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

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)取Ｒ驗(yàn)閷?shù)字進(jìn)行運(yùn)算和存儲(chǔ)時(shí)需要用到計(jì)算機(jī)來編碼、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，能通過對數(shù)據(jù)庫的建立實(shí)現(xiàn)自動(dòng)更新，徹底解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中反復(fù)修改圖紙的問題。

在軟件技術(shù)快速發(fā)展作用下，計(jì)算機(jī)處理從簡單的文字和圖形處理發(fā)展至能對多媒體信息進(jìn)行處理與管理，對一個(gè)工程而言，要對其進(jìn)行完整的描述，除基本幾何圖形以外，好要對其功能、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)對象各項(xiàng)數(shù)字化信息，由此可見，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)對象有所不同，在描述對象時(shí)需要使用的特征信息也完全不同。對路橋這一設(shè)計(jì)對象而言，通常需要描述下列幾種特征：其一，幾何特征，可對路橋的幾何構(gòu)造進(jìn)行描述，大多采用三維數(shù)據(jù)來表達(dá)；其二，裝配特征，對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，對材料屬性進(jìn)行描述，包括混凝土的標(biāo)號及鋼筋基本信息，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，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)引入至工程對象當(dāng)中，借助專業(yè)的設(shè)計(jì)方法對設(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構(gòu)件的計(jì)算與成圖，沒有兼顧到不同構(gòu)件間具有的裝配特征，沒有對構(gòu)件的材料及功能特征予以記錄，所以無法進(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。在形成數(shù)字化模型與專業(yè)數(shù)據(jù)庫之后，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)，為對象監(jiān)理數(shù)字化模型，根據(jù)特征對象樹及屬性表能十分方便的對橋梁進(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，無需對數(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)對特征點(diǎn)所在坐標(biāo)及高程進(jìn)行計(jì)算、對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分類匯總、對布梁設(shè)計(jì)與構(gòu)造進(jìn)行自動(dòng)更新、對整個(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)開始布梁設(shè)計(jì)，以布梁模型為依據(jù)對橋梁模型及有關(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。通過自動(dòng)化設(shè)計(jì)，無需再對數(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)過程都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。對智能化技術(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)庫和知識(shí)庫，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)過程中，可自動(dòng)對這些資料進(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)自身要求對通用圖進(jìn)行定制，定制完成后，在設(shè)計(jì)中自動(dòng)對定制好的通用圖進(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

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。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，通過對這項(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。