数（1.25～2.0）；②《建筑抗震设计规范》第3.10.3条近断层地震动参数增大系数（1.25～1.5）；③《建筑抗震设计规范》第4.1.8条不利地段水平地震影响系数增大系数（1.1～1.6）；④《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.16条和第4.3.17条的周期折减系数；⑤《建筑抗震设计规范》第5.2.3条考虑扭转效应的边榀构件地震作用效应增大系数；⑥《建筑抗震设计规范》第5.2.4条考虑鞭梢效应的屋顶间等地震作用增大系数；⑦《建筑抗震设计规范》第5.2.5条和《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.12条不满足最小剪重比规定时的楼层剪力调整；⑧《建筑抗震设计规范》第5.2.6条考虑空间作用、楼盖变形等对抗侧力的地震剪力的调整；⑨《建筑抗震设计规范》第5.2.7条考虑地基-结构作用楼层地震剪力折减系数；⑩《建筑抗震设计规范》第6.2.10条框支柱内力调整；⑪《建筑抗震设计规范》第6.2.13条框架-抗震墙结构二道防线的剪力（0.2Q₀）调整和少墙框架结构框架部分地震剪力调整；⑫《建筑抗震设计规范》第6.6.3条板柱-抗震墙结构地震作用分配调整；⑬《建筑抗震设计规范》第6.7.1条框架-核心筒结构外框地震剪力调整；⑭《建筑抗震设计规范》第8.2.3条第3款钢框架-支撑结构二道防线的剪力（0.25Q₀）调整；⑮《建筑抗震设计规范》第8.2.3条第7款钢结构转换构件下框架柱内力增大系数（1.5）；⑯框架-支撑结构二道防线的剪力（0.25Q₀）调整；⑰《建筑抗震设计规范》第9.1.9条、第9.1.10条凸出屋面天窗架的地震作用效应增大系数；⑱《建筑抗震设计规范》第G. 1.4条第3款钢支撑-混凝土框架结构框架部分地震剪力调整；⑲《建筑抗震设计规范》第G. 2.4条第2款钢框架-钢筋混凝土核心筒结构框架部分地震剪力（0.20Q₀）调整；⑳《建筑抗震设计规范》附录J的排架柱地震剪力和弯矩调整。

组合之后进行的调整有8项［34］：①《建筑抗震设计规范》第6.2.2条强柱弱梁的柱端弯矩增大系数；②《建筑抗震设计规范》第6.2.3条柱下端弯矩增大系数；③《建筑抗震设计规范》第6.2.4条、第6.2.5条、第6.2.8条强剪弱弯的剪力增大系数；④《建筑抗震设计规范》第6.2.6条框架角柱内力调整系数（不小于1.10）；⑤《建筑抗震设计规范》第6.2.7条抗震墙墙肢内力调整；⑥《建筑抗震设计规范》第6.6.3条第3款板柱节点冲切反力增大系数；⑦《建筑抗震设计规范》第7.2.4条底部框架-抗震墙砌体房屋底部地震剪力调整系数（1.2～1.5）；⑧《建筑抗震设计规范》第8.2.3条第5款偏心支撑框架中与消能梁段连接构件的内力增大系数。

地震作用效应组合是结构构件抗震设计的重要内容，因此，《建筑抗震设计规范》及相关规范规程将此列为强制性条文，要求在工程设计中必须严格执行。但如上所述的这么多的调整，谁能保证在实际工程设计中都能得到严格执行呢？

第三个例子是关于荷载基本组合的问题。《建筑结构荷载规范》GB50009—2012第3.2.3条给出了荷载基本组合的效应设计值S_d的计算方法，要求由可变荷载控制的效应设计值，按该规范式（3.2.3-1）计算；由永久荷载控制的效应设计值，应按该规范式（3.2.3-2）计算，并指出：基本组合中的效应设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况；当对诸可变荷载效应中起控制作用者S_Q1k无法明显判断时，应轮次以各可变荷载效应作为S_Q1k，并选取其中最不利的荷载组合的效应设计值。这一条隐含的内容是很丰富的。

首先，荷载组合是一个复杂的概率问题，理论分析比较复杂，有时也缺乏可靠的统计参数，工程中往往采用简单实用的组合规则进行荷载组合。荷载规范采用荷载组合的组合规则是由“结构安全度联合会”提出的“对各类结构和各种荷载的统一规则”，也就是“JCSS组合规则”，当作用于结构上的各类环境荷载可视为互相独立的随机过程时，即可用JCSS组合方法进行荷载效应组合。JCSS规则规定：①假定荷载Q_i（t）是等时段的平稳二项随机过程；②荷载Q_i（t）与荷载效应S_i（t）满足线性关系，即S_i（t）=C_iQ_i（t）；③设计基准期T=50年；④互相排斥的荷载不考虑它们的组合，仅考虑在[0，T]内可能相遇的各种可变荷载的组合；⑤当一种荷载取设计基准期内最大荷载或时段最大荷载时，其他参与组合的荷载仅在该最大荷载持续时间内取相对最大值，或取任意时点的荷载。按照这种规则，某一可变荷载在设计基准期T内的最大值效应，与另一可变荷载在设计基准期内以其最大值相遇的概率很小。例如，最大风载与最大雪载同时发生的概率很小。因此，为确保结构安全，除了单一荷载效应的概率分布外，还必须研究多个荷载效应组合的概率分布问题，即认为在参与组合的诸多可变荷载中，其中有一个荷载对目标组合效应设计值起主导作用，即该荷载对效应的贡献最大，在组合中不乘组合值系数，而其他可变荷载则均要乘组合值系数。在应用组合公式时，主导荷载效应一般不易直接判断，可轮次以各可变荷载效应S_QiK为S_Q1K，选其中最不利的荷载效应组合为设计依据，这个过程一般由计算机程序的运算来完成。《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001修订时，增加了由永久荷载效应控制的组合式，根据这个组合式后可以避免永久荷载所占比例较大时结构可靠度可能偏低的情况。

《建筑结构荷载规范》GB 50009—2012给出的荷载效应组合值的表达式是采用各项可变荷载效应叠加的形式，这在理论上仅适用于各项可变荷载的效应与荷载为线性关系的情况。当涉及非线性问题时，即当结构荷载效应与荷载之间呈现明显的非线性关系（包括材料非线性和几何非线性）时，应根据问题性质，进行特殊的组合方法或按有关设计规范的规定采用。如当材料（或构件）本构关系中包含有强度（或承载力）参数时，即使采用同一种本构关系，加载到相同的荷载时计算得到的荷载效应也是不同的。非线性结构的荷载效应还有可能与加载路径有关，在这种情况下，荷载线性组合方法不再适用，必须将全部荷载放在一个结构分析模型中进行分析，综合获得荷载的组合效应，这时的荷载组合也称为非线性荷载组合。

执行《建筑结构荷载规范》GB 50009—2012第3.2.3条荷载组合的过程，实际上就是要在设计中找出对结构最不利的荷载效应的过程，通常要利用计算机软件通过大量计算来实现。不同的设计控制目标，起主导作用的荷载是不同的。这一过程还要与可变荷载的最不利布置相结合，如屋楼面活荷载应考虑某一区域作用或不作用，风荷载、起重机荷载等应考虑它们在组合中出现或不出现等。这一过程是比较复杂的。

《建筑结构荷载规范》GB 50009—2012修订时引入了可变荷载考虑结构设计使用年限的调整系数γ_L。引入可变荷载考虑结构设计使用年限调整系数γ_L的目的，是为解决设计使用年限与设计基准期不同时对可变荷载标准值的调整问题。当设计使用年限与设计基准期不同时，采用调整系数γ_L对荷载的标准值进行调整。GB 50009—2012第3.2.3条规定，对楼面和屋面活荷载，对应设计使用年限5年、50年和100年，设计使用年限调整系数γ_L分别取0.9、1.0和1.1，其他年限的调整系数取值允许线性内插；对于荷载标准值可控制的可变荷载，如书库、储藏室、机房、停车库，设备自重为主的工业楼面，以及起重机荷载等，设计使用年限调整系数γ_L取1.0。对雪荷载、风荷载，不采用设计使用年限的调整系数，而是用重现期来调整可变荷载，即取重现期为设计使用年限，再按GB 50009—2012规定的方法计算基本雪压和基本风压。对温度作用，由于GB 50009—2012首次进入规范，对设计使用年限调整系数的取值暂不作具体规定，由设计人员酌情处理。

因此，实际工程设计时，应检查结构设计采用的计算机软件的技术条件和实现方法，检查荷载组合相关的计算结果输出文件，尤其对于那些由设计人员自行定义组合表达式的情况，应予重点检查荷载组合是否与规范的规定相一致。

上述三例表明，规范中的各种隐含条件、隐含参数和配套的计算和构造，仅仅要求通过“概念设计”来完善、补充并作相应的检查、矫正，是不现实的，这就是“学理”重要性的具体体现。但学理不是凭空产生的，“事在理中，理亦在事中”，工程建设的学理，既是工程建设规律的反映，又是工程建设规律在人们头脑中形成的思维规律及其运用的综合体现。《清华简·天下之道》云：“天下之道二而已，一者守之之器，一者攻之之器。今之守者，高其城，深其壑而利其渠谵，芳其食，是非守之道。昔天下之守者，民心是守。如不得其民之情伪、性教，亦无守也。今之攻者，多其车兵，至其冲阶，以发其一日之怒，是非攻之道也。所谓攻者，乘其民之心，是谓攻。如不得其民之情，亦无攻也。”这里所说的“攻”与“守”之道，不在于“器”而在于民心，对我们是有启发的。工程建设不只是建房和造物，就像防守不只是“高其城，深其壑而利其渠谵”一样，建房和造物之外的人的因素、经济因素、环境因素、社会因素，都是我们应该综合考虑的。

黑格尔说：“理论著作，正如我所日益确信的，在世界中获得的成就胜于实际的工作；一旦概念的领域发生革命，现实就支撑不住了。”现代工程已经不仅仅是经验、技艺的产物，而是现代科学、现代技术等知识物化的结晶，每一重大工程的建设过程和建成之后，都一定程度上催生了工程概念领域的一次“革命”。约·狄慈根说：“每一个尊重科学的人都必须穿上理论的制服。理论的统一，体系的一致，既是一切科学力求达到的成果，也是它们的令人赞叹的优越性。”[66]工程概念是工程建设的“理论制服”的一种表现形态。从这一意义上，可以说“理论越是使人们深入地了解事物，就越能把客观的知识变成主观的能力，就越能在一切依靠才能来解决问题的场合发挥作用，也就是说，它对才能本身发生作用。”[67]毛泽东也指出：“感觉到了的东西，我们不能立刻理解它，只有理解了的东西才更深刻地感觉它。感觉只解决现象问题，理论才解决本质问题。”[68]概念设计的概念应是理解了的感觉。