高 杰

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在橋梁CAD中的應(yīng)用

高 杰1，2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

數(shù)字化技術(shù)在橋梁CAD中的應(yīng)用在我國屬于開創(chuàng)性的技術(shù)實(shí)踐，其“面向設(shè)計(jì)、面向橋梁、面向工程”的先進(jìn)思想將改變橋梁設(shè)計(jì)的工作模式，大幅度提升橋梁設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，并著重介紹了數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在橋梁CAD中的應(yīng)用。

數(shù)字化;特征模型;特征設(shè)計(jì);全關(guān)聯(lián)模型;智能化;標(biāo)準(zhǔn)化

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的內(nèi)涵

1.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的概念

隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理的已不僅僅是文字或圖形，更多的信息如聲音，圖像，動(dòng)畫等多媒體信息已可以同時(shí)處理和管理，而對(duì)于一個(gè)工程設(shè)計(jì)對(duì)象，要完整描述它也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不僅僅是它的幾何圖形，還需要描述它的裝配關(guān)系，材料特征，功能特征等等，這些信息在計(jì)算機(jī)中可統(tǒng)稱為數(shù)字信息，我們把用數(shù)字信息描述的工程對(duì)象稱之為對(duì)象的數(shù)字化模型，有了數(shù)字化模型，還必須提供對(duì)這些數(shù)字信息進(jìn)行處理的方法，數(shù)字模型加上數(shù)字化處理方法，就是數(shù)字化設(shè)計(jì)的基本概念。

1.2 工程對(duì)象的數(shù)字化特征

(1)幾何特征。用于描述設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何構(gòu)造信息，一般用三維數(shù)據(jù)表示。

(2)裝配特征。描述各特征之間的幾何拓?fù)潢P(guān)系，組成整個(gè)特征模型的裝配關(guān)系。

(3)功能特征。描述特征的材料屬性，如混凝土標(biāo)號(hào)，配筋信息等，以形成構(gòu)件的物理特征，為材料匯總及結(jié)構(gòu)計(jì)算提供原始資料。

1.3 工程對(duì)象的數(shù)字化操作

(1)特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，利用數(shù)字模型的幾何特征，裝配特征，功能特征等，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)特征幾何構(gòu)造的修改，從而完成工程特征的方案設(shè)計(jì)，變更和圖紙出版等。

(2)特征庫的維護(hù)和使用。形成參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的工程特征庫，為重復(fù)性的工程設(shè)計(jì)提供大量實(shí)踐積累下來的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和圖紙資料，可極大地提高設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

(3)基于專業(yè)知識(shí)的智能化、自動(dòng)化設(shè)計(jì)。將專業(yè)知識(shí)融入到工程對(duì)象中，用專業(yè)設(shè)計(jì)方法來約束工程對(duì)象的設(shè)計(jì)修改，既能使很多的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，智能化，又能確保設(shè)計(jì)符合實(shí)際工程的要求。

2 數(shù)字化設(shè)計(jì)是橋梁CAD軟件的發(fā)展方向

CAD技術(shù)是提升橋梁設(shè)計(jì)水平和效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國在橋梁設(shè)計(jì)中采用CAD技術(shù)始于很少。回顧整個(gè)CAD技術(shù)和軟件的發(fā)展過程，CAD技術(shù)經(jīng)歷了二維繪圖、線框模型+表面模型、實(shí)體造型、三維參數(shù)化設(shè)計(jì)、變量化設(shè)計(jì)幾個(gè)階段。從二維繪圖到三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，主要解決了設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何圖形生成問題，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的變量化設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅解決了設(shè)計(jì)對(duì)象的圖形問題，還解決了設(shè)計(jì)對(duì)象的實(shí)際工程含義的處理問題。

相比制造業(yè)CAD軟件的發(fā)展，公路行業(yè)CAD技術(shù)的應(yīng)用和軟件產(chǎn)品的開發(fā)稍顯落后，我國目前的公路CAD軟件主要還停留在參數(shù)化出圖和提供專業(yè)輔助工具上。其主要原因是因?yàn)檫@些軟件采用的軟件技術(shù)還比較落后，側(cè)重于解決設(shè)計(jì)對(duì)象的圖形表示和生成，未能完整地描述工程設(shè)計(jì)對(duì)象的實(shí)際意義，因此也不能用工程對(duì)象的真實(shí)含義去解決工程對(duì)象的設(shè)計(jì)問題。

結(jié)合目前CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和我國公路CAD的發(fā)展現(xiàn)狀，我們認(rèn)為，以實(shí)際工程設(shè)計(jì)對(duì)象建立工程對(duì)象的完整數(shù)字化模型，提供符合工程要求的數(shù)字化處理工具，是解決目前橋梁CAD存在問題的關(guān)鍵，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是橋梁CAD軟件發(fā)展的必然趨勢(shì)。

3 數(shù)字化技術(shù)在橋梁CAD中的應(yīng)用

針對(duì)實(shí)際工程的需要，針對(duì)以往橋梁CAD軟件存在的問題，根據(jù)軟件技術(shù)和CAD技術(shù)的發(fā)展，我們開發(fā)了采用全新指導(dǎo)思想的數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)橋梁CAD系統(tǒng)——橋梁大師2006，該系統(tǒng)建立了實(shí)際工程設(shè)計(jì)對(duì)象的完整特征，從而構(gòu)成了整個(gè)橋梁的完整數(shù)字化模型，并提供了大量的“即改即現(xiàn)”式交互修改手段，融入實(shí)際工程設(shè)計(jì)知識(shí)，使用戶可以方便快捷地完成橋梁的方案設(shè)計(jì)，變更設(shè)計(jì)等，并自動(dòng)完成圖紙的出版，工程量的統(tǒng)計(jì)等工作，以下介紹的是該系統(tǒng)的核心構(gòu)造，思想和關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 基于數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的橋梁CAD系統(tǒng)構(gòu)架

系統(tǒng)采用圖1構(gòu)架，其核心是特征建模模塊和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。有了全橋的數(shù)字化特征模型，專業(yè)數(shù)據(jù)和知識(shí)庫，橋梁設(shè)計(jì)全過程的相關(guān)工作就可輕松完成。

3.2 數(shù)字化橋梁CAD關(guān)鍵技術(shù)

(1)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)

采用先進(jìn)的特征設(shè)計(jì)技術(shù)，以實(shí)際的工程對(duì)象為設(shè)計(jì)單元，建立整座橋的數(shù)字化特征模型，通過特征對(duì)象樹和特征屬性表可方便地完成整座橋梁的詳細(xì)方案設(shè)計(jì)，并且提供“即改即現(xiàn)”的交互手段和自動(dòng)套用標(biāo)準(zhǔn)圖的批量化設(shè)計(jì)手段，真正實(shí)現(xiàn)面向整座橋梁，面向工程的數(shù)字化設(shè)計(jì)。

圖1 CAD系統(tǒng)構(gòu)架

面向工程、面向整座橋梁的設(shè)計(jì)思路，使CAD的應(yīng)用從圖紙的參數(shù)化走向了設(shè)計(jì)的數(shù)字化?！凹锤募船F(xiàn)”的交互式設(shè)計(jì)及套用標(biāo)準(zhǔn)圖的設(shè)計(jì)方法，為一座橋及整條線路上橋的批量化設(shè)計(jì)提供了快捷的設(shè)計(jì)手段。設(shè)計(jì)越多，積累越多，設(shè)計(jì)工作量就會(huì)大大減少，設(shè)計(jì)效率明顯提高。

(2)全關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)

以數(shù)字化的橋梁模型為基礎(chǔ)，全橋的構(gòu)造數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，不需要重復(fù)的數(shù)據(jù)輸入，構(gòu)造圖與橋梁模型的數(shù)據(jù)完全關(guān)聯(lián)，橋梁模型的變列會(huì)自動(dòng)影響到相關(guān)的構(gòu)造圖，大大方便了變更設(shè)計(jì)。同時(shí)，橋梁模型完成之后，能自動(dòng)完成特征點(diǎn)的坐標(biāo)和高程的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)的分類匯總，布梁設(shè)計(jì)和構(gòu)造的自動(dòng)更新以及全橋的工程量匯總。

(3)智能化設(shè)計(jì)技術(shù)

采用與手工設(shè)計(jì)相似的流程，通過定制或采用系統(tǒng)自帶上部通用圖和下部通用圖的方式，自動(dòng)完成全線橋梁的方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可導(dǎo)入常用的路錢軟件形成的路線資料，根據(jù)橋梁的基本信息，睚動(dòng)選擇合適的上部通用圖和下部通用圖。再根據(jù)指定的工程配置參數(shù)，自動(dòng)生成橋梁設(shè)計(jì)模型，從而實(shí)現(xiàn)了面向工程的自動(dòng)化，批量化設(shè)計(jì)，橋梁模型建立后，系統(tǒng)還可自動(dòng)提取模型的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)圖紙進(jìn)行分類匯總，自動(dòng)生成一般構(gòu)造圖，鋼筋構(gòu)造圖，橋位平面圖等，自動(dòng)進(jìn)行布梁設(shè)計(jì)，根據(jù)布梁模型自動(dòng)影響橋梁模型和相關(guān)的圖紙，系統(tǒng)還可自動(dòng)生成樁位坐標(biāo)表，高程尺寸表，支座高程和位置表等，自動(dòng)匯總?cè)珮蚝腿€橋梁的工程數(shù)量，自動(dòng)化設(shè)計(jì)避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)輸入，大大減少了出錯(cuò)機(jī)率，并且大幅度地提高了設(shè)計(jì)效率。

(4)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù)

該系統(tǒng)完全嵌入了交通部新頒上部通用圖，并提供完善的上部通用釁管理系統(tǒng)，橋梁設(shè)計(jì)中可自動(dòng)套用相關(guān)的上部通用圖的設(shè)計(jì)資料，自動(dòng)提取相關(guān)的上部圖紙，計(jì)算資料，材料數(shù)量等等，從而保證了橋梁上部的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)還提供了豐富的下部通用圖，在橋梁設(shè)計(jì)中系統(tǒng)自動(dòng)套用合適的下部通用圖，從而也保證了橋梁下部的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)的出圖規(guī)范符合部頒標(biāo)準(zhǔn)，也可按用戶要求定制圖紙的標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)流程的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范了整個(gè)設(shè)計(jì)工作，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量，也更利于設(shè)計(jì)效率的提高。

4 結(jié)束語

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是當(dāng)今CAD系統(tǒng)的技術(shù)核心，是從計(jì)算機(jī)輔助繪圖發(fā)展到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，我們將這一技術(shù)應(yīng)用到公路橋梁計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，是一次創(chuàng)新性的技術(shù)實(shí)踐，也是符合目前我國實(shí)際工程需要的。

［1］李麗平等.橋梁CAD軟件的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.公路交通科技，2004，(1).

［2］梁鵬.現(xiàn)代橋梁CAD研究與開發(fā)［D］.長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.

［3］符鋅砂.公路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［M］.北京人民出版社，1998.

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1008－3383(2011)12－0070－02

2011－10－15

高杰(1966－)，男，福建省平潭縣人，副教授，研究方向:路橋教學(xué)設(shè)計(jì)與施工管理。