数字化设计技术的研究与应用

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1、数字化设计技术的研究与应用数字化设计技术的研究与应用北京中交跨世纪工程技术有限公司袁国平本文摘要：数字化设计技术是从计算机辅助绘图(ComputerAidedDrawing)发展到计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)的核心技术，是当今CAD的发展方向，数字化技术在桥梁CAD中的应用在我国属于开创性`的技术实践，其“面向设计、面向桥梁、面向工程”的先进思想将改变桥梁设计的工作模式，大幅度提升桥梁设计效率和设计质量。本文介绍了数字化设计技术的核心内涵和关键技术，并着重介绍了数字化

2、设计技术在桥梁大师2006中的应用。一、数字化设计技术是桥梁ＣＡＤ软件的发展方向CAD技术是提升桥梁设计水平和效率的关键技术之一。我国在桥梁设计中采用CAD技术始于20世纪70年代中后期，首先是用CAD绘图软件替代了在图板上的手工绘图，实现了图纸的电子化；而后，一些科研所、高校、设计院等开发了不同功能的桥梁自动出图和结构计算软件，初步实现了桥梁主要构件的参数出图和计算。这些软件工具的应用，为我国桥梁设计水平和效率的提高起到了很大的推动作用。但由于这些软件主要是面向桥梁构件的出图和计算，数据输入量

3、大，重复输入很多，模块之间难以实现数据传递，从而导致出错率高、效率较低、适应性差、标准化程度低，难以对桥梁的整个设计提供优化设计、方案比选、变更设计，因此，这些软件大多只能作为桥梁设计的辅助出图或计算工具，难以成为对桥梁设计的全过程进行辅助设计和管理的软件系统。第8页跨（Ｋ）世（Ｓ）纪（Ｊ）快（Ｓ）实（Ｓ）精（Ｊ）数字化设计技术的研究与应用回顾整个CAD技术和软件的发展过程，CAD技术经历了二维绘图、线框模型+表面模型、实体造型、三维参数化设计、变量化设计几个阶段，从二维绘图到三维参数化设计主要

4、解决了设计对象的几何图形生成问题，90年代出现的变量化设计技术，不仅解决了设计对象的图形问题，还解决了设计对象的实际工程含义的处理问题。变量化设计技术是以设计对象的三维几何信息为基础，溶入了设计对象的实际工程意义的描述、装配关系的描述、功能的描述、材料的描述等等，因此其设计模型具备了设计对象完整的数字化信息，其功能具备了面向设计对象的实际功能要求的数字化处理，因此，我们也将这一阶段的CAD软件称之为数字化设计系统。目前，变量化设计技术已成为国际上知名品牌CAD系统的核心技术，如CATIA、UG、

5、Pro/E、SolidWork等产品已全部是基于该技术的CAD系统，变量化设计技术已成为CAD产品的行业标准。相比制造业CAD软件的发展，公路行业的CAD技术应用和软件产品的开发稍显落后，我国目前的公路CAD软件主要还停留在参数化出图和提供专业辅助工具上。其主要原因是因为这些软件采用的软件技术还比较落后，侧重于解决设计对象的图形表示和生成，未能完整的描述工程设计对象的实际意义，因此也不能用工程对象的真实含义去解决工程对象的设计问题。结合目前CAD技术的发展趋势和我国公路CAD的发展现状，本人认为

6、，以实际工程设计对象建立工程对象的完整数字化模型，提供符合工程要求的数字化处理工具，是解决目前桥梁CAD存在问题的关键，数字化设计技术是桥梁CAD软件发展的必然趋势。一、数字化设计技术的内涵1．数字化设计技术的概念随着软件技术的发展，计算机处理的已不仅仅是文字或图形，更多的信息如声音、图象、动画等多媒体信息已可以同时处理和管理，而对于一个工程设计对象，要完整描述它也远远不仅仅是它的几何图形，还需要描述它的装配关系、材料特征、功能特征等等，这些信息在计算机中可统称为数字信息，我们把用数字信息描述的

7、工程对象称之为对象的数字化模型。有了数字化模型，还必须提供对这些数字信息的处理方法。数字模型加上数字化处理方法，就是数字化设计的基本概念。面向对象设计技术是20世纪80年代的一项重大软件技术发展，这项技术应用到CAD领域就是特征设计技术(FeatureModeling)，所谓特征就是指工程设计对象的数字化信息，因此可以说，特征设计是数字化设计的核心内容。第8页跨（Ｋ）世（Ｓ）纪（Ｊ）快（Ｓ）实（Ｓ）精（Ｊ）数字化设计技术的研究与应用2．工程对象的数字化特征对不同的应用领域，设计人员面向的设计对象

8、是不同的，因此描述对象所需要的特征信息也是不同的。对于桥梁设计对象，一般应该描述以下工程特征：a)几何特征用于描述设计对象的几何构造信息，一般用三维数据表示。b)装配特征描述各特征之间的几何拓扑关系，组成整个特征模型的装配关系。c)功能特征描述各特征在工程中的实际作用，以形成特征的功能约束。d)材料特征描述特征的材料属性，如混凝土标号、配筋信息等，以形成构件的物理特征，为材料汇总及结构计算提供原始资料。3．工程对象的数字化操作有了对工程对象的特征化描述，必须提供相应的特征设计工具，通过这些设计工