هدف کتاب راهنمای مدیریت مدل سازی عددی پیشرفته در مهندسی ژئوتکنیک، فراهم کردن فرصت درک درست برای افرادی است که تحلیل عددی پیشرفته را راه اندازی یا مدیریت می کنند. به بیان ساده تر، مواردی که در انجام این تحلیل ها و چگونگی مدیریت سودمند فرآیند، دخیل هستند. یک مدل سازی عددی خوب مدیریت شده می تواند مزیت های قابل توجهی ایجاد کند، ولی در صورتی که به خوبی مدیریت و اجرا نشود، ریسک های بسیاری را در پی خواهد داشت. مدل سازی عددی یک مهارت حرفه ای است، ولی مدیر پروژه می تواند در آن سهم مثبتی داشته باشد. نتایج حاصل از یک مدل عددی، می تواند بهبود یابد به شرطی که مدیر پروژه ها از مسائل کلیدی آگاه باشند. این راهنما برای آن دسته از افراد غیرمتخصصی نوشته شده است که مدل سازی عددی را به عنوان بسته ای مستقل از کارهای انجام شده توسط یک شرکت تخصصی یا توسط یک مدیر پروژه در سازمانی انجام می دهد که مسئولیت مدل سازی عددی را به عنوان بخشی از یک بسته طراحی می پذیرد.
علاوه بر این، کتاب راهنمای مدیریت مدل سازی عددی پیشرفته در مهندسی ژئوتکنیک به موارد زیر نیز پرداخته است:
- قالبی برای مدیریت موثر مدل سازی عددی.
- تعریف محدوده کار، با اطمینان از وضوح در مورد هدف مدل سازی عددی.
- گونه ای از اطلاعات که برای ایجاد و چک کردن یک مدل عددی نیاز است.
- انواع بررسی هایی که باید انجام شود – مهم است که مدیران این موارد را درک کنند تا از ذهنیت “جعبه سیاه” که می تواند پیامدهای ایمنی بالقوه جدی داشته باشد دوری کنند. (علاوه بر مشکلات فنی و تجاری مختلف)
- میزانی از مهارت و خبرگی که ممکن است برای ایجاد و چک کردن مدل نیاز باشد.
- گزارش لازم برای اطمینان از شفافیت در سراسر تیم پروژه در مورد مفروضات و انتخاب هایی که یک طراح در ساخت یک مدل انجام داده است و اینکه چگونه خروجی های واقعی باید برای کاربردهای عملی بعدی تفسیر شوند.
مشکلات احتمالی در مدیریت مدل سازی برای بسیاری از کاربران به نگرانی تبدیل شده است. این چالش ها شامل مسائل غیر تخصصی از جمله تولید اطلاعات مرتبط و تفسیر آتی آن و کاربرد خروجی ها می شود. کتاب راهنمای مدیریت مدلسازی عددی پیشرفته در مهندسی ژئوتکنیک قصد ندارد که برای کاربر، راهنمای تحلیل عددی را ارائه دهد یا نحوه اعتبار سنجی تحلیل ها را توضیح دهد چرا که انتشارات دیگری وجود دارند که این کار را به خوبی انجام می دهند.
در واقعیت، تعداد اندکی وجود دارند که درک عمیقی از استفاده از این روش های تحلیل دارند. امروزه، با افزایش اطمینان بر این نوع از مدل سازی های پیچیده، به روش های موثر برای مدیریت استفاده از این روش ها نیاز است، به خصوص در زمانی که مدیریت تحلیل ها و طراحی، ضرورتاً با این روش ها آشنایی نداشته باشد.
امید بر این است که با استفاده از این راهنما، فرآیند انجام تحلیل به این شکل، کارآمدتر و مطمئن تر شود و در نهایت برای کاربر راه حل های سودمندتری را فراهم آورد. پس از مطالعه کتاب راهنمای مدیریت مدلسازی عددی پیشرفته در مهندسی ژئوتکنیک، کاربران، مدیرهای پروژه و آنهایی که بر طراحی المان های ژئوتکنیکی نظارت می کنند ولی با مدل سازی عددی آشنا نیستند، باید به درکی در مورد مناسب بودن تحلیل عددی پیشرفته، مواردی که در آن درگیر است، دلیل ضروری بودن آن و این که کار مورد نظر چگونه باید بررسی شود که اطمینان از خروجی و کاربرد بعدی آن برای طراحی و برنامه ریزی آتی را تضمین کند، برسند.
جایگاه فعلی
روش های سنتی تحلیل و طراحی برای سال های زیادی است که به طور موفقیت آمیزی استفاده می شوند. به عنوان مثال، تا زمان گسترش خط جوبیلی (Jubilee Line)، تمامی سیستم زیرزمینی لندن، بدون استفاده از مدل سازی عددی طراحی شده بود ولی هنوز در زمره سازه های بسیار پیچیده مانند ایستگاه زیرزمینی سیرک پیکادیلی (Piccadilly Circus) در مرکز لندن قرار می گیرد.
در دهه گذشته، مدل سازی عددی، ابزاری بسیار محبوب در طراحی ژئوتکنیکی به حساب آمده است که ممکن است به دلیل در دسترس بودن نرم افزار های کاربر پسند و توسعه رایانه های قدرتمندتر باشد.
در گذشته، تحلیل عددی به وسیله متخصصینی که با قواعد مهندسی ژئوتکنیک و تحلیل عددی آشنا بودند انجام می شد. امروزه به این شکل نیست. مزایای مدل سازی عددی شامل ارزیابی نیروهای سازه ای و تغییرمکان ها به روشی منسجم (به جای ترکیب روش های ساده متفاوت که فرضیات مختلفی دارند) و ارزیابی اثر ساخت و ساز بر سازه ها و امکانات کناری (که در مناطق متراکم شهری ضروری است) می شود.
امروزه، بسیاری از کاربران، درک کاملی از قواعد ژئوتکنیکی و عددی ندارند. برخی ممکن است از نرم افزار به عنوان جعبه سیاهی استفاده کنند که ورودی داده می شود و خروجی دریافت می شود. با این حال، معمولا تصمیماتی بر اساس این نتایج گرفته می شود. این موضوع ممکن است اساسا ریسک پروژه را بالا ببرد، به خصوص اگر فرضیات و محدودیت های تحلیل ها توسط تصمیم گیرنده به خوبی درک نشود. (یا در روش جعبه سیاه، مدل ساز ممکن است محدودیت های مدل را درک نکرده باشد.)
برای افراد بدون دانش پیشین خاص، فرآیند انجام چنین تحلیل هایی ساده به نظر می رسد – یک جواب یکتا می تواند برای تعدادی از ورودی های ارائه شده به دست آید. با این حال، همچنان که این راهنما بحث می کند، هیچ چیزی از واقعیت بیشتر نیست.
در زمان استفاده از روش های عددی پیشرفته، دام ها و خطرات زیادی وجود دارد که باید از آن ها پرهیز کرد و مانند هر شکلی از تحلیل، فرضیات و تقریب هایی باید در نظر گرفته شود (که ممکن است قابل توجیه باشد یا نه). این که آیا این فرضیات قابل توجیه هستند یا نه، تحلیل می تواند انجام شود و پاسخ ها، منطقی یا غیر منطقی، می تواند به دست آید، ولی استفاده از چنین روش هایی بدون بررسی دقیق می تواند بسیار خطرناک باشد. به عنوان مثال، گسیختگی بزرگراه نیکول در سنگاپور، باید تذکری قابل توجه در پیامد های خطای خروجی در مدل سازی عددی در نظر گرفته شود. لازم به ذکر است که برخی بررسی های ساده می تواند ایرادات مربوط به این تحلیل ها را شناسایی کند.
کتاب راهنمای مدیریت مدل سازی عددی پیشرفته در مهندسی ژئوتکنیک در فصول زیر ارائه شده است:
- فصل 1 (توضیحات): هدف از ارائه این راهنما و شرایط پیشین را تصویر می کند. همچنین مثال هایی از پیامدهای جدی بررسی نادرست را برای ما می زند.
- فصل 2 (مدل سازی عددی چیست؟): توضیحی پایه ای از مدل سازی عددی. یک وجه تمایز این است که نتایج به نحوه مدل سازی شخص مدل ساز بسیار وابسته است. هر مدل یکتاست. شخص مدل ساز باید تصمیم های زیادی بگیرد که هر کدام آن ها می تواند بر خروجی تاثیر گذار باشد.
- فصل 3 (چرا از مدل سازی عددی استفاده می شود؟): در صورت استفاده درست، ابزاری قدرتمند است. پایداری و تغییر شکل زمین به شکلی منسجم محاسبه می شود ولی انجام درست آن نسبتا زمان بر است. روش های تحلیل سنتی کماکان نقش حیاتی را بازی می کنند به خصوص در بخش های اولیه پروژه.
- فصل 4 (سازمان و مسئولیت ها): پیشنهاداتی برای: تیم سازمانی، چگونگی آغاز و کنترل فرآیند برای مدیر پروژه – «ده گام» ارائه شده است. مسئولیت ها نیاز به توضیح شفاف دارند. چالش های معمول ارائه شده است. کارکنان فنی باید فرآیند را چک کنند و آموزش های مورد نیاز برای مدل ساز ها نیز به طور خلاصه بیان شده است.
- فصل 5 (مشخص کردن هدف و کاربرد دسته بندی ها): برای اطمینان از این که مدل مورد نظر به شکل سودمندی ایجاد شده است، نیاز است که هدف شفافی مشخص شود. گام کلیدی در مدیریت ریسک، تعریف «دسته بندی کاربردها» است. کاربرد خروجی ها در آغاز نیاز به توجه دارد – مسائل عمومی (از جمله ملزومات کد نویسی) نیز در این بخش بحث شده است.
- فصل 6 (اطلاعاتی برای مدل): به گستره وسیع تری از اطلاعات (در مقایسه با تحلیل های سنتی) نیاز است و همچنین یک کار میان رشته ای مورد نیاز است. بسیاری از کارهای مربوط به تحقیقات صحرایی با در نظر گرفتن مدل سازی عددی در ذهن انجام نمی گیرد؛ بنابراین تحقیقات صحرایی اضافه تری برای تهیه ورودی های کافی برای مدل سازی عددی نیاز است. محدوده اطلاعات مورد نیاز، به هدف مشخص شده و نوع کاربردها بستگی دارد. موردهای مطالعاتی مناسب، آزمون های بارگذاری بزرگ مقیاس، در کالیبره کردن مدل نقش حیاتی دارد.
- فصل 7 (ساخت یک مدل): هر مدل، 4 بخش اصلی دارد: 1) تعریف هندسه مش و نوع المان های در آن 2) ایجاد شرایط تنش در محل 3) انتخاب مدل های تنش-کرنش مناسب برای لایه های خاک و سازه ها (پایه ای یا پیشرفته)، که به هدف مدل، موقعیت زمین شناسی و طراحی آن بستگی خواهد داشت. 4) تعریف توالی گام ها در تحلیل، با در نظر گرفتن توالی ساخت مدل.
- فصل 8 (اجرای تحلیل): در اجرای مدل عددی، برای اطمینان از خروجی مدل، چند موضوع مطرح است: بررسی پایداری راه حل، تصحیح خطاها، ریزتر کردن مش، کالیبره کردن (انواع گوناگون) و بررسی حساسیت و مناسب بودن خروجی ها. کالیبره کردن، که اگر به طور ایده آل با داده های نمونه های تاریخی مربوطه انجام شود، یک گام کلیدی و اساسی خواهد بود.
- فصل 9 (بررسی قواعد کلیدی): این که چگونه بررسی ها، باید به صورت بررسی سازمان یافته برنامه ریزی شده انجام شود (در مورد مفاهیم / قواعد / جزئیات)، زمان بندی، محدوده و انتخاب مدل های تنش – کرنش نیز مورد بحث قرار می گیرد. مثال هایی ارائه می شود از جمله گسیختگی بزرگراه نیکول.
- فصل 10 (گزارش): شامل 3 بخش می شود: 1) فرضیات کلیدی و اطلاعات در دسترس، توالی فرض شده ساخت مدل. 2) خروجی های واقعی 3) تفسیر خروجی و راهنمایی در مورد کاربرد خروجی (این مورد معمولا فراموش می شود ولی در صورت استفاده ایمن از خروجی، ضروری است.)
- فصل 11 (نتیجه گیری و پیشنهادات): مدل سازی عددی، روشی قدرتمند است ولی نباید به عنوان جعبه سیاه (صرفا برای دادن ورودی و دریافت خروجی، بدون کسب دانش مورد نیاز) استفاده شود. اگر از کتاب راهنمای مدیریت مدل سازی عددی پیشرفته در مهندسی ژئوتکنیک استفاده شود، دیگر به کار بردن آن به صورت جعبه سیاه نیز از میان خواهد رفت.
