数字化设计技术在桥梁CAD中的应用

2011-07-13高杰

黑龙江交通科技 2011年12期

关键词：对象桥梁自动

高杰

(1.福建船政交通职业学院;2.北黑高速公路J6监理办)

数字化设计技术在桥梁CAD中的应用

高杰1，2

(1.福建船政交通职业学院;2.北黑高速公路J6监理办)

数字化技术在桥梁CAD中的应用在我国属于开创性的技术实践，其“面向设计、面向桥梁、面向工程”的先进思想将改变桥梁设计的工作模式，大幅度提升桥梁设计效率和设计质量，并着重介绍了数字化设计技术在桥梁CAD中的应用。

数字化;特征模型;特征设计;全关联模型;智能化;标准化

1 数字化设计技术的内涵

1.1 数字化设计技术的概念

随着软件技术的发展，计算机处理的已不仅仅是文字或图形，更多的信息如声音，图像，动画等多媒体信息已可以同时处理和管理，而对于一个工程设计对象，要完整描述它也远远不仅仅是它的几何图形，还需要描述它的装配关系，材料特征，功能特征等等，这些信息在计算机中可统称为数字信息，我们把用数字信息描述的工程对象称之为对象的数字化模型，有了数字化模型，还必须提供对这些数字信息进行处理的方法，数字模型加上数字化处理方法，就是数字化设计的基本概念。

1.2 工程对象的数字化特征

(1)几何特征。用于描述设计对象的几何构造信息，一般用三维数据表示。

(2)装配特征。描述各特征之间的几何拓扑关系，组成整个特征模型的装配关系。

(3)功能特征。描述特征的材料属性，如混凝土标号，配筋信息等，以形成构件的物理特征，为材料汇总及结构计算提供原始资料。

1.3 工程对象的数字化操作

(1)特征的参数化设计。参数化设计是数字化设计的基础，通过参数化设计，利用数字模型的几何特征，装配特征，功能特征等，实现对整个特征几何构造的修改，从而完成工程特征的方案设计，变更和图纸出版等。

(2)特征库的维护和使用。形成参数化、标准化的工程特征库，为重复性的工程设计提供大量实践积累下来的设计数据和图纸资料，可极大地提高设计效率，保证设计质量。

(3)基于专业知识的智能化、自动化设计。将专业知识融入到工程对象中，用专业设计方法来约束工程对象的设计修改，既能使很多的设计自动化，智能化，又能确保设计符合实际工程的要求。

2 数字化设计是桥梁CAD软件的发展方向

CAD技术是提升桥梁设计水平和效率的关键技术之一。我国在桥梁设计中采用CAD技术始于很少。回顾整个CAD技术和软件的发展过程，CAD技术经历了二维绘图、线框模型+表面模型、实体造型、三维参数化设计、变量化设计几个阶段。从二维绘图到三维参数化设计，主要解决了设计对象的几何图形生成问题，20世纪90年代出现的变量化设计技术，不仅解决了设计对象的图形问题，还解决了设计对象的实际工程含义的处理问题。

相比制造业CAD软件的发展，公路行业CAD技术的应用和软件产品的开发稍显落后，我国目前的公路CAD软件主要还停留在参数化出图和提供专业辅助工具上。其主要原因是因为这些软件采用的软件技术还比较落后，侧重于解决设计对象的图形表示和生成，未能完整地描述工程设计对象的实际意义，因此也不能用工程对象的真实含义去解决工程对象的设计问题。

结合目前CAD技术的发展趋势和我国公路CAD的发展现状，我们认为，以实际工程设计对象建立工程对象的完整数字化模型，提供符合工程要求的数字化处理工具，是解决目前桥梁CAD存在问题的关键，数字化设计技术是桥梁CAD软件发展的必然趋势。

3 数字化技术在桥梁CAD中的应用

针对实际工程的需要，针对以往桥梁CAD软件存在的问题，根据软件技术和CAD技术的发展，我们开发了采用全新指导思想的数字设计技术桥梁CAD系统——桥梁大师2006，该系统建立了实际工程设计对象的完整特征，从而构成了整个桥梁的完整数字化模型，并提供了大量的“即改即现”式交互修改手段，融入实际工程设计知识，使用户可以方便快捷地完成桥梁的方案设计，变更设计等，并自动完成图纸的出版，工程量的统计等工作，以下介绍的是该系统的核心构造，思想和关键技术。

3.1 基于数字化设计技术的桥梁CAD系统构架

系统采用图1构架，其核心是特征建模模块和后台数据库。有了全桥的数字化特征模型，专业数据和知识库，桥梁设计全过程的相关工作就可轻松完成。

3.2 数字化桥梁CAD关键技术

(1)数字化设计技术

采用先进的特征设计技术，以实际的工程对象为设计单元，建立整座桥的数字化特征模型，通过特征对象树和特征属性表可方便地完成整座桥梁的详细方案设计，并且提供“即改即现”的交互手段和自动套用标准图的批量化设计手段，真正实现面向整座桥梁，面向工程的数字化设计。

图1 CAD系统构架

面向工程、面向整座桥梁的设计思路，使CAD的应用从图纸的参数化走向了设计的数字化。“即改即现”的交互式设计及套用标准图的设计方法，为一座桥及整条线路上桥的批量化设计提供了快捷的设计手段。设计越多，积累越多，设计工作量就会大大减少，设计效率明显提高。

(2)全关联设计技术

以数字化的桥梁模型为基础，全桥的构造数据采用统一的数据模型，不需要重复的数据输入，构造图与桥梁模型的数据完全关联，桥梁模型的变列会自动影响到相关的构造图，大大方便了变更设计。同时，桥梁模型完成之后，能自动完成特征点的坐标和高程的设计，设计参数的分类汇总，布梁设计和构造的自动更新以及全桥的工程量汇总。

(3)智能化设计技术

采用与手工设计相似的流程，通过定制或采用系统自带上部通用图和下部通用图的方式，自动完成全线桥梁的方案设计，系统可导入常用的路钱软件形成的路线资料，根据桥梁的基本信息，睚动选择合适的上部通用图和下部通用图。再根据指定的工程配置参数，自动生成桥梁设计模型，从而实现了面向工程的自动化，批量化设计，桥梁模型建立后，系统还可自动提取模型的设计参数，对图纸进行分类汇总，自动生成一般构造图，钢筋构造图，桥位平面图等，自动进行布梁设计，根据布梁模型自动影响桥梁模型和相关的图纸，系统还可自动生成桩位坐标表，高程尺寸表，支座高程和位置表等，自动汇总全桥和全线桥梁的工程数量，自动化设计避免了数据的重复输入，大大减少了出错机率，并且大幅度地提高了设计效率。

(4)标准化设计技术

该系统完全嵌入了交通部新颁上部通用图，并提供完善的上部通用衅管理系统，桥梁设计中可自动套用相关的上部通用图的设计资料，自动提取相关的上部图纸，计算资料，材料数量等等，从而保证了桥梁上部的设计标准化，系统还提供了丰富的下部通用图，在桥梁设计中系统自动套用合适的下部通用图，从而也保证了桥梁下部的设计标准化，系统的出图规范符合部颁标准，也可按用户要求定制图纸的标准化，设计流程的标准化规范了整个设计工作，保证了设计质量，也更利于设计效率的提高。