探析數字技術在路橋設計中的應用方式

童蓬超

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

如今，路橋工程建設對設計提出了很高的要求，不僅要達到很高的設計質量，保證后續施工能夠順利進行，還要盡可能的加快設計效率，縮短整個設計階段的周期，使路橋盡快發揮出效益。為實現這一目標，需要在路橋設計中引入數字化技術，使橋梁設計實現數字化、自動化，進而在保證質量的同時，加快效率，促進路橋建設進一步發展。

1 數字化設計

數字技術(Digital Technology)是和計算機伴生的一項重要科學技術，是指利用設備把不同信息轉化成計算機可以識別的數字，然后再按照要求進行一系列處理，如運算、存儲、傳輸等。因為對數字進行運算和存儲時需要用到計算機來編碼、壓縮與解碼，所以也可將數字技術稱作數碼技術或計算機數字技術。在數字技術的支持下，衍生出了很多數字化技術，在不同的數字化技術中，可以在路橋工程建設中發揮重要作用的是數字化設計。在實際的設計工作中，如果對圖紙中的一點內容進行修改，則會引起一系列變化，大幅增加設計工作量，也難以保證設計的可行性，而在實現數字化設計后，能通過對數據庫的建立實現自動更新，徹底解決傳統設計中反復修改圖紙的問題。

在軟件技術快速發展作用下，計算機處理從簡單的文字和圖形處理發展至能對多媒體信息進行處理與管理，對一個工程而言，要對其進行完整的描述，除基本幾何圖形以外，好要對其功能、材料及裝配關系等進行描述，以上信息在計算機系統中均屬于數字信息，基于此，可將能采用數字信息進行描述的對象稱作數字化模型。在數字化模型基礎上，需要提供能對不同數字信息進行處理的方法。以上兩者結合即為數字化設計。面向對象的設計方法是八十年代以來重要的軟件技術發展成果，將這一方法引入至CAD中可形成特征設計技術，其中，特征指的是設計對象各項數字化信息，由此可見，在數字化設計中，特征設計是主要內容。

2 數字化特征與操作

2.1 數字化特征

在不同領域，設計對象有所不同，在描述對象時需要使用的特征信息也完全不同。對路橋這一設計對象而言，通常需要描述下列幾種特征：其一，幾何特征，可對路橋的幾何構造進行描述，大多采用三維數據來表達；其二，裝配特征，對不同特征間保持的幾何關系進行描述，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行描述，為特征提供功能約束；其四，材料特征，對材料屬性進行描述，包括混凝土的標號及鋼筋基本信息，用于形成物理特征，為之后的材料匯總與結構計算等環節提供可靠的原始資料。

2.2 數字化操作

完成特征化描述后，還要提供適宜的設計工具，利用設計工具完成各項操作，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計工具：其一，參數化設計，它是數字化設計重要基礎，根據數字模型各項特征對幾何構造進行修改，以此實現方案的設計與變更；其二，特征庫，能為重復性設計穩定提供很多在實踐中不斷積累的數據與圖紙，能有效提高設計效率，并保證設計成果的質量；其三，以專業知識為基礎的智能化與自動化設計，把專業知識引入至工程對象當中，借助專業的設計方法對設計修改予以約束，這樣不僅能使設計實現自動化與智能化，還能保證設計達到工程要求。

3 路橋數字化設計

路橋設計在工程建設中占據關鍵位置，不僅工作量巨大，而且難度很高，怎樣才能保證設計成果的質量和提高設計工作的效率，基本上是所有設計單位面臨的關鍵問題。在以往的設計工作中，CAD可以提供很多工具，減少了出圖計算方面的工作量，但這些工具大多只考慮對構件的計算與成圖，沒有兼顧到不同構件間具有的裝配特征，沒有對構件的材料及功能特征予以記錄，所以無法進行關聯設計，自然也談不上優化和標準化設計。

根據工程需要，結合CAD傳統工具存在的各項問題，在軟件技術快速發展支持下，研發出以數字化設計為核心的綜合系統。利用該系統能建立路橋完整特征，形成數字化模型，同時還能提供很多交互修改方法，加之設計專業知識的融入，能使用戶十分便捷的完成方案設計及變更，同時自動進行圖紙出版及工程量統計。

3.1 系統構架

該系統的核心包含兩個部分，即特征建模模塊與后臺數據庫。在形成數字化模型與專業數據庫之后，整個設計工作都能十分輕松的完成。

3.2 系統關鍵技術

(1)數字化設計

在特征設計技術支持下，將路橋對象作為設計單元，包括錐坡、蓋梁與墩臺，為對象監理數字化模型，根據特征對象樹及屬性表能十分方便的對橋梁進行方案設計，同時提供可行的交互手段與能自動套用各類標準圖進行批量化設計的方法，以此實現真正意義上的數字化設計。直接面向工程和整個路橋的設計方法使傳統的CAD軟件從只是圖紙的參數化市變為設計數字化，而交互設計與直接套用標準圖兩種設計方法能為路橋和其它路橋批量設計提供方法和技術上的支持。伴隨設計的不斷增多，積累的越來越多，設計的實際工作量越少，從而明顯的提高設計效率。

(2)全關聯設計

將數字化模型作為基礎，路橋構造數據使用同一個數據模型，無需對數據進行重復輸入，就能使模型數據和構造圖實現相互關聯，如果路橋模型發生變更，能自動對構造圖產生影響，極大的方便了實際的變更設計，而且在橋梁模型得出之后，還可以自動對特征點所在坐標及高程進行計算、對設計參數進行分類匯總、對布梁設計與構造進行自動更新、對整個路橋的工程量進行匯總等，徹底擺脫手工計算與更改，進而大幅提高設計成果的質量。

(3)智能化設計

采用和手工設計類似的流程，定制或直接使用系統自帶各類通用圖，對全線路橋實施自動的方案設計。系統能導入所有常用軟件生成的資料，并能以橋梁基本信息為依據，選擇適宜的通用圖，然后結合配置參數，生成模型，以此使設計實現自動化與批量化。在得到橋梁模型之后，系統還能對設計參數進行自動提取，并分類和匯總圖紙，給出鋼筋和一般構造圖；自動開始布梁設計，以布梁模型為依據對橋梁模型及有關的圖紙進行自動影響；系統還能自動生成各類表格，如坐標、高程尺寸、支座高程與位置，匯總整個路橋工程的工程量。通過自動化設計，無需再對數據進行重復輸入，能大幅降低出錯率，同時提高實際的設計效率。在該系統中引入的自動化設計，并非簡單的使圖形生成實現自動化，而是整個設計過程都實現自動化。對智能化技術而言，自動化是它的具體表現，因為系統引入了數字化模型，所以能使計算機明確設計意圖，加之系統還能配置專業數據庫和知識庫，所以系統能自動且智能的完成設計與圖紙出版。

(4)標準化設計

在該系統中，嵌入了由交通部頒發的上部通用圖，同時提供了相應的管理系統。在設計過程中，可自動對這些資料進行套用，并提取出包含材料數量、圖紙及計算資料等在內的信息，使設計實現標準化。另外，用戶還能根據自身要求對通用圖進行定制，定制完成后，在設計中自動對定制好的通用圖進行套用，實現預期的標準化設計目標。系統出圖規范滿足現行標準提出的而要求，也能完全按照用戶的要求來定制。在實現標準化設計后，能規范整個設計過程，在保證設計成果質量的基礎上，提高設計工作效率。

4 結束語

綜上所述，數字化技術是當前最常用的CAD系統重要核心，也是路橋設計從計算機輔助繪圖向計算機輔助設計目標過渡的關鍵技術。在實際工作中，可以將這項技術用于計算機輔助設計，這不僅是一次重要的創新實踐，還是滿足現階段路橋工程建設要求的必要趨勢。目前，該系統已經在很多工程得到應用，完成了多個路橋項目，實踐表明，數字化設計的思想滿足工程建設要求，通過對這項技術的應用還能實現關聯化、智能化與標準化設計，在提高設計效率方面作用十分明顯，能為設計標準化廣泛推行奠定良好基礎，進而從本質上提高設計成果的質量。