四川雅安芦山4.20地震发生过去两周了。我所在的比利时根特大学中国留学生组织：根特学联，很快就组织了一系列活动来慰问这次灾难，并得到了国内媒体关注报道。5月2日晚上组织根特的华人留学生朋友召开一次专题报告会，并现场签名替灾区人们祈福。

图片版权归根特中国学生学者联合会（CHISAG）

作为土木工程的土木坛子，被学联邀请作一场关于地震与建筑方面的小报告，十分钟。就建筑抗震方面而言，我算不上专家——无论是理论还是实践，因为我只是一名砖家——我的研究方向水泥与混凝土建筑材料。

可是考虑到其他同学更是建筑行业外的人士，隔行如隔山，好歹我本科、研究生一直是结构工程方向，曾经在哈尔滨时，和中国地震局工程力学研究所的硕士研究生们耳濡目染（该研究所在哈尔滨，硕士课程委托哈工大负责），对建筑抗震等相关知识也知道一些皮毛。所谓“山中无考虑，猴子称大王”，我觉得可以讲一点我所知道的东西，并将它们讲得通俗易懂一些，哪怕只是引出问题让大家思考也好。

既然已经公开，我把本次报告文档也公布在这里，与感兴趣的朋友分享：

Earthquake and building from Zhijun Tan

欢迎评论，分享你的精彩见解。

很不幸，这次四川又发生了一次地震。天佑中华，为雅安人民祈福。

每次地震，总会有一些民间地震预报专家跳出来，显示出“高手在民间”。作为一名土木工程科研工作者，我觉得有必要科普一下。虽然我不是研究防灾减灾那么专业的问题，但根据自己的概念了解和网上的科普信息（表述好的内容没有必要重复造轮子），以一名准专业人士的身份，对有关地震预报的各种问题总结成以下6个问题。

1 地震是怎么回事？

地震是地壳快速释放能量过程中造成的震动，期间会产生地震波。地震的酝酿和发生过程是极为复杂的物理过程，是地下岩石的“应变缓慢积累-快速释放”过程具有非线性，要完整解释它，请参看有关博士论文，但对于一般人没有这个必要。

2 地震可以预报吗？

从一名科研者的角度来讲，未来也许可能。但在现行的人类水平下，精确的预报还做不到。人类还没有成功预测过地震，也从来没有一个科学家宣称可以预测地震。地震局也不过是研究地震，不是预测地震。至于听说地震局还有相关经费专门研究地震预测，那只能算国家机密，无可奉告。

3 为什么民间人士都说自己可以预测地震？

这些基本上是伪科学，概率统计上的小诡计。统计他们总的预测，几乎都是不准的。跟用数字规律来预测彩票一样，完全随机的事件不可能有什么数字规律，就算让他们说中了，也是瞎猫碰上死耗子。

相信预测地震就像很多人相信星座、风水一样，有这样的民众基础，便有妖言惑众的民间科学。很多类似的民科，证明哥德巴赫猜想、四色问题，证明爱因斯坦的相对论是错误的。

4 那目前所谓地震预报是怎么回事？

目前事后证明是对的地震预报都是基于经验和统计的预报，并不能做到很精确的时间和地点，很难具有可操作性。但是人们经常听说日本所谓精确到秒的预报，这其实是在地震发生之后的预警。

这个预警的方法要从地震波说起。地震波分两种：P波（Primary, 第一波）和S波（Secondary, 第二波）。地震发生之后，P波首先扩散，它的振动方向与传播方向相同，在岩石里的传递速度约5-7公里每秒，主要造成微小的震动。S波的振动方向与传播方向垂直，是造成摇动的主要来源，它在岩石中的传播速度约3-4公里每秒。

由于两个波的速度有差别，所以在P波到达后的一定时间，S波才能到达。例如，在震中20公里的地方，S波会比P波晚10秒左右到达。

日本的地震预警系统，会在监测到P波的时候发出预警；这样在S波到来的时候，人类可以做好一些应对准备——这十几秒到几十秒的时间可以做很多事情：工厂断电、火车刹车、人找最近的掩体，能避免很多人员伤亡和财产损失！另一种情况是在S波到达之后发出警报，提醒和通报其他地方的人，以及注意之后的余震。

中国是否能做到日本的这种预警水平，这不仅仅是个技术问题，还有大量的经济、社会因素，比如大量的传感器埋设问题，民众的防灾意识，不在本文讨论之内。

5 为什么说地震前动物会有异象，比如老鼠出动、牛马躁狂？

• 不是每次地震前都有动物异象。
• 不是每次动物异动后都有地震。
• 存在着可能的合理解释：地震的P波传播速度最快，可达6到7公里每秒，S波和面波的传播要慢的多，但地震的破坏效应主要是由面波带来的。动物们可能感知到了先期到达的P波，所以出现异动。就像雷雨天的时候，有些人看到了闪电，有的人听到了雷声，看到闪电的人要比只听到雷声的人早一些知道打雷的发生，这只是早一点知道，而不是提前预测。

6 既然地震不可预测，我们怎么办？

没有人说要“预测火灾”。大家知道合理的方法是用防火材料盖房子、保证疏散通道、掌握合理逃生方法。

地震也一样。提高结构抗震能力、做好物资储备等紧急预案，比简单的地震预测重要得多。建筑设计中一个重要的原则，根据各地的地震烈度（发生可能性），做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”，这样就能在人的生命财产和建筑投入方面做到利益最大化。所以，对于地震，它不单单是个技术问题，涉及到社会心理学、经济学、工程学各方各面。

所谓尽人事，听天命，面对地震，天命固然不可违，但如果人事做不好，无法原谅。

每次地震发生后，都有各种民间砖家说成功预测到了地震，这本身就不科学。官方专家固然有说错话的时候（甚至是故意），但如果不讲科学，反而相信不靠谱的民间砖家，带来的恐慌只会让社会更加混乱，于事无补。就像你每天出门，如果拿一堆黄历来看，基本上每一天都没有办法出门。

参考资料：

1. 知乎问答：1, 2, 3.
2. 方舟子：科学大争论——地震能否准确预测？

作为理工科的研究生，一般都需要做一些实验。没有实验验证，理论就难以行得通。在操作实验的时候，就会接触到各种各样的实验材料，比如化学试剂。有些化学试剂看起来透明清澈，但毒性很大，对人体的健康影响巨大。因此，实验室安全教育就尤为重要。如何在实验过程中保护自己，如何处理实验室中的垃圾等。否则，还没有把科学研究搞清楚之前，身体健康倒被科学研究搞倒了。

我曾经在中科院青岛某研究所待过一段时间，看到他们从事生物方面的实验研究时，用各种化学试剂对海洋生物提取DNA，然后PCR跑电泳等。一位比我年长的研究生告诫我，没有事的话，不要进入这些生物实验室，都是有毒的东西。他还告诉我，他们的实验污水几乎直接就排到了附近的海水里。这把我吓一跳，因为那是我第一次见到大海，而这些蓝蓝的海水里居然有科研机构排放的有毒污水，看着每天在海水浴场游泳的老头老太太们，真的不敢想象。

我相信国内肯定有相关的制度要求，约束科研单位的污水排放处理，否则，科研单位都没有带好头，就更别说生产企业的排污情况。可惜在实际操作过程中，这些制度没有好好执行。还有一点，我记得我在国内当学生的时候，也没有受到这方面的教育：作为研究人员，要如何保护自身的安全，如何保护环境而不能随意排放实验室中的垃圾污染物。

当我在比利时的实验室开始做水泥方面的实验时，从一开始，技工就告诉我关于实验垃圾的处理规定：比如，酸类液体垃圾物质应该放到一个专门回收桶里，碱类垃圾液体物质放到另外一个专门的回收桶里。其它的固体垃圾要放到相应的回收地方。含汞类的垃圾则放到含汞类的有毒物质垃圾桶里。化学试剂也要按要求放到相应的储物柜，并配有相应的标志。无论执行有多好，至少让我突然感觉到了这种安全环保的意识。

总体而言，大家是按照这样的要求来执行。然而也有例外，我就发现一台压汞仪器被硕士研究们操作时，洒出了一些水银，却没有清理干净，有一些小小的水银散落在桌面上，仔细一看，闪闪发亮，看起来倒是漂亮，但水银是巨毒金属，长此以往，水银挥发到空气中，理论上就会被人体吸收。很可惜，实验室里人员似乎未引起重视，甚至连学校相应的安全检查人员例行检查也没有发现此问题，更别说提出整改。我也对此事就慢慢失去了警惕。

直到前不久，我去学校医院体检时，我和医生提到此问题，医生对此很重视，告诉我此事不容马虎，巨毒的水银对人体影响巨大。并要让我提供相关信息，他将反映到学校的安全部门。我也突然意识到这个问题的严重性，才发现我的安全意识也过于薄弱。虽然水银量不多，但挥发到空气中，被人体呼吸吸收后，哪怕是一点点，带来的健康影响也是不容忽视的。对于那些天天接触到有毒物质的研究人员来说，如果有类似的事情，就会更严重。

人们总是以为像博士研究生这类人群什么都懂，什么都能注意到。但事实上并不是这样，一是因为研究人员的研究范围一般都不宽，只对自己从事的那点东西很熟悉，对于其它的知识不过一门外汉；二来是意识上的不重视，对于那些不是立马就见效的危害都选择性地忽略。

可是，健康总是在失去的时候才觉得最为珍贵。在这里，对那些和我一样也要从事实验研究的朋友提个醒，注意实验过程中的健康安全和环境污染：有则改之，无则加勉。

明天是除夕，龙年最后一天，土木坛子在比利时祝大家蛇年里：新春大吉，幸福安康！

在计算机世界里，一切信息都是1和0两个符号，但我们人类总喜欢图像化的东西，所以在科研或者是其它报表中，总喜欢将数字用图表的方式表现出来，更容易让人接受与理解数字背后要表达的含义。

在科研中的作图，可以选择微软的Office Excel画图功能，但作图效果差强人意。工欲善其事，必先利其器。MatLab不但售价昂贵，而且绘图命令复杂，不容易灵活控制；专业的作图软件Origin是科研中数据绘图、分析拟合的利器，只可惜这款强大的软件并不是免费，我身边的国外同行几乎没有人使用这款软件，主要是购买价格对于穷得响叮当的学生的确太贵了(550美元！)——那些使用盗版的同学就别出声了。

QtiPlot好用但需要手动编译

不过，只要有一款好用的收费软件，在开源世界中就几乎有一款相应的替代品，Origin亦不例外。土木坛子的经验告诉大家，有一款叫作QtiPlot的开源软件就几乎是Origin的替代品，一般的科研作图可以得心应手，使用方法简单，容易上手，图像导出功能(包括PDF, emf等各种矢量和位图格式)、数据分析拟合一应俱全，并且开源免费：在Windows, Linux (Ubuntu)和Mac上都免费。不过在Windows下的可执行安装程序不免费——这并不违反开源的协议，需要支付一定的费用。

不必担心，好的开源软件自然会有人改进，有一位牛人在其网站上提供编译好的非官方程序，土木坛子便是直接下载其维护的版本(Qtiplot-0.9.8.1-3-Unofficial-win.zip 点击直接下载)放在Windows 7 64位系统上使用，非常好用。这位牛人的版本可以算作绿色版本，不需要安装，直接解压后，点击qtiplot.exe文件就可以执行作图所有功能。

当然，还有另一位荷兰的牛人也维护着专门编译版本安装程序，不过安装需要使用Python27环境，并需要敲击一些命令，所以我个人并不推荐。从这两位牛人提供非官方的编译版本也足以证明这款作图软件能够替代Origin的实力。

免费开源的SciDaVis是Origin最好的替代品

与QtiPlot类似的其它开源免费安装软件还有一款很好用的：SciDAVis (Scientific data analysis and visualization)，从我的使用经验来看，它非常类似QtiPlot, 用起来比QtiPlot更好用。

SciDAVis有一个小BUG（也可能是软件作者设计意图即如此），在粘贴数据时候，只能默认把前两列数据当成数字text格式，其它的列默认当成"text"，导致绘图出现问题。所以每次从Exel表格里复制数据粘贴到SciDAVis后，选中所有数据修改成Numeric形式，即可以绘制出与QtiPlot一样的图表。

在使用过程中发现，绿色版本的QtiPlot有些问题，比如输出图形时有时候出现空白。原因可能在于有些需要的安装资源不存在，导致功能不完善。而编译安装版本的QtiPlot文件官方需要支付费用，非官方的编译版本安装过程非常复杂繁琐。

经历过不完美的QtiPlot和功能强大但依靠命令行的R语言绘图后，建议使用SciDAVis软件科研绘图。事实上SciDAVis是QtiPlot的一个分支，完全安装版本能够保证功能完美可靠，SciDAVis真正做到了开源免费，是一款好用的科技数据绘图软件。

好东西不敢独享，特与奋斗在科研中的同学们共享。也欢迎大家分享你觉得好用的科研软件，开源免费的最好不过。

[2015年2月23日更新]

总结完前面的Introduction, Methods和Results三部分写法后，现在总结最后一部分内容：Discussions and Conclusions的写法。

如果说结果部分(Results)是基于实验数据而描述，讨论部分(Discussions and Conclusions)则由观点驱动并带有解释性。作者有充分的自由度来决定讨论哪部分观点和内容，也因此，讨论部分带有一定的综合性。和结果部分相比，讨论部分具有以下特点：

• 更加理论性、抽象性、普遍性
• 更加注重与相应领域结合
• 更加和真实的世界相联系
• 更加注重推理和应用

讨论章节严格的写法可能并不存在，有的文章甚至没有单独的讨论章节，相反采用的是一种复合式的"Results and Discussion"。然而，讨论章节还是有相应的撰写建议，在内容组织方面还应根据研究内容和相关的期刊杂志要求而适当改变。

第一步 充实作者的研究领域

这部分是必须要写的内容。

强调作者的研究结果并合理解释它们，并与Introduction里提出的问题遥相呼应，即实现了研究的目标。

In this study we have demonstrated that […] It was found that […]

将作者的研究结果与前人的研究结果加以比较，可以突出作者的研究亮点，即比前人的研究进步的地方。

The result is in agreement with previous analyses […]

第二步 指出作者研究的局限性

指出研究的局限性是可选内容。

对负面结果及不够好的结果、与前人的研究结果或者作者的研究假设前提不同、不一致的内容，加以评价说明。

Unfortunately, we are unable to determine from this data […]

说明研究局域性的原因和程度，并介绍可以如何克服它。

第三步 建议进一步研究计划的建议

说明研究结果可以应用到哪些方面，进一步的研究应该着重于哪些领域和方面。

[…] Nevertheless, further investigations are needed for this potentially high-capacity H2 storage material.

英语科技论文Results(实验结果)部分的写法，最主要的问题是不要让文章的读者去“寻找”信息，并“总结”出结论——这些应该是写作者应该达到的目的，也就是说纯粹堆砌实验数据和结果远远不够。

介绍实验结果的每一方面时，可以按照“整体－具体”的方式(general-specific manner)：先陈述总体趋势，然后添加实验数据用以支持作者的结论。一般而言，Results的组成部分和写作方法技巧如下：

1 介绍实验的过程、流程及相关的结果

用以检验作者选用实验方法的正确合理性。此处动词时态可用一般过去时。通常也会通过引用的方式介绍其他作者的方法，并与作者自己的方法对比，当然是通过自己的实验结果证明之。

2 视觉化实验结果

所谓视觉化，即将实验结果用表格、流程图、示意图、图片图像方式表达出来，这样有利于阅读理解，在行文过程中要对这些非纯文字的内容位置介绍出来，介绍句式和动词可以归为以下四类：

• 主动式： Figure 3 (Table 1) shows (depicts, summarizes, demostrates, suggests, displays…)…

• 被动式： An example interface model is shown (presented, listed, tabluated, plotted) in Fig. 1.

• 括号式： The 2-NB photoreaction (Fig.1) proceeds via …
• As-clause: As can be seen in Figure 3, …

图表部分还需要注意一个问题，几乎所有的读者即使不读文章的内容，也会扫描一下图表，所以图表的标题、坐标轴、箭头等细节问题，说明务必要清楚，要做到不看内容也能读懂图表内容。

3 结果部分的每一方面都要按照“整体-具体”的方式撰写

这表明作者知晓文章的结果的重要性。对于图表内容，作者需要强调相关重要信息，而不是仅仅罗列指出数据的不同，因此，对比形式的句子显得尤为重要：

• Almost twice as many […]
• A marginally smaller percentage of […]
• Close to three times as many […]
• Ten-fold larger […]
• Slightly over twice as many […]
• X exceeded Y in […]

总之，需要具体指出来不同，以表达自己的结果和观点，而不是让读者去搜索信息再总结。对于“意外”的数据，可以用下面句子说明：

英文科技论文的Introduction部分写好后，便是Materials and Methods部分。通常，Methods部分的内容由四部分内容组成：

• 1 实验所使用的设备(Equipments and hardware);
• 2 实验所使用的材料( Materials);
• 3 实验过程如何操作进行(Procedure);
• 4 最后介绍实验数据的收集和分析过程(Data analysis)。

按照上面所说的四点内容，下面对Methods写作技巧和注意事项逐一说明。

1 实验所使用的设备(Equipments and hardware);

可以具体地介绍实验中使用的独特的复杂的设备——可以提供相应图片，可以使得读者理论上有条件重现作者的实验。

与此相反，标准常规的设备可一笔带过——因为大家都知道。对于精度要求较高的实验，对设备硬件的准确度和校核情况也应该说明。

对于作者自制的设备，应该详细介绍，甚至可以附上示意图，使读者按照所提供的信息能够制造得出相同的实验设备。

2 实验所使用的材料( Materials);

对于独特的实验材料，要避免泛泛的介绍，而应该介绍独特之处。对于提供材料的公司，可以在括号中指出。

3 实验过程如何操作进行(Procedure);

按照逻辑的顺序介绍实验是如何操作，相应的实验方法也可以顺带说明，区分开核心和附加的信息。对于较复杂的实验流程，可以通过图表的形式表达。实验过程的说明也可以涉及到测试实验的假设前提。

现实测试的实验，应该说明现场的地点等信息。

4 最后介绍实验数据的收集和分析过程(Data analysis)。

介绍实验数据的统计方法和分析方法。这将用来解释实验的各种假设和推导出结果在统计分析上的显著性差异。

整个Methods部分还应该注意两点：

1 不要在Methods里面介绍实验结果，许多作者不小心就会犯这个错误。实验结果要放到Results部分去说明。记住：在科技论文里，各部分内容要严格分开介绍。当然，如果实验结果是用来判定某个实验方法的有效性，则可以在Methods里面提到实验结果。

2 复杂和较长内容的Methods可以用下级标题结构化，一是方便阅读，二是方便在Results结果部分将结果与相应的方法相联系起来。

大多数英文科技学术论文都可以使用一种所谓 Introduction-Methods-Results and Discussion（IMRAD）的形式，如下图的沙漏所示，先由普遍到具体问题，再由具体到普遍结论。

这里先总结Introduction的写法和注意事项。

与中文论文“简短”的“概述”（或“前言”）不一样，英文的Introduction内容通常较长。好的论文在Introduction部分很见功底，文献的阅读量、信息综合能力，可以给读者很多的信息量，因此写好它容不得半点马虎。

Introduction（说明综述）部分的内容通常用来为作者创造一个研究空间。先介绍目前的研究现状，然后指出存在的不足或尚没有解决的问题，最后再介绍“存在的问题”是“如何”被作者的研究所解决。因此，Introduction可以由这“三波”或者说“三部分”来组成。

具体而言，这“三波”如此展开：

第一波：提出研究现状和此研究的重要性

先通过陈述表明所要研究问题的重要性——当然这部分内容不是必须，并介绍此领域的研究现状，具体可参考文献综述引用。

研究问题要与自己的研究内容高度相关，时态一般可用一般现在时，并通过很确定的语气和具体的形容词来强调研究的重要生。

The flow of foams is seen in many process, and its use in major industries means that an understanding of foam rheology is of paramount importance.

第二波：强调有必要解决存在的问题

指出该研究目前存在的问题，可以通过提问的方式或者通过某种方式扩展此领域已有知识和结论。

这一波非常重要，只有指出存在的问题或尚待解决的问题，才能突显出自己的研究价值。在这一部分的写作时，一般通过转折词来表示过渡，并在指出问题时使用负面的词汇。

… ; however, the relationship between emergence and soil temperature has not been investigated previously…

In contrast to the extensive literature describing ….., little attention has been paid to…

写作英文文献综述部分时，一定会使用到动词，比如曾经总结的“常见的高频引述引用动词”，涉及到动词就会有时态(Tense)使用的问题。关于文献引用部分的动词时态，它们之间的区分较难把握，原因在于行文顺序和重点不是按照时间线进行，因此，一般的时态运用准则在这里应用起来作用有限。

不过，如何掌握文献引用部分的动词时态，还是有一些原则可以遵守。语言专家们的研究结果表明，大约三分之二以上的文献引用采用了三种时态：一般过去时，现在完成时，一般现在时。它们的用法和区别总结如下。

一般过去时的用途(Simple past)：

• 引用时，研究者作为施动者，我理解为：研究者的姓名作为句子的主语
• 仅引用单个研究结论
• 报道某个特定的发现、研究结果

Examples:

Huang et al. [1] and Jayned et al [2] demonstrated reduced disease severity…

Courshee recognized the importance of droplet size distribution…

The use of 2-NB was proposed by Pitts…

现在完全时的用途(Present perfect)：

• 引用总体共性的结论，一般即为引用好几个研究者的结果
• 引用一个有争议的问题领域
• 引用一个较近的研究
• 向读者表明，引用内容在文中会有进一步详细的讨论

Examples:

The evaluation of structural integrity using Lamb waves has long been acknowledged as…

Several researchers have studied the issue.

The accuracy of this study has recently been questioned.

虽然我现在的研究方向是水泥基材料，但我大学时候的专业是土木工程，即所谓的结构工程，结构工程专业的学生必须要修的一门主要课程便是“结构力学”，否则，一个建筑如果结构的强度和稳定不够，就会发生问题，强度不够会导致部分构件断裂；稳定不够，就会导致跨塌——比如刚刚出事的哈尔滨阳明滩大桥。人们首先看到的都是漂亮的建筑外观，而不知结构才是漂亮背后的支柱，就好像看到的是一个美女，而不知美女的美需要一个良好的骨架，才能有优美的体型。

当年学习的结构力学知识大概忘得差不多了，这人一上年纪……最近看到一组照片，是“无聊”的老外们用硬币玩出的“结构力学”，看起来简直让人难以置信，不过这“无聊”的玩法背后确实有学问，每一枚硬币的“强度”当然没有问题，但堆到一起后的稳定性如何保证？这里总的原理便是运用了平衡，一平衡，整体效果就出来了，每一枚硬币的重量都合理地传导到最底层，并保持了整体稳定性。当然，说起来容易，做起来还是不易，要手巧且要有耐心，还要注重堆搭时候的先后顺序。

一图胜千言，具体原理和效果就在图片中，有兴趣的朋友慢慢琢磨琢磨，动动脑子没有坏处。