人工智能(AI)研究助理比较---以3DEC隧道稳定性分析为例
1 引言
以ChatGPT和GPT-4【使用GPT-4快速生成一个本地运行的全文搜索引擎】为代表的自然语言处理模型正在改变着传统的搜索技术【ChatGPT能实时学习用户输入的数据吗?】，包括最具影响力的学术研究工具Google Scholar，目前市场上已经出现许多新型的搜索工具，其特点是把传统的搜索与GPT模型相结合，工作原理基本上都相同，即首先把用户提问的问题在网上进行搜索，然后把得到的搜索结果使用GPT技术进行简要总结。本文比较了三个这样的人工智能(AI)研究助理工具：Perlexity AI, New Bing和WebChatGPT，搜索的问题为“Tunnel stability analysis using 3DEC”。
2 Perplexity AI
[1] (2004) Stability analysis of a tunnel excavated in a weak rock mass and the optimal supporting system design[3] (2016) Discontinuum - Equivalent Continuum Analysis of the Stability of Tunnels in a Deep Coal Mine Using the Distinct Element Method[4] (2012) Stability investigations around a mine tunnel through three-dimensional discontinuum and continuum stress analyses[5] (2013) Investigation of stability of a tunnel in a deep coal mine in ChinaPerplexity对搜索出来的5篇论文进行了一句话总结，其缺点是句子与句子之间没有形成实质性的关联，另外，有的总结会出现不准确的地方，例如对论文[1]的总结，它使用的是soil而不是rock，但我们都知道，3DEC主要用于岩石工程的稳定性研究。同样的问题，New Bing给出了如下回答：
3DEC是一个可以用来分析隧道稳定性的软件。它可以结合地层特征，评估有支护和无支护的隧道的稳定性【隧道在岩石-支护相互作用下的变形(理论和实测)】。该软件用于建立隧道模型进行反分析，利用矿区现有的变形数据校准岩体特性。
给出的4篇参考文献如下：
[1] (2013) Analysis of Behaviour of a tunnel & Surrounding Strata using 3DEC Numerical Modelling: Case Study of an U/G Metro Rail Project[2] (2016) Discontinuum - Equivalent Continuum Analysis of the Stability of Tunnels in a Deep Coal Mine Using the Distinct Element Method[3] (2023) Underground Tunnel Stability with IMASS Model [4] (2018) Efficient 3D probabilistic stability analysis of rock tunnels using a Lattice Model and cloud computing【SRMTools---基于微观力学的岩石边坡3D模型】New Bing给出的总结比Perplexity给出的总结更简洁，主要原因是New Bing嵌入的是GPT-4,微软故意限制了字数，不给出详细的总结。显然，New Bing的总结比Perplexity的总结内容上更具连贯性，读起来没有跳跃之感。New Bing给出了6篇参考文献，但其中3篇是来自不同源但本质上相同的论文，因此有效的论文数仅为4篇。有两篇参考文献[2][3]与Perplexity给出的相同，New Bing给出的文献年代较新，除了软件手册《(2023) Underground Tunnel Stability with IMASS Model 》之外，New Bing的文献年代区间为[2013~2018]，而Perplexity的文献年代区间为[2004~2016]。
5 WebChatGPT
WebChatGPT是ChatGPT的一个插件，由于它直接嵌入到ChatGPT的对话之中，因此具备了ChatGPT的对话功能，比前面两个的回答内容更长一些。下面是WebChatGPT对"Tunnel stability analysis using 3DEC"的回答：
使用3DEC进行隧道稳定性分析涉及一系列步骤，包括定义隧道几何形状，输入岩体的地质力学特性，指定边界条件，以及运行数值模拟来分析隧道的稳定性。这些步骤需要在3DEC软件中进行操作。隧道稳定性分析的具体步骤包括：(1) 定义隧道几何形状：首先需要在3DEC中定义隧道的几何形状，包括隧道的长度、高度和宽度，以及隧道轴线的位置 [注：3DEC不能显式地定义隧道轴线的空间位置，在基于纯结构控制的极限平衡分析中确实需要定义隧道轴线的走向和坡度，例如结构控制的地下斜坡道稳定性分析]。(2) 输入岩体的地质力学特性：接下来需要输入岩体的地质力学特性，包括密度、弹性、强度和摩擦力特性等信息，这些信息可以通过实验室测试、地质勘察或经验公式获得[注：3DEC的岩石属性和节理属性是分别输入的，除非把模型假设为一个连续体]。(3) 指定边界条件：需要为数值模拟指定边界条件，包括指定初始应力状态、边界应力和加载条件。边界应力可以指定为固定、自由或时间函数等形式 [注：这里仅说了应力边界条件，另一个重要的边界条件是速度或位移边界条件，如果不对模型施加约束条件，模型就会发生漂移]。(4) 运行数值模拟：一旦隧道几何形状、岩体的地质力学特性和边界条件确定，就可以在3DEC中运行数值模拟，计算岩体内的位移、应力和应变等信息。(5) 分析隧道稳定性：根据数值模拟的结果可以分析隧道的稳定性，包括评估变形和破坏机制，以及评估隧道的安全系数。(6) 优化隧道设计：利用稳定性分析结果可以优化隧道设计，通过调整隧道几何形状、支护体系或开挖方法等来改善隧道的安全和稳定性。总体而言，使用3DEC进行隧道稳定性分析是一个复杂的过程，需要具备数值模拟和岩土工程方面的专业知识。需要仔细考虑岩体的地质力学特性和边界条件，以获得可靠的结果，为隧道设计和施工提供参考。
[1] (2016) Discontinuum - Equivalent Continuum Analysis of the Stability of Tunnels in a Deep Coal Mine Using the Distinct Element Method[2] (2023) Underground Tunnel Stability with IMASS Model
[3] (2012) Stability investigations around a mine tunnel through three-dimensional discontinuum and continuum stress analyses
[4] (2013) Analysis of Behaviour of a tunnel & Surrounding Strata using 3DEC Numerical Modelling: Case Study of an U/G Metro Rail Project
可以看出WebChatGPT列出的这些文献在其它两个工具中都有，与Perplexity给出的相似性更高一些，间接地说明这两个工具背后使用的都是GPT-3.5模型，而New Bing使用的是GPT-4模型。
6 结束语
基于自然语言处理的人工智能模型为传统的学术搜索开辟了新途径，导致人工智能研究助理的发展出现了一个高 潮。这些助理旨在帮助研究人员更轻松、更高效地开展工作。本文仅比较了3个研究助理工具，可以看出它们提供的解答各有千秋。事实上，还有许多其它研究助手工具可以使用，例如Elicit, Youchat, SciSpace, ChatPDF, Humata等。在比较不同的人工智能研究助手时，考虑的最重要的因素是其准确性。理想的人工智能研究助理应该能够快速、准确地分析数据，随着技术的不断发展，我们可以期待在未来看到更先进的人工智能研究助理，进一步提高研究人员的能力。
