ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ H/Y ΣΤΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ Αναστάσιος Γ. Σέξτος Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Επίκουρος Καθηγητής Α.Π.Θ. Ευάγγελος Η. Κατσάνος Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υποψ. Διδάκτωρ Α.Π.Θ. Πρώτη Έκδοση εκδόσεις ΑΪΒΑΖΗ Θεσσαλονίκη, 2009
Copyright 2009 Αναστάσιος Γ. Σέξτος, Ευάγγελος Η. Κατσάνος Τηλ.: 2310 995697, e-mail:asextos@civil.auth.gr, katsanos@civil.auth.gr Copyright 2009 Εκδόσεις «ΑΪΒΑΖΗ» Ερνέστου Εμπράρ 7, 546 25 Θεσσαλονίκη Τηλ: 2310 511837 Fax: 2310 534267 www.aivazis.gr e-mail: info@aivazis.gr ISBN: 978-960-98630-0-1 Σημείωση: Ονόματα προϊόντων ή εταιριών, που ενδέχεται να αφορούν σε λογότυπα ή κατοχυρωμένα σήματα, χρησιμοποιούνται στο παρόν βιβλίο αποκλειστικά για λόγους πληροφόρησης, και χωρίς καμία πρόθεση καταστρατήγησης ή παραβίασης δικαιωμάτων. Η πνευματική ιδιοκτησία αποκτάται χωρίς καμία διατύπωση και χωρίς την ανάγκη ρήτρας απαγορευτικής των προσβολών της. Επισημαίνεται πάντως ότι κατά το Ν. 2387/1920 (όπως έχει τυποποιηθεί με το Ν. 2121/1993 και ισχύει και σήμερα) και κατά τη Διεθνή Σύμβαση της Βέρνης (που έχει επικυρωθεί με το Ν. 100/1975) απαγορεύεται η αναδημοσίευση και γενικά η αναπαραγωγή του παρόντος έργου, με οποιονδήποτε τρόπο, τμηματικά ή περιληπτικά, στο πρωτότυπο ή σε μετάφραση ή άλλη διασκευή, χωρίς γραπτή άδεια του εκδότη.
iii ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ ΣΗΜΕΙΩΜΑ Ο ανά χείρας τόμος αποτελεί μετεξέλιξη των Πανεπιστημιακών Σημειώσεων του μαθήματος «Τεχνικές Προγραμματισμού και χρήση λογισμικού H/Y στις κατασκευές» το οποίο διδάχθηκε για πρώτη φορά κατά το ακαδημαϊκό έτος 2004-2005 ως μάθημα επιλογής του 9 ου εξαμήνου στον Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας των Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Στο πλαίσιο της εισαγωγής νέων τεχνολογιών και στοιχείων Πληροφορικής στο Πρόγραμμα Σπουδών, ως εργαλείου συμπληρωματικού των θεμελιωδών γνώσεων, που με συνέπεια παρέχονται τα τελευταία πενήντα χρόνια, επιχειρήθηκε η παρουσίαση στους φοιτητές σύγχρονων μεθόδων κωδικοποίησης και προγραμματισμού πολύπλοκων υπολογισμών, οι οποίοι απαιτούνται σήμερα για την ανάλυση και διαστασιολόγηση των κατασκευών ή εν γένει για τη διαχείριση της πληροφορίας και των δεδομένων που αφορούν την κατασκευή ενός τεχνικού έργου. Παράλληλα, επιδιώχθηκε η διεύρυνση των γνώσεων τους σε επίπεδο αριθμητικής προσομοίωσης των κατασκευών με τη χρήση σύγχρονων, ευρείας εφαρμογής, προγραμμάτων πεπερασμένων στοιχείων. Την τελευταία πενταετία, με την υποστήριξη του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας των Κατασκευών και του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ., αλλά και την ενθαρρυντική συμμετοχή των φοιτητών που με το ενδιαφέρον τους συνδιαμόρφωσαν σε μεγάλο βαθμό το περιεχόμενο του μαθήματος, η αρχική διδακτέα ύλη εμπλουτίστηκε σημαντικά ώστε να καλύπτει διαφορετικές πτυχές των Εφαρμογών της Πληροφορικής στην ανάλυση και το σχεδιασμό κτιριακών έργων και γεφυρών. Υπό την παρούσα μορφή το βιβλίο αυτό αποτελεί τη μετεξέλιξη εκείνης της αρχικής διδακτέας ύλης ώστε να αποτελέσει πλέον, στο μέτρο του δυνατού, ένα σύγχρονο και ολοκληρωμένο βοήθημα, προορισμένο για φοιτητές, ερευνητές και επαγγελματίες πολιτικούς μηχανικούς. Θα πρέπει να σημειωθεί πως οι συγγραφείς είχαν να επιλέξουν ανάμεσα στην ενδελεχή παρουσίαση ενός περιορισμένου αριθμού προγραμματιστικών εργαλείων και στη μάλλον ελλειπτική επισκόπηση μεγαλύτερου πλήθους εφαρμογών που οι ίδιοι έχουν αναπτύξει με στόχο τη χρήση τους σε καθημερινή βάση. Τελικά επιλέχθηκε η δεύτερη προσέγγιση, καθώς υπερίσχυσε η εκτίμηση πως οι αναγνώστες μηχανικοί, με την ευρύτερη εμπειρία τους, έχουν τη δυνατότητα να διακρίνουν μεταξύ της βασικής γνώσης και της εφαρμογής αυτής ώστε τελικά να εμπνευστούν από το πλήθος των εφαρμογών που παρουσιάζονται στο παρόν και συνακόλουθα να προσαρμόσουν τα παρουσιαζόμενα εργαλεία στο ατομικό τους επαγγελματικό περιβάλλον. Η επιλογή αυτή έχει ως
iv αποτέλεσμα στο βιβλίο αυτό να περιλαμβάνονται πολλές, διαφορετικές ενότητες, όχι κατ ανάγκη αυστηρά συναφείς μεταξύ τους καθώς και εφαρμογές που παρουσιάζονται εν είδει παραδείγματος χωρίς αυστηρή βήμα-προς-βήμα ακολουθία. Στο πλαίσιο αυτό, η δομή του παρόντος διακρίνεται σε τέσσερα κύρια μέρη: (α) την εισαγωγή στη δημιουργία εφαρμογών πολιτικού μηχανικού με έμφαση στην ανάλυση και τη διαστασιολόγηση των κατασκευών, με τη χρήση της διαδεδομένης και σύγχρονης γλώσσας προγραμματισμού Visual Basic (καλύπτονται όλες οι εκδόσεις από την 6.0, που αποτελεί το απλούστερο περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών, έως την έκδοση 2008). (β) την αξιοποίηση των ανωτέρω προγραμματιστικών γνώσεων που αποκτώνται στο πλαίσιο της εκμάθησης της γλώσσας Visual Basic, για τη βελτιστοποίηση της διαχείρισης βάσεων δεδομένων (με το πρόγραμμα Microsoft Access), των υπολογιστικών φύλλων (με το πρόγραμμα Microsoft Excel) καθώς και αυτοματοποιημένων σχεδίων (με το πρόγραμμα Autocad της Autodesk ), μέσω της συγγενούς γλώσσας προγραμματισμού Visual Basic for Applications (VBA) η οποία ενυπάρχει εγγενώς στα ανωτέρω προγράμματα. (γ) την εισαγωγή στην αξιοποίηση γενικών προγραμμάτων αριθμητικής ανάλυσης (εφαρμογή με το πρόγραμμα ANSYS) για τη μελέτη της συμπεριφοράς σύνθετων στατικών φορέων ή λιγότερο συμβατικών προβλημάτων φόρτισης ή ανάλυσης τα οποία συνήθως δεν είναι δυνατό να αντιμετωπιστούν με το τεχνικό λογισμικό που διατίθεται στην αγορά για το σχεδιασμό συνήθων κατασκευών. (δ) την εξοικείωση των μηχανικών με ένα ακόμη ισχυρό προγραμματιστικό εργαλείο επιτέλεσης μαθηματικών υπολογισμών, το Matlab, του οποίου η χρήση είναι ευρύτατη διεθνώς, ιδιαίτερα στον ακαδημαϊκό χώρο. Είναι φανερό πως ο στόχος δεν είναι, και δεν θα έπρεπε ασφαλώς να είναι, η αποκλειστική εξοικείωση των αναγνωστών με συγκεκριμένες γλώσσες προγραμματισμού ή πακέτα λογισμικού. Αντίθετα, αν και αναπόφευκτα χρησιμοποιούνται συγκεκριμένα εργαλεία Η/Υ, επιδιώκεται η στο μέτρο του δυνατού κριτική και συγκριτική παρουσίαση των διαθέσιμων εργαλείων. Από την άλλη, είναι φανερό πως το συγκεκριμένο κείμενο, όπως κάθε επισκόπηση εργαλείων πληροφορικής, δίνει μια άνιση μάχη με το χρόνο, καθώς οι ραγδαίες τεχνολογικές εξελίξεις μπορούν σε σύντομο χρονικό διάστημα να το καταστήσουν παρωχημένο και ανεπίκαιρο. Για το λόγο αυτόν, καταβλήθηκε προσπάθεια η παρουσίαση των συγκεκριμένων γνωστικών αντικειμένων να πραγματοποιείται με έμφαση στη λογική που διέπει τον προγραμματισμό ή την προσομοίωση με τη μέθοδο των πεπερασμένων
v στοιχείων και όχι στα χαρακτηριστικά εκείνα που εξαρτώνται από τη συγκεκριμένη έκδοση του αντίστοιχου λογισμικού που κάθε φορά χρησιμοποιείται. Επιπλέον, το παρόν βιβλίο, εκτός του ηλεκτρονικού υλικού που το συνοδεύει με τη μορφή δίσκου CD (ο οποίος περιλαμβάνει τα αρχεία του πηγαίου κώδικα όλων των εφαρμογών), υποστηρίζεται και από τη δικτυακή πύλη www.civilengineering.gr. Μέσω αυτής της δικτυακής πύλης, ο αναγνώστης μπορεί να βρει επικαιροποιημένες συμπληρώσεις αλλά και εκπαιδευτικό υλικό υπό τη μορφή βίντεο το οποίο αναπτύχθηκε από τους συγγραφείς για την υποστήριξη του μαθήματος στο πλαίσιο ερευνητικού προγράμματος ΕΠΕΑΕΚ με επιστημονικώς υπεύθυνο τον καθηγ. Ι. Κρεστενίτη. Αντί επιλόγου του παρόντος σημειώματος, ο πρώτος συγγραφέας κρίνει απαραίτητο να εκφράσει τις ευχαριστίες του προς τις διοικητικές μονάδες του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Α.Π.Θ. οι οποίες συνέβαλαν στο στρατηγικό σχεδιασμό και την ένταξη του νέου μαθήματος «Τεχνικές Προγραμματισμού και χρήση λογισμικού H/Y στις κατασκευές» στο πρόγραμμα σπουδών. Ιδιαίτερες δε ευχαριστίες οφείλονται στον Πρόεδρο του Τμήματος κατά το ακαδημαϊκό έτος 2004-2005 καθηγ. Ι. Αβραμίδη, το Διευθυντή του Τομέα Επιστήμης και Τεχνολογίας των Κατασκευών καθηγ. Χ. Μπανιωτόπουλο, τον Πρόεδρο της Επιτροπής Προγράμματος Σπουδών και Διευθυντή του Τομέα κατά τη φάση σχεδιασμού του μαθήματος καθηγ. Κ. Στυλιανίδη καθώς και τη Συμβουλευτική Επιτροπή αποτελούμενη από τους καθηγ. Α. Κάππο, Γ. Μάνο, Γ. Μανώλη, Δ. Ταλασλίδη, Α. Αβδελά και Α. Ευμορφοπούλου, οι οποίοι πίστεψαν στην αναγκαιότητα του μαθήματος και συνέβαλαν στην ανάπτυξή του. Επίσης, ο πρώτος συγγραφέας θα ήθελε να εκφράσει τις ευχαριστίες τους προς τον Γ. Παπαργυρίου και τον Β. Παπανικολάου για τις χρήσιμες παρατηρήσεις τους επί του κειμένου καθώς και προς το προσωπικό της νησίδας Η/Υ του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., συναδέλφους Χ. Μαχαίρα και Σ. Ξηρό για την άοκνη τεχνική υποστήριξη του μαθήματος. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να μνημονευθεί η συμβολή του Προέδρου του Τμήματος καθηγ. Δ. Αγγελίδη και του Προέδρου της Επιτροπής Νησίδας καθηγ. Μ. Βαφειάδη στη σημαντική πρόσφατη αναβάθμιση της υλικοτεχνικής υποδομής της Νησίδας του Τμήματος καθώς και όσων διετέλεσαν στις αντίστοιχες θέσεις από την ίδρυσή της είναι φανερό ότι χωρίς την μακρόπνοη αυτή επένδυση θα ήταν αδύνατο να διδαχθεί το συγκεκριμένο μάθημα με τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάστηκε σήμερα. Τέλος, οφείλονται ευχαριστίες προς τους φοιτητές που με την ενεργό συμμετοχή τους στο εν λόγω μάθημα επιλογής έδωσαν πνοή στο αντικείμενο των εφαρμογών πληροφορικής στην ανάλυση και το σχεδιασμό των κατασκευών και απέδειξαν ότι με τη συνέπεια και το ταλέντο τους μπορούν αξιοποιήσουν το παρεχόμενο γνωστικό υλικό, να το διαχειριστούν και να το αναπτύξουν με επαγγελματισμό.
vi Ξεχωριστή δε μνεία οφείλεται στους φοιτητές εκείνους που εκπόνησαν τη διπλωματική εργασία τους αξιοποιώντας τα διαθέσιμα προγραμματιστικά εργαλεία και αναπτύσσοντας δικές τους εφαρμογές, ιδιαίτερα δε τους (με χρονολογική σειρά): Γιώργο Καφαντάρη, Σοφία Κάπου, Παναγιώτη Αποστολούδη, Παρασκευή Ζαβού, Χρήστο Βουλγαράκη, Μαρία Κυριατσούλη, Ολυμπία Τασκάρη, Κώστα Μελετλίδη, Σάββα Καλαϊτζή, Ορέστη Βλαμούλη και Φίλιππο Γουΐδη. Ορισμένες από τις εφαρμογές αυτές αποτελούν μέρος των παραδειγμάτων που περιλαμβάνονται στο παρόν βιβλίο. Θεσσαλονίκη, Ιανουάριος 2009 Αναστάσιος Σέξτος, Ευάγγελος Κατσάνος