探析数字技术在路桥设计中的应用方式

童蓬超

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

如今，路桥工程建设对设计提出了很高的要求，不仅要达到很高的设计质量，保证后续施工能够顺利进行，还要尽可能的加快设计效率，缩短整个设计阶段的周期，使路桥尽快发挥出效益。为实现这一目标，需要在路桥设计中引入数字化技术，使桥梁设计实现数字化、自动化，进而在保证质量的同时，加快效率，促进路桥建设进一步发展。

1 数字化设计

数字技术(Digital Technology)是和计算机伴生的一项重要科学技术，是指利用设备把不同信息转化成计算机可以识别的数字，然后再按照要求进行一系列处理，如运算、存储、传输等。因为对数字进行运算和存储时需要用到计算机来编码、压缩与解码，所以也可将数字技术称作数码技术或计算机数字技术。在数字技术的支持下，衍生出了很多数字化技术，在不同的数字化技术中，可以在路桥工程建设中发挥重要作用的是数字化设计。在实际的设计工作中，如果对图纸中的一点内容进行修改，则会引起一系列变化，大幅增加设计工作量，也难以保证设计的可行性，而在实现数字化设计后，能通过对数据库的建立实现自动更新，彻底解决传统设计中反复修改图纸的问题。

在软件技术快速发展作用下，计算机处理从简单的文字和图形处理发展至能对多媒体信息进行处理与管理，对一个工程而言，要对其进行完整的描述，除基本几何图形以外，好要对其功能、材料及装配关系等进行描述，以上信息在计算机系统中均属于数字信息，基于此，可将能采用数字信息进行描述的对象称作数字化模型。在数字化模型基础上，需要提供能对不同数字信息进行处理的方法。以上两者结合即为数字化设计。面向对象的设计方法是八十年代以来重要的软件技术发展成果，将这一方法引入至CAD中可形成特征设计技术，其中，特征指的是设计对象各项数字化信息，由此可见，在数字化设计中，特征设计是主要内容。

2 数字化特征与操作

2.1 数字化特征

在不同领域，设计对象有所不同，在描述对象时需要使用的特征信息也完全不同。对路桥这一设计对象而言，通常需要描述下列几种特征：其一，几何特征，可对路桥的几何构造进行描述，大多采用三维数据来表达；其二，装配特征，对不同特征间保持的几何关系进行描述，并能形成完整的特征模型；其三，功能特征，对不同特征在工程中具体作用进行描述，为特征提供功能约束；其四，材料特征，对材料属性进行描述，包括混凝土的标号及钢筋基本信息，用于形成物理特征，为之后的材料汇总与结构计算等环节提供可靠的原始资料。

2.2 数字化操作

完成特征化描述后，还要提供适宜的设计工具，利用设计工具完成各项操作，如定义、修改、删除、查询和管理。目前主要采用以下几种特征设计工具：其一，参数化设计，它是数字化设计重要基础，根据数字模型各项特征对几何构造进行修改，以此实现方案的设计与变更；其二，特征库，能为重复性设计稳定提供很多在实践中不断积累的数据与图纸，能有效提高设计效率，并保证设计成果的质量；其三，以专业知识为基础的智能化与自动化设计，把专业知识引入至工程对象当中，借助专业的设计方法对设计修改予以约束，这样不仅能使设计实现自动化与智能化，还能保证设计达到工程要求。

3 路桥数字化设计

路桥设计在工程建设中占据关键位置，不仅工作量巨大，而且难度很高，怎样才能保证设计成果的质量和提高设计工作的效率，基本上是所有设计单位面临的关键问题。在以往的设计工作中，CAD可以提供很多工具，减少了出图计算方面的工作量，但这些工具大多只考虑对构件的计算与成图，没有兼顾到不同构件间具有的装配特征，没有对构件的材料及功能特征予以记录，所以无法进行关联设计，自然也谈不上优化和标准化设计。

根据工程需要，结合CAD传统工具存在的各项问题，在软件技术快速发展支持下，研发出以数字化设计为核心的综合系统。利用该系统能建立路桥完整特征，形成数字化模型，同时还能提供很多交互修改方法，加之设计专业知识的融入，能使用户十分便捷的完成方案设计及变更，同时自动进行图纸出版及工程量统计。

3.1 系统构架

该系统的核心包含两个部分，即特征建模模块与后台数据库。在形成数字化模型与专业数据库之后，整个设计工作都能十分轻松的完成。

3.2 系统关键技术

(1)数字化设计

在特征设计技术支持下，将路桥对象作为设计单元，包括锥坡、盖梁与墩台，为对象监理数字化模型，根据特征对象树及属性表能十分方便的对桥梁进行方案设计，同时提供可行的交互手段与能自动套用各类标准图进行批量化设计的方法，以此实现真正意义上的数字化设计。直接面向工程和整个路桥的设计方法使传统的CAD软件从只是图纸的参数化市变为设计数字化，而交互设计与直接套用标准图两种设计方法能为路桥和其它路桥批量设计提供方法和技术上的支持。伴随设计的不断增多，积累的越来越多，设计的实际工作量越少，从而明显的提高设计效率。

(2)全关联设计

将数字化模型作为基础，路桥构造数据使用同一个数据模型，无需对数据进行重复输入，就能使模型数据和构造图实现相互关联，如果路桥模型发生变更，能自动对构造图产生影响，极大的方便了实际的变更设计，而且在桥梁模型得出之后，还可以自动对特征点所在坐标及高程进行计算、对设计参数进行分类汇总、对布梁设计与构造进行自动更新、对整个路桥的工程量进行汇总等，彻底摆脱手工计算与更改，进而大幅提高设计成果的质量。

(3)智能化设计

采用和手工设计类似的流程，定制或直接使用系统自带各类通用图，对全线路桥实施自动的方案设计。系统能导入所有常用软件生成的资料，并能以桥梁基本信息为依据，选择适宜的通用图，然后结合配置参数，生成模型，以此使设计实现自动化与批量化。在得到桥梁模型之后，系统还能对设计参数进行自动提取，并分类和汇总图纸，给出钢筋和一般构造图；自动开始布梁设计，以布梁模型为依据对桥梁模型及有关的图纸进行自动影响；系统还能自动生成各类表格，如坐标、高程尺寸、支座高程与位置，汇总整个路桥工程的工程量。通过自动化设计，无需再对数据进行重复输入，能大幅降低出错率，同时提高实际的设计效率。在该系统中引入的自动化设计，并非简单的使图形生成实现自动化，而是整个设计过程都实现自动化。对智能化技术而言，自动化是它的具体表现，因为系统引入了数字化模型，所以能使计算机明确设计意图，加之系统还能配置专业数据库和知识库，所以系统能自动且智能的完成设计与图纸出版。

(4)标准化设计

在该系统中，嵌入了由交通部颁发的上部通用图，同时提供了相应的管理系统。在设计过程中，可自动对这些资料进行套用，并提取出包含材料数量、图纸及计算资料等在内的信息，使设计实现标准化。另外，用户还能根据自身要求对通用图进行定制，定制完成后，在设计中自动对定制好的通用图进行套用，实现预期的标准化设计目标。系统出图规范满足现行标准提出的而要求，也能完全按照用户的要求来定制。在实现标准化设计后，能规范整个设计过程，在保证设计成果质量的基础上，提高设计工作效率。

4 结束语

综上所述，数字化技术是当前最常用的CAD系统重要核心，也是路桥设计从计算机辅助绘图向计算机辅助设计目标过渡的关键技术。在实际工作中，可以将这项技术用于计算机辅助设计，这不仅是一次重要的创新实践，还是满足现阶段路桥工程建设要求的必要趋势。目前，该系统已经在很多工程得到应用，完成了多个路桥项目，实践表明，数字化设计的思想满足工程建设要求，通过对这项技术的应用还能实现关联化、智能化与标准化设计，在提高设计效率方面作用十分明显，能为设计标准化广泛推行奠定良好基础，进而从本质上提高设计成果的质量。