导读：今年，对于我来讲，是极不寻常的一年。在CHINA ROCK 2023学术年会的技术培训班上，智能化岩层运动并行计算云平台StrataKing.UniXDE的初级版本发布了。近日，具备采动条件下岩层运动模拟基本功能的StrataKing.UniXDE1.0版本发布了。这些都是我过去不敢想的事情，借助时势，竟这么快就实现了。  

岩层运动并行计算系统StrataKing（岩层之王，王之岩层）和StrataKing.UniXDE的主要但不限于以下功能：  

★ 渗流，适于模拟流体在煤岩裂隙中的流动

StrataKing的基本组成  

显然，我们方法具有显著的矿业特色，但不限于解决矿业领域的问题，也涵盖和岩层运动相关的土木、交通等领域的问题。此外，“大”“高”“快”也是我们方法的特色，以区别于其他方法！“大”指模型算得大，即单元算得多，由此带来了“高”，即精度高，“快”指算得快。在某一型号GPU下，StrataKing能计算到500万+个单元。如果硬件更好，计算规模将进一步扩大。  

实事求是地讲，StrataKing的有些功能还不完善，尚需不断打磨。StrataKing的全部功能引入StrataKing.UniXDE不是一朝一夕的事情，请耐心等待！  

要说我能研制出一款软件，可以这样说，没人相信。这话虽然说得有些绝对，但是，确实如此。其实，就连我自己都不相信有一天能研制出来，更何况别人呢？在多年以前，我也没想到要研制软件。下面，我借着这次上仿真秀的机会，介绍一下走过的道路。

12月19日周二，仿真秀2023国产工业软件专题月第12期技术讲座将邀请辽宁工程技术大学计算力学研究所所长王学滨教授和北京树优信息技术有限公司技术总监方立桥老师带来《岩层运动并行计算系统StrataKing和树优科技云平台UniXDE》主题报告会。这也算是一个阶段的总结。不忘来时路，一起向未来！或许，这些比展示程序和云平台的功能更有意义。欢迎报名和分享，详情见后文：

免费账号：岩层运动并行计算云平台StrataKing.UniXDE！

下列云图为最大主应力（第3主应力），大于最小主应力（第1主应力），以拉为正，压为负；黑色和灰色线段分别是剪切和拉伸裂纹。

↓3个121工法工作面岩层侧向运动过程

↓多种支护下110工法工作面侧向岩层运动过程

↓考虑充填体蠕变的充填开采走向岩层运动过程

↓冒落岩石单元碎胀过程

↓切顶卸压下孤岛工作面侧向岩层运动过程

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↓含孔洞岩样定向水力压裂过程

↓含孔洞圆盘水力压裂过程

↓考虑蠕变剪裂的巷道围岩破裂过程（红色 区是蠕变剪裂区）

一、破釜沉舟  

如果从2000年读研究生开始算起，我做研究到现在已经有23年了。期间，我从事真正意义上的计算力学研究也就最近这10多年时间，是半路出家。  

那么，前10年干什么去了？在做理论研究和基于国外商业软件的计算工作。理论研究就是通过建立理论模型，获得力学问题的解答。基于国外商业软件的计算工作包括简单使用和二次开发。我能接触到国外的一款商业软件源于我导师潘一山院士清华大学博士毕业后，把我的一个师兄送到了清华读博士。那时，国外的这款售价不菲的商业软件只有很少的单位有，例如，长科院和清华大学。长科院有活，但没学生，于是想上清华大学找人干活。清华大学的学生多忙，哪有这时间和精力干啊。于是，我的这位师兄把这消息告诉了我导师。于是，我导师派我去了，学习了3个月。那时，我刚结婚不几天，就走了，还没读硕士，但已经考上了。回来后，我开始了攻读硕士学位。期间，我又去了长科院几次，做了一些现在看来相对简单的计算。这是我最初接触到数值计算。  

在条件具备后，我对这款商业软件进行了多方面的二次开发。通过与地震地质问题相结合，将研究成果发表在了几个国际著名期刊上，这是我在中国地震局地质所在马瑾院士的指导下做第1站博士后的工作。可以这样讲，我的开发水平是足够高的，如果用有点吹牛的话说，就是独步天下。现在，我也没看到有几个人能开发出我当初开发的那些功能。  

那么，后来发生了什么让我彻底放弃了这款国外商业软件呢？原因是多方面的。我觉得，即使对国外商业软件进行二次开发，功能也有限，不能达到我的要求。在别人家的地基上建房子，有许多条条框框的限制。即使这件工作干得很好，也没有自主知识产权，可能也难以得到一些人的认可。我是一个不甘寂寞的人，想干出一些事情来，不爱走寻常的道路。    

经过痛苦的选择，我彻底放弃了国外商业软件的使用和二次开发工作，决定从编写源代码开始做自己的程序。那时，我已经博士毕业几年了。当初，我硕士毕业后就想找个搞计算力学的导师读博士，因为我意识到了计算力学肯定越来越重要。在潘老师的劝导下，我还是在他这里读了博士，并没有机会从事计算力学研究。博士毕业了，我要放飞自我，深藏的计算力学的心蠢蠢欲动。    

我毅然决然地放弃了这款国外商业软件，不留任何后路，将程序彻底销毁，以防止哪天我又突然后悔了，也防止学生总想着使用。做事情就要果敢，对自己狠一点，革命就要首先革自己的命！这些年，不时地还有人向我求教这款国外商业软件使用或二次开发中遇到的问题，甚至要购买我的二次开发文件。我真的没有程序了，很多事情都记不住了，因为脑细胞都更新几茬了。有人还因为没有满足他的要求不太高兴，或者怪我保守，这真是冤枉我了。    

二、白手起家  

我对于自主研制一款程序将面对多少困难没有认识，也没有时间去考虑这些事情，干就完了！我有匹夫之勇，就像是一个孤勇者，这或许就是有滚烫热血的年青人的一时冲动吧？    

我的可贵之处是让这种冲动持之以恒。我立即着手行动！我自己的能力肯定是不够的，我导师也不懂这个，但是，他没有表示出反对。我觉得我的一个硕士生伍小林可以胜任这件有挑战的工作。他读本科生时就来和我一起做研究了。当时，可能是我在课堂上吸引了他，他冒冒失失地来找我要做研究。之前，我对他连个印象都没有，可能是他不爱热闹，总坐在后面。他是一个不甘寂寞的人，有精力，有勇气，有热情，工作很有效率，脑袋绝对很聪明，走起路来都飞快，而且没有什么声响。在我的指导下，他用某数学软件编写了一些简单的程序。我鼓励他考研究生，并每月给他一些资助，他考上了。    

我们很快就把他的大论文和小论文弄得差不多了，我就把我的有些肤浅的想法和他说了：把拉格朗日元与离散元耦合在一起，连续介质要能开裂，要有接触和摩擦，要有开挖功能。他答应了。当时，我对连续介质开裂的研究现状基本上都不了解，就连黏聚力的概念都不知道。现在想起来，我们当时也是真敢干。我们遇到问题没人去请教，也没地方查，都是自己去解决。当然，走了许多弯路。    

终于，他把基于某数学软件的三维程序给调试成功了。一开始，他就选择弄三维，二维他根本就瞧不起。结果呢，计算速度很慢，他也快毕业了，很多地方都没有细致弄。他读研期间没有遇到经济压力，我把个人银行卡都交给了他保管，他每月从中提取规定的数额。那时，我研究经费非常有限。他有很好的简历，对于本科非力学专业的学生，在读研期间，发表了第1、2作者论文8篇，获得了国家的首批奖学金，显然，这离不开我的助力。他轻易就去了上海工作。这期间，我们没有发表这方面的论文，因为程序还有些问题。他很犟，我的一些研究上的建议有时他都不当回事。他把一些地方弄得很复杂，他就喜欢与众不同。  

在我们的共同努力下，尽管种子发了小小的芽，但没有长成树。这段经历是我的宝贵财富，为重新起航奠定了一定的基础。我们一起奋斗的日子，让人难忘。    

三、走上正轨  

我在中国矿业大学（北京）姜耀东教授的指导下做了第2站博士后，对二维拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法进行了诸多的探索，其中，编程语言是某数学软件。现在看来，那时的水平还是太低了，与我们今日的发展水平相比已不可同日而语，甚至存在天壤之别。姜老师为我交了博士后培养费。我探索着自己的方法，也没为他做工作。如此看来，姜老师明显有些赔本。

铁打的营盘，流水的兵。没有合适的人，什么事都干不成，尤其是在事业的起步阶段。    

我也不知道是我的哪方面吸引来了一位能人郭翔。他对计算机有先天的热爱，平时，打起游戏来，靠外挂，能赢到不少钱。他不像伍小林那样总来我的办公室，他是想来就来，想走就走。有时，我好几天都看不到他，把我急得不得了。我在想，他这又是病了？其实，他在寝室里正热火朝天地干着游戏，正玩到兴头上呢。玩归玩，干起活来，他真是一把好手。他明面上是在给我 干活，实际上是在展现他的高超的计算机水平，学极其有用的技能以致用，丰满自己的翅膀，并以此为乐。他的身体不好，一到天气有稍微的变化的时候，他就干咳，把我吓得不得了，生怕把别人给传染了。其实，他就是气管有些老毛病。    

他把基于某数学软件的二维拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的程序了解后，进行了一些原理上的修改，用C++重新给弄了一遍，使我们从乡间小道走在了宽敞国道上，计算速度和规模明显有了提高。他很自信，在用Qt设计的程序的界面上，都骄傲地注明了他的英文姓，我们现在还在使用，没有改过。他以第1、2作者论文两篇和1项第2发明人国家发明专利1项的优异成绩硕士毕业，后在北京从事软件开发工作，收入颇丰。从伍小林编写源代码开始，到郭翔的《岩土力学》小论文的发表，5年时间已经过去了。此后，我们相继发表了一些论文。但是，此时，程序的矿业特色还不明显，计算速度还是慢，计算规模也不大，这些问题一直困扰着我。在加速方面，程序完善工作基本上停滞不前。  

无论如何，我都要搞GPU并行计算，只有这样，才能跟上时代发展的步伐，才能满足工程实际需要。即使遇到再大的挫折，我也要坚持下去。苦难是我垫脚石，“救世”还需靠英雄！  

姜耀东教授指导工作

四、并行攻坚

瘦弱的戴着高度近视镜的刘天成的到来，成就了我，也成就了他自己。我隐约觉得，他干这个可以，就由他来干吧。他这点很好，没有挑三拣四，不像有的人干什么都挑简单的干。其实，简单的往往毫无意义，简直就是自欺欺人。他个性较为独特，例如，半夜不睡觉，上午不起床，研究生课也不去上，盛气凌人的班干部让他交啥，他都两耳不闻，这很容易和他人引发矛盾。我和他交谈过多次，每次就能起作用那么1-2天。每当我看到他与我的其他膀大腰圆的学生发生口角的时候，即便他没理，我也袒护着他。他有几门补考，没有多少时间做研究，还赶上了疫情。疫情短暂结束后他匆忙地回来了。他感觉时间所剩不多了，爆发了洪荒之力。终于，把程序给GPU并行了，这发生在2020年。我甚是欣慰，终于给弄出来了，这根本就不是什么解决不了的世界性难题。  

刘天成在做并行计算

我经过思索，把程序定位在主要研究煤矿开采引发的岩层运动问题，于是，程序+硬件在一起被我命名为岩层运动并行计算系统，并赋诗《咏岩层运动并行计算系统面世》（古风）一首：  

牛王逢宝镜，举动露无藏。  

注：“十年经冷霜”指开展相关研究已经10年，历经风雨；“板凳不觉凉”指在研究期间，能耐住寂寞，孜孜不倦；“牛王逢宝镜”指岩层运动并行计算系统（宝镜，即照妖镜）专门用于应对岩层（牛魔王），专镜专用；“举动露无藏”指岩层的变形-开裂-运动过程（牛魔王的一举一动）暴露无疑，无处藏身（显现原形）。

从此，我觉得我已经有了向外界展示岩层运动并行计算系统计算能力的必要，这是矿业领域针对岩层运动以并行计算为研究手段的首款程序。此后，我才有了为别人服务和与别人合作的机会。值得一提的是，中国矿业大学（北京）何满潮院士于芸芸众法中发现我的方法或许能模拟出他十分关切的110工法。我和学生费了不少劲成功地把110工法给模拟出来了。何院士真是慧眼识珠。随后，我又为何院士提供了其他计算结果。所有这些，我深感荣幸，也赢得了不少赞誉。

从编写源代码到此时大约10年了，这是一个多么漫长的过程，长期没有利润和回报。这一禁区，会让多少比我牛许多倍的大咖望而却步。  

刘天成毕业后，以我引领他入门的并行计算为职业，就职于某软件公司，为科技强国做着重要的贡献，在时代的风口浪尖上奋勇搏击，收获着快乐、满足和不菲的薪金。我为他赋藏头诗《贺本人硕士刘天成进入某待遇优厚仿真公司7-8月入职3人名单》（古风）一首：  

功劳苦劳传帮带，大好前途不奇怪。

五、随风起舞  

为了发布岩层运动并行计算系统相关的最新计算成果，我的微 信公 众号“诗话计算力学和玛瑙”诞生了。由此，我进入了中国CAE年会组织者的视野，并为他们组织了一个分论坛。由此，我进入了树优科技的视野。于此同时，在其他学生（例如岑子豪、薛承宇）的积极努力下，岩层运动并行计算系统的功能逐渐丰富。

欢迎关注“诗话计算力学和玛瑙”微 信公众 号，计算力学和玛瑙化诗，诗话计算力学和玛瑙。研讨计算力学，共同提高。欣赏玛瑙，感受美好  

此时，我开始有了研发一款软件的想法，独乐乐不如众乐乐，也尝试了一些努力，被弄得遍体鳞伤。在我遇到困难时，没人伸出援手，都在冷眼旁观，或者，说一些毫无意义的废话。我也曾询问与我联系的硬件行业或我主动联系的软件行业的人士，能否通过合作研发一款软件呢？但都没有得到积极的回应，直到我机缘巧合在我组织的论坛的现场遇到了树优科技的董事长赖宇阳。  

通过深入交往，我了解到，树优科技成立于 2009 年，以“构建国产工业软件生态的参天大树，成为工业软件的优秀民族品牌”为使命，在工业软件研发“卡脖子”的严峻困境与挑战下，自研了UniXDE智能仿真优化云平台（全称：Unified Exploration &Design Environment），已成功应用于航空、航天、汽车、电子等复杂装备产品的精益研发和设计优化，助推装备制造业数字化转型升级。凭借优质的产品服务、卓越的应用成效，树优科技荣获国资委熠星双创大赛优秀奖、中船西南院金牌合作伙伴、中国仿真学会工业软件最佳创新奖等多项重量级荣誉，收获了来自政府和知名VC机构的数千万元战略融资，发展前景一片明朗。这是一个值得信赖的合作伙伴。

在赖董事长的启发下，岩层运动并行计算系统有了英文名StrataKing，并被我翻译成岩层之王或王之岩层。这一切才使得如今StrataKing.UniXDE1.0版本于今年末诞生。在当下极其重视数字仿真之际，在时代春风的吹拂之下，StrataKing虫蛹才破茧而出，继StrataKing.UniXDE的初级版本发布后，又化为StrataKing.UniXDE1.0彩蝶，随风起舞。  

参加学术会议做报告

当时，树优科技加班加点工作，决定尽快发布StrataKing.UniXDE的初级版本，我难以抑制兴奋的心情，赋诗《欣闻树优科技于2023年10月中旬发布StrataKing.UniXDE》（中华新韵）一首：

十年征战经风雨，密布阴云难见天；
幸遇树优来助力，轻舟已过万重山。    

现在，如果有人问我，如果岩层运动并行计算系统研制不出来，怎么办？我想我的回答应该是：我没有考虑这一点。如果有人问我，如果智能化岩层运动并行计算云平台研制不出来，怎么办？我想我的回答应该是：我没有考虑这一点。干就完了，没有那么多如果和瞻前顾后。吃饭如果要考虑会不会被噎死，那就直接卡脖得了。    

与我一路披星戴月、披荆斩棘、攻城拔寨、过关斩将的那些学生，命运都发生了改变，甚至，没到毕业时就被高科技公司以优厚的薪金待遇提前预定了。他们不再局限于狭小的洼地，在那无意义地打转，而是凭借着坚挺的翅膀飞向了数字仿真这一十分广阔的天空，凭借出色的个人能力在时代的滚滚洪流中发挥着积极的作用，一往无前。一拳打得百拳开，大家都是受益者。有的计算机水平高超的学生的科技表达能力欠佳。学风严谨、刻苦努力、写作能力强的学生也是好学生。我倡导他们要精诚合作，优势互补，共同提高。他们刚来时，也不会啥，都经历了摸爬滚打，才有所收获和成长。等、靠、要与守株待兔没有什么区别，也没有什么出路，唯有扎实进取，逐鹿原野，方显英雄本色！越来越多的学生以这些技术手段作为谋生的技能。在如今就业不景气的大环境下，他们不仅没有受到什么影响，反而，待遇颇丰，主要原因是会这些技能的人特别少，而且，这些技能对于社会未来发展极其重要，不是靠自己看看课本就能获得的。    

最近，土木建筑类专业的学生的出路让人堪忧。其实，我觉得大可不必过于悲观。即使这些学生饭碗里的饭少了，没肉了，不好吃了，可以去别人的饭碗里抢嘛。关键是怎么抢的问题。如果只会土木建筑那些课本里的知识，别的不会，估计是抢不过别人的。那么，怎么办呢？我觉得，可用它山之石攻己山之玉，而非用己山之石攻己山之玉。具体而言，深耕土木建筑中的一个方面，例如，力学，好好学学，再好好学习计算机；以本专业问题为靶子，修炼出出众的硬本领。将来，完全可以凭借这些，和机械、材料、力学、矿业、安全、航空、航天、航海、车辆、风电、电子、能源等专业的学生一竞高下，去抢他们的饭碗，因为这些能力对于他们而言也是弱项。这些弱项正是时代所需要的，而且越来越需要。数字仿真的饭碗里不仅饭好，还有红烧肉和海鲜！    

六、未来展望  

《赤伶》的歌词中有一句我非常喜欢：位卑未敢忘忧国，哪怕无人知我。我也曾问自己，我对国家的贡献是什么？发表了多少论文那不是贡献。现在，我可以自豪地讲，到目前为止，我的最大贡献就是为煤炭行业研发了StrataKing和StrataKing.UniXDE，虽然它们的功能还不是很强大。现在，它们还是幼苗，还需要用户的耐心的浇灌和培育。这样，它们会定向生长，向着阳光，可望对煤矿安全生产和生态环境治理进行更好的保驾护航。受国外商业软件的限制，想干的工作干不了，这对于我国煤炭行业健康发展极其不利。我国煤炭行业要想健康发展不能没有自己的岩层运动高性能计算方法。随着采深的增加，必然灾害频发，在不了解地质、应力和以此为基础的岩层运动的情况下去蛮干，必然会遇到大自然的严惩。位卑亦忧国，但愿少矿难！

我的能力有限，不可能把StrataKing和StrataKing.UniXDE做到适合各种领域，只能主攻一路，深耕煤矿岩层运动高性能计算，其他为辅。毕竟将来煤矿还是要开采。其实，利用StrataKing和StrataKing.UniXDE别的工作也能干一些。我为了聚焦行业，起成了现在的名。我和学生讲，我是掉进了煤矿这个坑，无法自拔，你们完全可以有更好的出路，只要你计算力学学得好，可以去搞高性能计算，针对航空、航天和航海等领域的大国重器，或者针对高科技领域的芯片、车辆和手机等产品，那里机会更多，更能把个人追求和国家利益紧密结合。不管StrataKing.UniXDE发展情况如何，我为国家培养了未来社会极其需要的高性能计算方面的人才，将他们引领到了更加广阔的天地，这是一件功德无量的事情。江山代有才人出，时势可以造英雄！

我不敢说能把StrataKing和StrataKing.UniXDE发展到什么程度，但是，我会为之一直努力，争取用一生来做这件事情。期待与同行进行密切的科研合作，期待企业为我们提供新鲜的应用场景，使我们的方法加速迭代，希望有识之士能给我们提供各种有益的发展条件。许多有特色的工作和许多难题的最终解决，都需要双方的密切交流和合作。拿来主义很少有，莫停口头产学研！  

在数字中国的大环境下，在各行各业把数字仿真搞得如火如荼的数字经济时代里，在数字矿山的行业背景下，对矿山灾害预防和生态环境治理无比重要的岩层运动高性能计算不应是无人区，而应是大势所趋。    

计算不是万能的，实时监测也不是万能的。实时监测，只能了解当前的情况，据此可对未来一段时间的情况进行某种程度上的预测。没有开采，实时监测就做不了。在研究前期开采会对后期开采有何影响，或者，相邻工作面怎么开采的相互影响小等一系列涉及方案决策和全盘考虑的问题时，实时监测都没法发挥作用。在理论上，凡是实时监测能干的计算都能干，只不过计算还不那么成熟。实时监测和计算要相辅相成，这就是数字孪生。这方面，要做的工作还太多。谁重视，谁将最先受益！    

模拟煤矿岩层运动，我们更专业！我上大学上的是阜新矿业学院，这可是当时响当当的全国重点大学！    

全国重点大学阜新矿业学院鸟瞰图

何满潮院士对我发布在微 信视频号“科普计算力学”上的基于StrataKing的双层煤层开采岩层运动模拟给予了点评：“学滨双层开挖好”。为此，我赋诗《中国岩石力学与工程学会理事长何满潮院士理事群中点评鼓励双煤层开釆岩层运动GPU并行计算》（中华新韵）一首：  

越磨只盼越锋利，不再挖煤流血多。  

我曾仿写了岳飞的《满江红》，我选择最后几句放在最后，与诸君共勉！    

再奋进开发塑特色，壮山河。

七、国产工业软件专题学习月

以下是直播安排：

2023国产工业软件（十二）: 岩层运动并行计算系统StrataKing和树优科技云平台UniXDE-仿真秀直播

扫码观看和回放

（完）