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1、隧道CAD参数化绘图研究与实践
2、第1...1我国隧道CAD绘图的现状与评价CAD技术及其应用水平已成为衡量一个国家工业生产技术现代化水平的重要标志。在九五期间,铁道部将隧道智能CAD技术”列为重点科技攻关项目。据有关资料刊载,铁道部专业设计院、铁道部第一、二、四勘测设计院、西南交通大学、兰州铁道学院、沈阳铁路局吉林勘测设计院等单位分别针对铁路及公路隧道进行了CAD系统的研究与开发,并取得了可喜的成果。这其中,以由铁道部专业设计院主持,铁道部第一、二、四勘测设计院参加的部级科研项目《一般隧道工程计算机辅助设计系统》和西南交通大学地岩系与铁道部第二勘测设计院联合研制开
3、发的《一般隧道CAD系统》为代表,形成了以套标准设计图为主的开发思路(以下简称为套标准图法)。套标准图法将洞门、衬砌等标准设计图输入计算机形成标准图库,人工设计时需要计算、推理的部分写入程序,用户输入必需的参数,然后运行程序将标准图块插入到设计图中。《一般隧道工程计算机辅助设计系统》基于CV机,使用CVMAC语言编写。《一般隧道CAD系统》以AutoCADR1210为平台,利用保护模式的模块化程序设计语言—WatC编写,由系统程序、标准图库、数据库和规范条文说明文件组成。套标准图法的开发思路主要参照了传统的铁路隧道的设计思想及设计习惯,能实现一般隧道(一般隧道系指
4、技术条件不复杂、不设置通风和辅助坑道,能直接套标准设计图的隧道)的设计任务。随着国家路网建设的不断展开,套标准图法已不能满足现代隧道建设的需要,显示出其固有的内在缺陷,主要表现如下:(1)适用范围窄 隧道断面形状多样化,洞门型式也不断推陈出新,出现了诸如连拱隧道,大断面隧道及削竹式、连拱式、扩大喇叭式等新型洞门型式,套标准图法不能绘制上述新增型式的设计图。(2)设计精度低 标准图库给出的是各变量的示意,而没有给出设计图的精确绘制。同时,标准图库的建立也是一项相当繁重的工作。套标准图法通常是采用每张标准图只考虑0加宽和40加宽,对不同轨道类型及其它加宽值给予忽略(认
5、为人眼分辨率不敏感于其带来的偏差)的作法。这样将导致绘图精度较低,尤其是据此计算的工程数量存在较大的误差。(3)升级能力差 升级能力差的主要原因,缘于图库的扩充工作是一种事倍功半的做法。可以想像,要标准图库囊括所有可能的情况基本上是不可能的。参数化绘图方法适用性较强,在其他领域应用甚广,能很好地解决上述矛盾。但由于隧道断面型式多样,围岩情况复杂,给人一种不具有参数化绘图条件的感觉,至今尚未发现公开发表的参数化绘图方法系统地应用于隧道CAD系统开发的文献。2参数化绘图方法及其在隧道CAD系统中应用的研究参数化绘图主要适用于图形结构形式基本固定而结构尺寸参数变化的图形
6、。参数化绘图方法主要包括程序参数化绘图、参数交互式绘图及尺寸驱动式绘图3种,现简介如下:(1)程序参数化绘图程序参数化绘图的实质,就是将图形信息记录在程序中。图形的描述通常可分为:图形的拓扑关系、图形的几何参数以及这些几何参数与图形结构参数之间的联系。通常用一组变量记录图形的几何参数,用一系列的赋值语句表达几何参数与结构参数之间的关系,然后用一系列的调用语句来描述图形的拓扑关系。(2)参数交互式绘图参数交互式绘图的实质是对图元的操作。任何一个图形,都可以看作是由若干基本图元构成。首先将图形结构分解为参数化的基本图元并建立图素库,然后交互式地将图素组合形成各种图形结
7、构,同时允许对图元进行修改。(3)尺寸驱动式绘图参数交互式输入图形,必须严格依照构成几何形体的图素的准确值和它们之间的相对位置关系来绘制。如果无须对图素准确定位,可以以草图形式快速生成图形,然后通过运行程序产生准确图形,这就是尺寸驱动式绘图的基本思想。通过对参数化绘图的3种方法的分析、比较,可以得出:(1)尺寸驱动式绘图虽然在绘图过程中不必要非常精确,从而可以使绘图速度增加,但是用户依然不得不从头到尾绘制每一个细节,对于隧道设计图来说,尺寸驱动式依然没有使设计人员摆脱繁琐复杂的绘图,尺寸驱动式几乎不适合用作隧道CAD系统开发的指导思想。(2)对于参数交互式绘图,公
8、路隧道设计图有别于电路设计图(电路设计图通常是由各种电子元件构成的,如三级管、电阻等),隧道设计图不是由某些较小的相对独立的图元构成(图元依然是基本的点与线),而是联系紧密的有机整体,尤其是三视图,任一视图的变化都要引起其它视图的相应改变。因此,基于非实体建模技术的隧道CAD系统的开发也不应采用参数交互式绘图。(3)隧道设计图虽然复杂繁琐,给一种不适合采用程序参数化绘图的感觉,但是,研究后发现,将隧道CAD进行模块化及必要的再细化处理后,大部分模块图形结构形式基本固定只是结构尺寸参数变化,是符合参数化绘图要求的,如建筑限界的绘制、洞门图的绘制等;其余部分模块虽然不
9、符合参数化
