防护工程设计中自然辩证法科学思维方法的运用

　　自然辩证法是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学, 其研究目的就是为了合理地处理人和自然的关系,指导我们对自然界的改造. 自然辩证法的自然观、科学观、科学技术观是自然辩证法的重要组成部分,它既是科学的世界观,又是科学的思想方法论. 在防护工程设计中,掌握和运用好自然辩证法中的科学思维方法, 对于认识和处理设计中所遇到的各种问题,优化设计思路,提高防护工程的社会效益、 战备效益和经济效益都有很重要的实践意义.

　　一、防护工程处于系统之中,同时又自成系统,运用系统论的方法指导防护工程设计,最大限度地提高系统的整体功能作用

　　辩证唯物主义自然观是自然辩证法的理论基石, 系统自然观和生态自然观是辩证唯物主义自然观的丰富和发展[1]. 马克思主义辩证唯物主义自然观认为, 客观世界是由无数相互联系、 相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的统一整体.

　　系统是由若干相互联系、 相互作用的要素组成的具有特定结构和功能的有机整体. 系统具有开放性、动态性、整体性、层次性的基本特点,其中整体性是系统最突出、最基本的特征[1]. 系统的整体性, 是指系统的各个要素按一定的方式构成的有机整体, 系统是诸要素的有机集合而不是各要素的简单地机械加和[1]. 整体大于部分之和,整体又与每个部分相联系, 部分的缺损会影响整体功能,而部分是整体制约下的相对独立的成分,一旦脱离系统, 就会丧失作为整体组成要素所表现出来的特征、功能[1].

　　防护工程是个庞大的系统工程, 它涉及到方方面面的因素很多. 以国家政治、经济、军事关系为一系统考虑, 防护工程设计与当前一定时期的国际、 国内形势, 武器和战争样式的发展相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用. 现代国际社会,和平和发展是时代的主题,同时,帝国主义亡我之心不死,霸权主义妄图称霸世界,国内敌对势力和分裂势力日益猖獗. 这一方面要求加紧防护工程建设, 另一方面要求工程在建成后的几十年内都能发挥战备作用. 现代战争中,防护工程面临卫星侦察与航空侦察、 电子战武器与电磁辐射武器、 各类导弹武器、 战斗飞机发射导弹与投掷导弹、核武器、特种武器等多途径多方位的威胁. 为此,防护工程防护应满足两大基本防护原则,一方面要求保障 C4IKSR 系统的安全正常运行,另一方面要求体现核威慑条件下常规战争的防护原则.

　　在过去的一段时期里,由于国际形势、作战样式的变化发展, 防护工程防护也由主要防核武器破坏转变为防核武器、防常规武器破坏并重,同时对防核武器设计参数、 防常规武器的战斗部进行了调整. 未来一段时期内,随着激光武器、空间武器、纳米武器、基因武器等的成熟和发展,防护工程设计必定会增加新的内容, 防护设计必定会随之做出调整. 可以看出,在国际社会这个大的系统中,脱离系统考虑防护工程,防护工程将失去意义,防护工程的建设,将提高国家整体防御力量,对国际社会产生影响.

　　以单个防护工程建设为一系统考虑, 坑道式防护工程建设依赖于国家、政府的财政状况,依赖于国家经济发展水平; 其防护设计同时受到现有科学理论、技术水平、工程材料等的制约. 坑道式防护工程防护功能的实现,依赖于选址、设计、施工、维护等各个要素功能,依赖于建筑、结构、隔震、电气、暖通、给排水、伪装等部分的功能.

　　为此,在防护工程设计中,需要我们具有系统的观点,一方面把握国际国内形势,把握武器发展水平,把握作战样式的变化. 另一方面把握工程建设所具备的客观条件,考虑到受制约的因素,组织协调各个部分的设计、施工、维护. 同时,需要对建成后的战备效益进行预测, 从国际国内形势及工程建设的客观条件论证工程建设的可行性和实际意义. 一方面做好防护工程这个系统的设计,另一方面使得防护工程的建设在更大的系统中提高系统的整体功能作用.

　　二、 按生态自然观的要求设计防护工程,使人工自然与天然自然更有机地融为一体

　　坑道式防护工程是在山体中采用暗挖方法构筑的工程,通常构筑在较肥厚的岩体中,岩石覆盖层随进入距离的增大不断增厚, 坚实的自然岩层抗御杀伤武器特别是大口径常规武器有良好的防护能力[2]. 坑道式防护工程是利用自然、改造自然的特殊工程,一方面利用自然岩层防御武器破坏,利用自然植被进行伪装, 另一方面通过对口部等的改造, 使其具备抵御预定杀伤性武器破坏的能力,使其能够通过伪装进行隐蔽.

　　生态自然观理论告诉我们, 在人类的物质生产活动过程中,在人与自然界的关系上,自然界始终处于优先地位[3]. 自然界是不依赖于任何哲学而存在的,它是我们人类赖以生长的基础,在自然界和人以外不存在任何东西[4]. 我们在改造自然的过程中,应最大程度地减少对自然界的破坏,维系好我们赖以生存的基础. 在防护工程设计中,应充分把握人的内在尺度和自然的外在尺度的统一,使设计既符合作为人的内在尺度的体现人的本质力量的主体需要, 又符合作为人的活动的外在尺度的客观自然规律,实现两个尺度的统一[1].

　　按生态自然观的要求进行坑道式防护工程设计,首先要因地制宜,最大限度地利用好原有的自然条件,尽可能不要破坏原有的地形地貌. 防护设计中,使洞室的走向顺着山脊,最大限度增加洞室顶部防护层厚度, 这样可以减少作用在工程衬砌上的武器荷载,使工程尽早进入静荷重段,使工事具备一定的抗力储备, 在高于设计抗力的要求下也不一定破坏. 其次,在设计理念上,要考虑到如何使人工自然(即防护工程)更贴近天然自然,这样,不仅能减少对天然自然的破坏,而且还能提高工程的防护能力, 特别是伪装能力. 在出入口设计、施工、使用过程中,充分利用原有自然地形、地物、地貌、植物进行伪装,可使得伪装符合实际情况,逼真而无明显破绽. 合理利用地形的遮蔽性能能保障防光学侦察和良好隐蔽, 甚至能获得对红外辐射侦察和雷达侦察的隐蔽效果, 合理利用地形的景观性能则能不同程度地降低目标对光学侦察的显着性,减少实施人工伪装技术的难度;合理利用植物可隐蔽目标、降低目标显着性[2,5]. 为此,在进行坑道式防护工程设计的过程中, 需要认识自然界是第一位的,认识并充分利用原有自然物,实现人的内在尺度和自然的外在尺度的统一. 不要粗暴地对自然进行大肆破坏建设, 比如无规则大面积的开挖, 工程废料的随意处理, 随便堆弃等.

　　三、坚持科学精神,在防护工程设计中既尊重规律,又勇于创新

　　防护工程既是充分利用天然自然在未来战争中的防护作用; 更是设计建造新的人造自然---防护体系. 随着科学技术的迅猛发展并在军事上的运用, 现代战争的基本形态正由机械化战争转向信息化战争, 使用高科技武器装备特别是先进的空袭武器装备,进行远程精确打击,将成为主要的作战样式[6]. 防护工程如何应对高科技条件下战争,真正起到防护作用?

　　首先,要探索、掌握现代战争规律及现代战争武器的性能、特点,掌握设计所依据的标准、规范的原理及其编制依据, 从而针对具体的防护工程进行相应调整,必要时还应进行试验检验,只有这样, 设计建造出来的防护工程才能经得起未来战争的考验,才能在实现战备效益的前提下,节省造价. 因此,作为防护工程设计人员,必须具备科学精神. 科学精神主要包括:求真务实精神,科学追求的真理是不以人的意志为转移的客观真理,在设计活动中应坚持实事求是, 勇于探索真理和扞卫真理;创新精神;有条理的批判精神,也就是有理性的怀疑精神; 开拓创新精神, 在不同的设计中,对于新问题的分析和创造[1]. 现代科学知识日新月异,科学技术理论不断发展. 作为防护工程设计所依据的规范、标准,在近几年都经历了较大调整. 其中,防护设计由防核武器破坏为主转变为防核武器、防常规武器破坏并重,强调核威慑条件下的常规战争, 隔震规范的计算原理和参数都进行了全新调整,同时新增了伪装设计、智能设计等内容. 在进行防护工程设计时,需在科学精神的指导下,辩证发展地看待设计所依据的规范、标准,需要认识到规范、标准是随历史发展而变化发展的,规范、 标准中的计算方法等是有条件限制的. 同时,因防护工程学科是一门正在快速发展的学科,与防护工程相关的实验数据、 理论研究尚在不断完善中,所以某些特殊情况下的工程设计,是不能简单地直接套用现有规范、标准的. 笔者参与防护设计的某防护工程, 因地质条件较差, 为 V 类围岩,工程主体部分防护层厚度近百米,现有规范对这种地质情况的计算理论及方法尚不完善, 仅近似地按碎石土中地道、 坑道式防护工程的计算方法进行计算. 在完全依据规范的计算方法的情况下,计算结果得出荷载均较大,基本没有体现空气冲击波在防护层中的衰减,计算出的衬砌厚度在 1米至 2 米之间. 后经专家对现行规范、标准进行讨论,认为现行人防规范、标准中提供的卸荷拱承载力计算公式适用于浅埋工程,对坑道、地道等深埋工程不适用, 专家建议此处采用或借鉴其他公式计算. 经分析计算比较后,《美国空军设计手册》提供的计算方法只考虑空间散射所造成的衰减,计算出来的峰值压力比较合理. 因此,防护设计采用了《美国空军设计手册》的计算结果,荷载得到了降低,衬砌厚度降低到 1 米以下. 工程在保证战备功能的情况下,节省了造价,取得了一定的经济效益.

　　其次,还要勇于创新,在防护工程设计时要有前瞻性. 防护工程主要是为今后几年至几十年的战争准备的,而武器技术、作战样式在数十年的发展中,必定有各种显着的变化,防护工程的设计理论、工程材料、工程技术也必定经过一系列的变化发展. 如何保证依据现行规范设计建造的防护工程,在建成后的若干年内均能够发挥战备作用呢?

　　首先,作为防护工程设计人员,需要具备自然辩证法的科学观,用运动的观点认识客观世界,认识到科学、技术是不断创新、不断变化发展的,工程本身也是变化发展的,不是一成不变的. 防护设计人员对作战样式的变化及工程将来的变化应有前瞻性,知道工程将来可能需要承担的任务,在设计中考虑到将来的要求. 其次,在工程前期选址中,尽量选择岩质较好、防护层较厚的山体,这样不但可以减少建设的造价, 同时因工程主体处于静荷重的山体中,在抗力要求提高的情况下,可以不做改动或者只是对口部进行处理, 就可以满足更高抗力的要求. 然后,在工程设计阶段,一方面充分利用山脊等自然条件增加防护层厚度, 同时在不增加造价或只增加少量造价的前提下, 增加抗力储备. 另一方面采用合理的结构形式,使结构受力更加合理,同时便于将来的加固改造. 设计中做好防排水处理, 保证围岩及衬砌不会因为地下水的长期作用而受到影响. 最后,在工程建成后,做好维护保养工作. 在防护工程设计规范、标准变化调整的时候, 及时复核原设计是否满足新规范、 新标准,对不满足的部分,及时进行加固改造. 在防护工程设计中,坚持科学精神,立足客观条件,探索战争规律,尊重工程规律,勇于创新,统筹考虑工程设计使用年限内的战争形态, 工程自身的战略及战术作用,以及工程建设维护代价,既可以充分挖掘战备效益, 又可以以最低的代价获取尽可能大的战备效益.

　　四、运用先进的技术手段,不断提高防护工程的设计质量

　　马克思主义把技术的本质界定为人对自然的能动作用、改造作用[1]. 技术和科学在本质上都反映了人对自然的能动关系,都属于生产力范畴. 但他们又有不同,科学是人对自然的理论关系,属于认知范畴,一般是不可预见的;技术是人对自然的实践关系,属于实践范畴,总体是可预见的[1]. 技术是人类为满足自身的需要, 在实践活动中根据实践经验或科学原理所创造和发明的各种手段和方式方法的总和[1]. 即是工艺学,是具体运用的手段和方式方法,技术运用得如何,直接关系到防护工程设计的效率和质量. 马克思主义的基本原则就是要发展生产力, 特别是要发展作为第一生产力的科学技术.

　　在防护工程设计中, 要充分运用好现有科学技术手段. 目前主要是在两个方面的运用, 一方面,是计算机技术的运用. 防护工程设计的时间周期、图纸复杂程度,都较以前有了更高的要求,按以前的手工作图、 完全手工计算, 已不能满足要求. AutoCAD 等绘图软件以其简单易用、易修改、可重用、 准确真实和易存储传输的特点已成为防护工程设计中不可缺少的工具. 同时,在防护工程设计中,需要完成大量的计算工作,手算易错且工作量大.MathCAD 软件编程因其与手算过程相同,且简单易用,笔者在开始防护工程结构计算前,使用 MathCAD 软件编制了一系列的计算程序,可分别完成防护工程设计中的荷载、弯矩、配筋等的计算,减少了工作量,提高了计算准确性,减少了设计周期, 同时计算部分的修改及调整也变得非常容易. 另一方面,是施工技术、施工工艺及施工设备的运用. 防护工程的施工技术伴随着大量地下工程的建设得到了发展, 施工技术的发展同时促进了防护工程的建设. 在防护工程设计时,既要充分利用现有的施工技术条件, 又要注意不能设计现有技术、设备无法施工的防护工程. 施工技术的发展,使先进的技术及机械得到运用,从而使得工程造价得到降低,施工安全有了保障,施工效率得到提高,工程质量得到保证.

　　防护工程设计完毕后, 还要按照现代技术规范的要求再进行技术评估、验证,以及按照现代技术要求组织实施. 采用科学的方法,预先从各个方面系统地对相关技术的利弊得失进行综合评价.

　　从政治、军事、经济、生态环境、技术等各个可能产生较大影响的方面对技术正负效应做出全面评价, 通过不同学科领域的评估者对技术预测所形成的各种方案做出定性和定量的分析评估. 比如现阶段,在施工工艺、技术选择上,坑道式防护工程施工普遍采用新奥法、钻爆法、盾构法、浅埋暗挖法. 同时,光面爆破技术使洞室超挖及塌方得到减少,超前导管、钢拱架支撑等技术使得软岩中的大跨度结构施工有了可能. 掘进机施工已具有较高的水平, 部分工程已经使用. 但同时需要注意到,施工中的地质超前预报技术、施工机械化、施工现代化管理等方面还需加强. 在进行技术评估时, 不同的施工工艺、 技术选择必定导致工程质量、经济、生态环境的不同,通过技术评估、验证后,才能得到最优的施工工艺、技术方案.

　　五、结语

　　自然辩证法作为关于自然界客观规律和科学技术发展的一般规律, 贯穿工程设计、 施工的始终. 防护工程设计不仅仅是一个具体的工程技术上的问题,而是涉及到马克思主义的自然观、社会观、战争观、人文观等诸多领域. 本文正是根据作者的工作性质, 对在防护工程设计过程中如何把社会科学、自然科学的相关知识有机地统一起来,作了一些浅显的探索.

　　参考文献

　　[1] 教育部社会科学研究与思想政治工作司.自 然辩证法概论[M].北京:高等教育出版社,2004.

　　[2] 张 亚栋.防护工程学基础[M].南 京 :解放军理工大学工程兵工程学院,2003.

　　[3] 马克思恩格斯全集 ,第 3 卷[M].北 京 :人民出版社1960.

　　[4] 马克思恩格斯选集 ,第 4 卷[M].北 京 :人民出版社1995.

　　[5] 朱 万红.防护工程系统分析[M].南 京 :解放军理工大学工程兵工程学院,2008.

　　[6] 章善彪.适应军事变革形势,推进防护工程技术跨越式发展[J].防护工程,2005,27(1):70-73.