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      探析數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方式

      2020-01-12 11:24:19童蓬超
      黑龍江交通科技 2020年12期
      關(guān)鍵詞:路橋圖紙自動(dòng)

      童蓬超

      (中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,陜西 西安 710075)

      如今,路橋工程建設(shè)對(duì)設(shè)計(jì)提出了很高的要求,不僅要達(dá)到很高的設(shè)計(jì)質(zhì)量,保證后續(xù)施工能夠順利進(jìn)行,還要盡可能的加快設(shè)計(jì)效率,縮短整個(gè)設(shè)計(jì)階段的周期,使路橋盡快發(fā)揮出效益。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),需要在路橋設(shè)計(jì)中引入數(shù)字化技術(shù),使橋梁設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化,進(jìn)而在保證質(zhì)量的同時(shí),加快效率,促進(jìn)路橋建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展。

      1 數(shù)字化設(shè)計(jì)

      數(shù)字技術(shù)(Digital Technology)是和計(jì)算機(jī)伴生的一項(xiàng)重要科學(xué)技術(shù),是指利用設(shè)備把不同信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字,然后再按照要求進(jìn)行一系列處理,如運(yùn)算、存儲(chǔ)、傳輸?shù)?。因?yàn)閷?duì)數(shù)字進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)時(shí)需要用到計(jì)算機(jī)來(lái)編碼、壓縮與解碼,所以也可將數(shù)字技術(shù)稱作數(shù)碼技術(shù)或計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)。在數(shù)字技術(shù)的支持下,衍生出了很多數(shù)字化技術(shù),在不同的數(shù)字化技術(shù)中,可以在路橋工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用的是數(shù)字化設(shè)計(jì)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中,如果對(duì)圖紙中的一點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行修改,則會(huì)引起一系列變化,大幅增加設(shè)計(jì)工作量,也難以保證設(shè)計(jì)的可行性,而在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)后,能通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新,徹底解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中反復(fù)修改圖紙的問(wèn)題。

      在軟件技術(shù)快速發(fā)展作用下,計(jì)算機(jī)處理從簡(jiǎn)單的文字和圖形處理發(fā)展至能對(duì)多媒體信息進(jìn)行處理與管理,對(duì)一個(gè)工程而言,要對(duì)其進(jìn)行完整的描述,除基本幾何圖形以外,好要對(duì)其功能、材料及裝配關(guān)系等進(jìn)行描述,以上信息在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中均屬于數(shù)字信息,基于此,可將能采用數(shù)字信息進(jìn)行描述的對(duì)象稱作數(shù)字化模型。在數(shù)字化模型基礎(chǔ)上,需要提供能對(duì)不同數(shù)字信息進(jìn)行處理的方法。以上兩者結(jié)合即為數(shù)字化設(shè)計(jì)。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法是八十年代以來(lái)重要的軟件技術(shù)發(fā)展成果,將這一方法引入至CAD中可形成特征設(shè)計(jì)技術(shù),其中,特征指的是設(shè)計(jì)對(duì)象各項(xiàng)數(shù)字化信息,由此可見(jiàn),在數(shù)字化設(shè)計(jì)中,特征設(shè)計(jì)是主要內(nèi)容。

      2 數(shù)字化特征與操作

      2.1 數(shù)字化特征

      在不同領(lǐng)域,設(shè)計(jì)對(duì)象有所不同,在描述對(duì)象時(shí)需要使用的特征信息也完全不同。對(duì)路橋這一設(shè)計(jì)對(duì)象而言,通常需要描述下列幾種特征:其一,幾何特征,可對(duì)路橋的幾何構(gòu)造進(jìn)行描述,大多采用三維數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá);其二,裝配特征,對(duì)不同特征間保持的幾何關(guān)系進(jìn)行描述,并能形成完整的特征模型;其三,功能特征,對(duì)不同特征在工程中具體作用進(jìn)行描述,為特征提供功能約束;其四,材料特征,對(duì)材料屬性進(jìn)行描述,包括混凝土的標(biāo)號(hào)及鋼筋基本信息,用于形成物理特征,為之后的材料匯總與結(jié)構(gòu)計(jì)算等環(huán)節(jié)提供可靠的原始資料。

      2.2 數(shù)字化操作

      完成特征化描述后,還要提供適宜的設(shè)計(jì)工具,利用設(shè)計(jì)工具完成各項(xiàng)操作,如定義、修改、刪除、查詢和管理。目前主要采用以下幾種特征設(shè)計(jì)工具:其一,參數(shù)化設(shè)計(jì),它是數(shù)字化設(shè)計(jì)重要基礎(chǔ),根據(jù)數(shù)字模型各項(xiàng)特征對(duì)幾何構(gòu)造進(jìn)行修改,以此實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)與變更;其二,特征庫(kù),能為重復(fù)性設(shè)計(jì)穩(wěn)定提供很多在實(shí)踐中不斷積累的數(shù)據(jù)與圖紙,能有效提高設(shè)計(jì)效率,并保證設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量;其三,以專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)的智能化與自動(dòng)化設(shè)計(jì),把專業(yè)知識(shí)引入至工程對(duì)象當(dāng)中,借助專業(yè)的設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)修改予以約束,這樣不僅能使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化,還能保證設(shè)計(jì)達(dá)到工程要求。

      3 路橋數(shù)字化設(shè)計(jì)

      路橋設(shè)計(jì)在工程建設(shè)中占據(jù)關(guān)鍵位置,不僅工作量巨大,而且難度很高,怎樣才能保證設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量和提高設(shè)計(jì)工作的效率,基本上是所有設(shè)計(jì)單位面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。在以往的設(shè)計(jì)工作中,CAD可以提供很多工具,減少了出圖計(jì)算方面的工作量,但這些工具大多只考慮對(duì)構(gòu)件的計(jì)算與成圖,沒(méi)有兼顧到不同構(gòu)件間具有的裝配特征,沒(méi)有對(duì)構(gòu)件的材料及功能特征予以記錄,所以無(wú)法進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì),自然也談不上優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

      根據(jù)工程需要,結(jié)合CAD傳統(tǒng)工具存在的各項(xiàng)問(wèn)題,在軟件技術(shù)快速發(fā)展支持下,研發(fā)出以數(shù)字化設(shè)計(jì)為核心的綜合系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)能建立路橋完整特征,形成數(shù)字化模型,同時(shí)還能提供很多交互修改方法,加之設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的融入,能使用戶十分便捷的完成方案設(shè)計(jì)及變更,同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行圖紙出版及工程量統(tǒng)計(jì)。

      3.1 系統(tǒng)構(gòu)架

      該系統(tǒng)的核心包含兩個(gè)部分,即特征建模模塊與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。在形成數(shù)字化模型與專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)之后,整個(gè)設(shè)計(jì)工作都能十分輕松的完成。

      3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

      (1)數(shù)字化設(shè)計(jì)

      在特征設(shè)計(jì)技術(shù)支持下,將路橋?qū)ο笞鳛樵O(shè)計(jì)單元,包括錐坡、蓋梁與墩臺(tái),為對(duì)象監(jiān)理數(shù)字化模型,根據(jù)特征對(duì)象樹(shù)及屬性表能十分方便的對(duì)橋梁進(jìn)行方案設(shè)計(jì),同時(shí)提供可行的交互手段與能自動(dòng)套用各類標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行批量化設(shè)計(jì)的方法,以此實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化設(shè)計(jì)。直接面向工程和整個(gè)路橋的設(shè)計(jì)方法使傳統(tǒng)的CAD軟件從只是圖紙的參數(shù)化市變?yōu)樵O(shè)計(jì)數(shù)字化,而交互設(shè)計(jì)與直接套用標(biāo)準(zhǔn)圖兩種設(shè)計(jì)方法能為路橋和其它路橋批量設(shè)計(jì)提供方法和技術(shù)上的支持。伴隨設(shè)計(jì)的不斷增多,積累的越來(lái)越多,設(shè)計(jì)的實(shí)際工作量越少,從而明顯的提高設(shè)計(jì)效率。

      (2)全關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

      將數(shù)字化模型作為基礎(chǔ),路橋構(gòu)造數(shù)據(jù)使用同一個(gè)數(shù)據(jù)模型,無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)輸入,就能使模型數(shù)據(jù)和構(gòu)造圖實(shí)現(xiàn)相互關(guān)聯(lián),如果路橋模型發(fā)生變更,能自動(dòng)對(duì)構(gòu)造圖產(chǎn)生影響,極大的方便了實(shí)際的變更設(shè)計(jì),而且在橋梁模型得出之后,還可以自動(dòng)對(duì)特征點(diǎn)所在坐標(biāo)及高程進(jìn)行計(jì)算、對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分類匯總、對(duì)布梁設(shè)計(jì)與構(gòu)造進(jìn)行自動(dòng)更新、對(duì)整個(gè)路橋的工程量進(jìn)行匯總等,徹底擺脫手工計(jì)算與更改,進(jìn)而大幅提高設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。

      (3)智能化設(shè)計(jì)

      采用和手工設(shè)計(jì)類似的流程,定制或直接使用系統(tǒng)自帶各類通用圖,對(duì)全線路橋?qū)嵤┳詣?dòng)的方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)能導(dǎo)入所有常用軟件生成的資料,并能以橋梁基本信息為依據(jù),選擇適宜的通用圖,然后結(jié)合配置參數(shù),生成模型,以此使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與批量化。在得到橋梁模型之后,系統(tǒng)還能對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)提取,并分類和匯總圖紙,給出鋼筋和一般構(gòu)造圖;自動(dòng)開(kāi)始布梁設(shè)計(jì),以布梁模型為依據(jù)對(duì)橋梁模型及有關(guān)的圖紙進(jìn)行自動(dòng)影響;系統(tǒng)還能自動(dòng)生成各類表格,如坐標(biāo)、高程尺寸、支座高程與位置,匯總整個(gè)路橋工程的工程量。通過(guò)自動(dòng)化設(shè)計(jì),無(wú)需再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)輸入,能大幅降低出錯(cuò)率,同時(shí)提高實(shí)際的設(shè)計(jì)效率。在該系統(tǒng)中引入的自動(dòng)化設(shè)計(jì),并非簡(jiǎn)單的使圖形生成實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,而是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。對(duì)智能化技術(shù)而言,自動(dòng)化是它的具體表現(xiàn),因?yàn)橄到y(tǒng)引入了數(shù)字化模型,所以能使計(jì)算機(jī)明確設(shè)計(jì)意圖,加之系統(tǒng)還能配置專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù),所以系統(tǒng)能自動(dòng)且智能的完成設(shè)計(jì)與圖紙出版。

      (4)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

      在該系統(tǒng)中,嵌入了由交通部頒發(fā)的上部通用圖,同時(shí)提供了相應(yīng)的管理系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,可自動(dòng)對(duì)這些資料進(jìn)行套用,并提取出包含材料數(shù)量、圖紙及計(jì)算資料等在內(nèi)的信息,使設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。另外,用戶還能根據(jù)自身要求對(duì)通用圖進(jìn)行定制,定制完成后,在設(shè)計(jì)中自動(dòng)對(duì)定制好的通用圖進(jìn)行套用,實(shí)現(xiàn)預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。系統(tǒng)出圖規(guī)范滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)提出的而要求,也能完全按照用戶的要求來(lái)定制。在實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)后,能規(guī)范整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程,在保證設(shè)計(jì)成果質(zhì)量的基礎(chǔ)上,提高設(shè)計(jì)工作效率。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      綜上所述,數(shù)字化技術(shù)是當(dāng)前最常用的CAD系統(tǒng)重要核心,也是路橋設(shè)計(jì)從計(jì)算機(jī)輔助繪圖向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)目標(biāo)過(guò)渡的關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際工作中,可以將這項(xiàng)技術(shù)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),這不僅是一次重要的創(chuàng)新實(shí)踐,還是滿足現(xiàn)階段路橋工程建設(shè)要求的必要趨勢(shì)。目前,該系統(tǒng)已經(jīng)在很多工程得到應(yīng)用,完成了多個(gè)路橋項(xiàng)目,實(shí)踐表明,數(shù)字化設(shè)計(jì)的思想滿足工程建設(shè)要求,通過(guò)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還能實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)化、智能化與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),在提高設(shè)計(jì)效率方面作用十分明顯,能為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化廣泛推行奠定良好基礎(chǔ),進(jìn)而從本質(zhì)上提高設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。

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