桥梁工程中CAD应用研讨

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ComputerAidedDesign作为一门新型学科，已经被各个专业的工作人员所熟识，它可以用来进行各种设计，在道路桥梁工程中也毫不例外地充当着重要的角色，从1979年开始，同济大学、长安大学、重庆交通学院、重庆公路科学研究所、交通部第二勘察设．计院等单位先后对公路的纵断面优化技术、平面及空间线形优化技术进行了研究，开发了各自的优化设计程序。20世纪80年代以来，许多院校、交通设计院相继开发了公路路线微机辅助设计，公路中小桥cad系统、涵洞CAD系统、立交CAD系统等公路设计软件，已经覆盖了路线、路基、路面、桥梁、涵洞、立交、挡土墙、交通工程、城镇规划、预可行性研究报告、工程可行性研究报告、成本效益分析、概预算、后评估、工程项目管理、监理和公路数据库等方面。不仅功能齐全，而且实用性极强，普及面广泛，在公路工程设计领域的各个阶段都能淋漓尽致地发挥其作用，提高了公路设计的质量，加快了设计速度，并且使公路建设项目达到方案优、投资省、工期短、效益好的要求。在地面数据采集方面，GPS、数字摄影测量、遥感地质解译使得公路设计所必需的原始数据采集变得自动化，从而使公路CAD辅助设计成为自动化设计。随之利用它进行人机交互地快速设计。

1CAD在路线设计中的运用

一般路线CAD包括：a)通过各种测量仪器(全站仪、GPS、水准仪、经纬仪、E500、测图精灵等)的接口处理程序进行原始数据输入及其处理。b)纵断面图的设计及绘制。C)土方_T程(如堤坝、河道、沟渠、路基等)的横断面图(横断面图中可任意选取绘制原状线、设计线、竣工线)，自动生成设计工程量表、竣工工程量表和铺工放样表。d)绘制平面图，包括平面图处理功能、平面地形图上自动切剖面、平面展点、平面布桩、平面坐标标注，根据铺工表数据计算工程平面坐标，绘制工程轮廓线、坡脚线、开挖线等。在CAD中可以解决人工设计解决不了的问题：a)通过已存数据和输入的新数据来进行路线平面图、纵断面图、横断面图的设计、修改ob)可以用多种方式来进行部分或整个路线的土石方量查询、计算。c)通过设置路线的断链，系统可以自动根据所设置的情况精确地计算出整个路线的土石方量数据。d)利用方便的土石方表格设置功能，轻松根据所需信息随意地设置报表栏目；任意范围内的土石方数量计算与报表输出自动化、一体化。e)对于曲线的绘制，手工程序很麻烦，但在CAD中实现了线路缓和曲线的自动绘制。f)另外还可以进行里程桩、水准点的绘制标注，既简单又快捷。g)可进行平、纵、横三视图动态设计，非常直观，以及可生成三维模型，浏览公路线形的动态三维造型，以检验公路的平纵横设计组合，解决了人为进行设计时由于各种错误而引起的反复设计的麻烦等等。它集计算、制图、编辑、统计工具于一体，大大简化了公路路线的测绘。通过利用AutoCAD的多视区功能和多文档界面功能实现了路线平、纵、横断面的一体化设计和路线的三维实体造型。在这些过程中最核心和关键的是路线的优化设计，提高设计的自动化程度。

2在路基、路面设计中的运用

CAD在路基横断面图、路面结构图的绘制中，以及防护构造物的结构图绘制都能发挥出神奇的作用，可以实现在人为设计路基路面中所遇到的棘手问题的轻盈解决。

2．1用途方面

a)可以快速准确地进行挖方、填方、半填半挖、土石分界的横断面及路面结构层的绘制。b)通过灵活的横断面设计模板解释器可以进行含截水沟、排水沟、路面超高、加宽的横断面施工图的绘制。c)进行任意桩号范围土石方量计算、土石方调配及自动生成土石方数量表、路基宽度与填挖高度表、路基边坡及填挖高度表。

2．2操作方面

现在随着计算机技术的不断革新，CAD绘图操作越来越简单：a)可以逐桩手工输入地面线、路基设计线数据绘制图形。b)可以自行手工编写数据文件，用文本文件形式存储，批量导人绘制图形。c)可根据实际需求任意调整图形比例大小。d)自由选择所需要的图形标注，如是否标注设计坡度线等。

2．3软件程式方面

实用的软件程式设计提供了面积、宽高、字符等实用工具，方便查询、修改，用途也越来越丰富：a)可以在一张图纸上绘制一个或多个横断面施工图，并可随意设置图纸上图形排列的行列数目。b)可以进行精确完整的造价分析。

3在桥梁设计中的运用

各类桥梁CAD软件为我们进行桥梁的设计提供了极大的便利，首先在立面、平面、横断面图的绘制方面可以使用桥型布置CAD系统QXCAD，能进行各类桥型的设计，清晰快捷地表明出桥梁的型式、跨径、孔数、总体尺寸、各主要构件的相互位置关系、桥梁各部分的标高、材料数量及总的技术说明。其次通过桥梁结构设计计算系统可以对桥梁结构进行设计分析，确定桥梁的上部结构类型及下部结构的类型和基础类型，在AutoCAD中绘制桥梁结构图和内力、应力、位移、影响线图，更加明确所选结构类型准确性与规范性。第三，在桥梁CAD软件中，桥梁普通钢筋自动布修改，使桥梁设计在方案设计阶段得以优化并趋向合理；桥梁工程造价CAD在桥梁设计阶段对其造价进行细致分析，使工程在各项费用计划方面进行优化。桥梁专家BridgeExpert系统的主要特点和功能包括施工同步模拟形成多层组合界面构件，结构状态参数多种取值方式的优化强迫调整，考虑钢筋影响的多层混凝土组合界面的收缩徐变分析，同时考虑非线性的结构分析，结构施工状态的自动控制，结构分体施工逐步组合，多阶段模拟预应力钢筋作用，广义的结构体系转换工程模型等。

4CAD技术的发展与局限性

4．1CAD与其他软件的结合

CAD技术的二次开发也给道路桥梁的设计带来了生机与活力，AutoCAD和Excel软件完美地配合，使之有效地直接应用于公路路线设计方面；利用VB对AutoCAD进行二次开发实现了VB读取Excel数据并在AutoCAD中绘制横断面地面线，可为设计节省时间，大大提高绘图的效率，具有一定的推广应用价值。基于BP神经网络的横断面填挖方信息提取方法在CAD系统中开发实现，提高了勘测设计自动化、智能化水平；三维GIS{地理信息系统(GeographicalInfor—mationSystem，GIS)}与230公路CAD的集成是把公路设计或施工过程中的几何模型数据、属性信息与周围地形数据统一起来进行管理和表达，建立起公路三维GIS，展现公路沿线的三维虚拟场景，有利于检验设计成果的质量、辅助施工管理、服务公路建成后的养护维护。CAD软件在道路桥梁工程中的潜力是无穷的，还有待路桥专业的学术人员和开发计算机软件专业的工程师去进一步开发与探索。

4．2CAD技术的不足之处及改进

在道路桥梁中CAD的广泛应用提高了设计速度、设计质量，加快了出图速度，但是在某些方面也存在不足之处。譬如：a)在桥梁CAD中对于大跨径桥梁的自动布筋和绘图方面研究不够，CAD技术还不是很成熟，需要做进一步的完善和补充，能更加精确地完成配筋设计与钢筋布置；b)在计算机处理过程中受力分析与配筋设计软件的结果不能直接用于工程CAD软件，需要进行转换，造成了计算机处理过程的脱节；C)CAD软件不易维护与扩充，开发效率不高，在设计中容易出错，而且代码复用性差，需要补充CAD软件的维护与修复辅助软件，并使用面向对象的而不是面向过程的程序设计方法；d)CAD软件的交互功能需要进一步提高，更新运行平台，提高数据使用的有效性与高效性，改善用户界面。置CAD系统能进行预应力混凝土梁桥的布筋设计，避免了因普通钢筋种类繁多、形状各异、数量庞大、规律性差等缺点对桥梁设计速度和质量的不利影响。第四，桥梁三维CAD技术在桥梁初步设计方案中将设计方案制作成三维模型，以显示其立体效果，找出设计方案中不合理的地方，并对缺陷进行逐次。