2.1設(shè)計的創(chuàng)造性思維和工程思維目錄壹創(chuàng)造性思維貳工程思維港珠澳大橋

常見的跨海大橋，都是建造橋墩，架設(shè)橋梁。但這種常見的建橋方法，在港珠澳大橋建設(shè)中卻行不通。因為大橋靠近香港方向有一條伶仃洋航道，是全球最重要的貿(mào)易航道，目前通航等級達10萬t，遠期規(guī)劃可通行30萬t油輪。如果采用常見的跨海橋梁的多跨形式，就必須要修建一座橋面高度超過80

m，橋塔高度達到200

m的超級大橋。然而，附近

的香港機場并不允許有超過88

m的建筑物矗立在它的飛行航線上。與此同時，港珠澳大橋的建設(shè)，還必須考慮10%阻水率的要求。伶仃洋是典型的弱洋流海域，每年從珠江口夾雜

著大量的泥沙，涌入海洋，大橋的橋墩就像阻擋泥沙的籬笆，超過10%的阻水率，泥沙就

可能被阻擋沉積，從而阻塞航道，讓伶仃洋變成一片沖積平原。港珠澳大橋伶仃洋航道段按傳統(tǒng)方法在海面上建設(shè)行不通，能不能建到海底里？港

珠澳大橋設(shè)計團隊從逆向思維中形成了這一創(chuàng)造性的構(gòu)思。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計團隊對大橋

建設(shè)的造價、安全、環(huán)保、施工的難易程度，以及對珠江口國家一級保護動物中華白海豚

保護區(qū)的影響等各種因素進行了系統(tǒng)的分析、比較和權(quán)衡，終于形成了港珠澳大橋建設(shè)的“橋—島—隧”結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。創(chuàng)造性思維第一節(jié)1．發(fā)散思維①過程具有流暢性（強調(diào)數(shù)量多）

②思路具有變通性或靈活性（強調(diào)范圍廣）

③結(jié)果具有獨創(chuàng)性（強調(diào)觀念新）。發(fā)散思維是根據(jù)已知的事物信息,從不同的角度、不同的方向思考,以尋求解決問題的多樣性答案的思維方式。---思維方向的發(fā)散性（由一到多）2.頭腦風暴法

（適合群體）

①地位：②特點:

是一種集思廣益的群體思維發(fā)散技法。以會議的形式開展，要求有人主持會議，會議有討論的主題。在會議進入自由暢想階段，不宜過早地評判他人的設(shè)想，以利于其他設(shè)想能夠順利地產(chǎn)生?！把舆t評判”“以量求質(zhì)”“延遲評判”:頭腦風暴，必須堅持當場不對任何設(shè)想作出評價的原則，一切評價和判斷都要延遲到會議結(jié)束以后才能進行，這樣做一方面是為了防止評判約束與會者的積極思維，另一方面是為了集中精力先開發(fā)設(shè)想，影響創(chuàng)造性設(shè)想的大量產(chǎn)生?！耙粤壳筚|(zhì)”:頭腦風暴會議的目標是獲得盡可能多的設(shè)想，追求數(shù)量是它的首要任務，參加會議的每個人都要抓緊時間多思考，多提設(shè)想，至于設(shè)想的質(zhì)量問題，自可留到會后的設(shè)想處理階段去解決，在某種意義上，設(shè)想的質(zhì)量和數(shù)量密切相關(guān)，產(chǎn)生的設(shè)想越多，其中的創(chuàng)造性設(shè)想就可能越多。③原則：如三個臭皮匠頂個諸葛亮1.檢核表法：（適合個體）

主要是通過對所設(shè)想問題的幾個方面進行詳細檢查,從看似“毫無問題”的事物中找到思維創(chuàng)新的突破口,以求產(chǎn)生創(chuàng)新的思路。這一技法主要從他用、借用、改變、擴大、縮小、代替、調(diào)整、顛倒、組合等九個方面進行思維發(fā)散。2．逆向思維

1820年，丹麥哥本哈根大學物理教授奧斯特，通過多次實驗發(fā)現(xiàn)存在電流的磁效應。這一發(fā)現(xiàn)吸引了許多科學家參與電磁學的研究。

英國物理學家法拉第懷著極大的興趣重復了奧斯特的實驗。果然，只要導線通上電流，導線附近的磁針立即會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，他深深地被這種奇異現(xiàn)象所吸引。他認為電和磁之間必然存在聯(lián)系并且能相互轉(zhuǎn)化，既然電能產(chǎn)生磁場，那么磁場也應能產(chǎn)生電。

為了驗證磁產(chǎn)生電這一設(shè)想，法拉第做了無數(shù)次實驗，但都失敗了，但他堅

信，從逆向思考問題的方法是正確的，并堅持繼續(xù)實驗。他設(shè)計了一種新

的實驗（圖2-2），把一塊條形磁鐵插入一只纏著導線的空心圓筒里，結(jié)果導線兩端連接的電流計上的指針發(fā)生了微弱的轉(zhuǎn)動，電流產(chǎn)生了！

1831年，法拉第提出了著名的電磁感應定律，并根據(jù)這一定律發(fā)明了世界上第一臺

發(fā)電裝置。

方法★依據(jù)和作用結(jié)構(gòu)順序反向思考(結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)）存在狀態(tài)轉(zhuǎn)換思考（狀態(tài)反轉(zhuǎn)）事物功能反向思考（功能反轉(zhuǎn)）因果關(guān)系交換思考（因果反轉(zhuǎn)）對事物結(jié)構(gòu)順序的已有認識進行反向思考，可以發(fā)現(xiàn)事物未被我們認識的新功用。（位置：左右、上下、前后、正反、內(nèi)外；形狀：大小、對稱與不對稱、平面與立體、方形與圓形；管理與被管理、約束與被約束）事物是變化發(fā)展的，人們對事物存在狀態(tài)的認識是相對確定的，而不是固定不變或不可改變的。（如動與靜、冷與熱、甜與咸、吸引與排斥、模糊與精細等的認識可能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化）某種事物此時無用，彼時卻會有用。轉(zhuǎn)換場合或?qū)ο髞碚J識事物功用，其缺點可能變?yōu)閮?yōu)點。(有用——無用：變廢為寶；留白；反季服飾

消極作用——積極作用（缺點、優(yōu)點）：以毒攻毒

功能反向轉(zhuǎn)化：用鍋炒熱菜——用鍋炒冰淇淋

)一定條件下，事物之間的原因與結(jié)果可以相互轉(zhuǎn)化。人們對事物因果關(guān)系的認識，可以由因到果,也可以由果溯因。（成績分析；奧斯特的電能生磁到法拉第的磁能生電）含義：一切與原有的思路方向相反的思路。(反向求索、反向法)（1）反轉(zhuǎn)逆向思維法。這種方法是指從已知事物的相反方向進行思考，是產(chǎn)生技術(shù)

設(shè)計構(gòu)思的新途徑。事物的相反方向是指從事物的方向、順序、分合、狀態(tài)、多少、大小、功能、結(jié)構(gòu)、因果關(guān)系等方面作反向思維。例如，

在酒瓶軟木塞從正向拔不出來的情況下，逆向思維者想到，可以采用反向的方式，將軟木塞捺入酒瓶中，同樣實現(xiàn)將酒倒出

來的目的。（2）轉(zhuǎn)換逆向思維法。這是在研究問題時，由于原有解決該問題的手段或方法受

阻，而轉(zhuǎn)換另一種手段或另一角度來思考，以使問題順利解決的思維方法。如歷史上被傳

為佳話的司馬光砸缸救落水兒童的故事，就是運用轉(zhuǎn)換逆向思維法的一個例子。（3）缺點逆向思維法。這是一種利用事物的缺點，化被動為主、化不利為有利的思

維方法。例如，金屬腐蝕一般情況下是壞事，但人們利用金屬腐蝕原理進行電鍍，把壞事變好事，就是缺點逆向思維法的一種應用。運用逆向思維必須深刻認識事物的本質(zhì)，所謂逆向不是簡單的表面的逆向，別人說東我偏說西，而是真正從逆向思考中做出獨到的、科學的、令人耳目一新的

成果。3

．聯(lián)想思維

一

天，工程師梅斯塔爾從野外回家，發(fā)現(xiàn)衣服上掛著一些牛蒡子籽實，這些籽實緊緊地附著在衣服上。他覺得很好奇，于是拿到顯微鏡下觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每一個籽實都長著許多小鉤，正是這些小鉤使牛蒡子籽實掛在衣服上掉不下去。受此啟發(fā)，他產(chǎn)生了聯(lián)想：如果在布條上也安上相似的小鉤，不就可以用作扣帶了嗎？他開始潛心研究這種扣帶，最終把自己的設(shè)想變成產(chǎn)品：兩條尼龍帶，

一條布滿成千上萬個小鉤，而另一條則是更為細小的絲絨。當兩條尼龍帶合在一起時，就迅速成為一條實用的扣帶——這就是我們常見的尼龍搭扣（圖

2-3）。（1）接近聯(lián)想。是指時間上或空間上相互接近的事物之間形成的聯(lián)想。如“春江潮

水連海平，海上明月共潮升。滟滟隨波千萬里，何處春江無月明?！贝航?、潮水、大海與明月被詩人聯(lián)系在了一起。（2）相似聯(lián)想。是指由某一事物或現(xiàn)象想到與它相似的其他事物或現(xiàn)象。相似聯(lián)想

有原理相似、現(xiàn)象相似、方法相似等。如技術(shù)設(shè)計中物體的連接方法，從釘子連接，可以聯(lián)想到焊接、粘接、榫接等。（3）對比聯(lián)想。是指具有相反特征的事物或相互對立的事物之間所形成的聯(lián)想。如看到優(yōu)點就想到缺點，看到大就想到小，看到復雜就想到簡單等。（4）因果聯(lián)想。由于兩個事物存在因果關(guān)系而引起的聯(lián)想?？梢杂梢蛳氲焦?，也可以由果想到因。如在合成樹脂中加入發(fā)泡劑，得到質(zhì)輕和隔音性能良好的泡沫塑料。對

這種因果關(guān)系進行聯(lián)想，在水泥中加入一種發(fā)泡劑，結(jié)果發(fā)明了質(zhì)輕、隔熱、隔音的氣

泡混凝土。（5）類比聯(lián)想。是通過對一種事物與另一種（類）事物對比而產(chǎn)生的聯(lián)想。常見的

有形式類比、功能類比等。如根據(jù)與蜻蜓翅的減振結(jié)構(gòu)的形式類比，設(shè)計飛機的減振裝

置；

根據(jù)與某種生物的功能類比，

設(shè)計具有近似功能的新裝置，

如各種機械手、鱷魚

夾等。（1）接近聯(lián)想。是指時間上或空間上相互接近的事物之間形成的聯(lián)想。如“春江潮

水連海平，海上明月共潮升。滟滟隨波千萬里，何處春江無月明?！贝航?、潮水、大海與明月被詩人聯(lián)系在了一起。（2）相似聯(lián)想。是指由某一事物或現(xiàn)象想到與它相似的其他事物或現(xiàn)象。相似聯(lián)想

有原理相似、現(xiàn)象相似、方法相似等。如技術(shù)設(shè)計中物體的連接方法，從釘子連接，可以聯(lián)想到焊接、粘接、榫接等。（3）對比聯(lián)想。是指具有相反特征的事物或相互對立的事物之間所形成的聯(lián)想。如看到優(yōu)點就想到缺點，看到大就想到小，看到復雜就想到簡單等。（4）因果聯(lián)想。由于兩個事物存在因果關(guān)系而引起的聯(lián)想?？梢杂梢蛳氲焦?，也可以由果想到因。如在合成樹脂中加入發(fā)泡劑，得到質(zhì)輕和隔音性能良好的泡沫塑料。對

這種因果關(guān)系進行聯(lián)想，在水泥中加入一種發(fā)泡劑，結(jié)果發(fā)明了質(zhì)輕、隔熱、隔音的氣

泡混凝土。（5）類比聯(lián)想。是通過對一種事物與另一種（類）事物對比而產(chǎn)生的聯(lián)想。常見的

有形式類比、功能類比等。如根據(jù)與蜻蜓翅的減振結(jié)構(gòu)的形式類比，設(shè)計飛機的減振裝

置；

根據(jù)與某種生物的功能類比，

設(shè)計具有近似功能的新裝置，

如各種機械手、鱷魚

夾等。定勢思維

定勢思維可以幫助我們在面對新問題時，聯(lián)想已有的經(jīng)驗和方法。但定勢思維往往也

會成為思維的墻，阻礙我們思維的靈活性和創(chuàng)造性。工程思維第二節(jié)

三峽工程中的工程思維三峽工程是具有防洪、發(fā)電、航運等巨大綜合效益的多目標開發(fā)工程，是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程。三峽工程的設(shè)計和建設(shè)體

現(xiàn)了工程思維的特點。（1）

科學性。工程設(shè)計和施工必須嚴格遵循科學性。例如：大壩選址

要調(diào)查地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)要有足夠的穩(wěn)固性，且歷史上沒發(fā)生過大地震

等；

大壩的結(jié)構(gòu)和高度必須根據(jù)歷史上最大洪水的流量來設(shè)計；大型輪船

必須能順利通航；安裝功率合適的發(fā)電機組；設(shè)計排沙方案，避免造成庫內(nèi)河床淤積；通過設(shè)計保留魚類通道。這些都需要經(jīng)過系統(tǒng)考慮，以及科學設(shè)計和施工。（2）

定向性。工程思維是指工程對象是特定的，工程的時間、地點是指定的。例如，工程對象

是三峽工程；壩址位于長

江三峽西陵峽河段，控制

流域面積達100萬km2。

根據(jù)1993年5月獲國家批

準的初步設(shè)計報告，三

峽工程按計劃分三個階

段進行施工，從1993年

的

準

備

工程算起，總工

期17年。（3）求解的非唯一性。工程的設(shè)計和施工可以有多種方案備選。例如，三峽工程設(shè)計和施工過程中都需要有多種方案和多個隊伍，

經(jīng)評估投標確定采用哪個方案和哪個施工隊。（4）價值性。工程思維有明確的價值目標，其中包括社會價值目標、

經(jīng)濟價值目標、生態(tài)價值目標等。例如，三峽工程的生態(tài)價值目標是防止和減少工程對生態(tài)環(huán)境的影響，如搬遷文物、遷移庫區(qū)內(nèi)居民、建魚類通道、

開展庫區(qū)綠化等。三峽工程的社會效益和經(jīng)濟效益主要有以下幾點：①三

峽水庫總庫容393億m3，防洪庫容221.5億m3，水庫調(diào)洪可消減洪峰流量達

2.7萬～3.3萬m3/s，是世界上防洪效益最為顯著的水利工程。②三峽水電站總裝機1

820萬kW，年平均發(fā)電量846.8億kW

·h，是世界上最大的電站。③三峽大壩的船閘是世界上級數(shù)最多、總水頭最高的內(nèi)河船閘。（5）集成性和綜合統(tǒng)籌性。工程活動是許多技術(shù)要素和非技術(shù)要素的

集成，工程是一個系統(tǒng)的概念。三峽工程在設(shè)計和施工過程中，除技術(shù)要素外，還有許多非技術(shù)要素要綜合考慮，如行政領(lǐng)導和管理，各單位和部門的配合，突發(fā)災害的防范，等等。（6）矛盾性和協(xié)調(diào)性。在科學思維中，不允許在科學理論體系內(nèi)部出現(xiàn)邏輯矛盾。但在工程中，卻常常不得不面對“相互矛盾的要求”。例如，三峽大壩建得越高，其蓄水調(diào)控能力就越大，防洪效果就越好，但上游被淹的土地就越多，生態(tài)破壞就越大，人口搬遷也越多。面對這些矛盾，

決策者常常采取權(quán)衡協(xié)調(diào)的方式來解決。（7）可靠性要求和“容許誤差”的限度。三峽工程在設(shè)計和施工過程中，必須考慮施工質(zhì)量和各部分的可靠性。認真挑選施工單位、監(jiān)理單位和驗收單位，定出各種構(gòu)件的允許誤差和施工誤差的最大允許值等。工程思維第二節(jié)（8）工程風險。必須考慮工程帶來的風險。例如：①三峽工程對環(huán)境

和生態(tài)的影響非常廣，尤其對庫區(qū)的影響最直接和顯著。②如果設(shè)計、建設(shè)不可靠，