【摘要】隨著社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，交通運(yùn)輸狀況對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著相當(dāng)重要的作用，它代表著國(guó)家的發(fā)達(dá)水平。交通運(yùn)輸包括了海運(yùn)、陸運(yùn)和空運(yùn)，其中陸運(yùn)中的道路橋梁運(yùn)輸占的比例最大且隨著時(shí)間的推移而呈上升趨勢(shì)。因此，道路橋梁建設(shè)顯得越來(lái)越重要。在道路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，將產(chǎn)生大量復(fù)雜而繁瑣的設(shè)計(jì)計(jì)算。CAD以交互式計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展普及，在我國(guó)各行業(yè)中都有了廣泛的運(yùn)用。本文深入分析了CAD技術(shù)在道路橋梁中的運(yùn)用，并實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互地快速設(shè)計(jì)，且使道路得到優(yōu)化并解決了人為設(shè)計(jì)時(shí)由各種錯(cuò)誤而引起的麻煩等。
【關(guān)鍵詞】道路；橋梁；CAD技術(shù)；設(shè)計(jì)輔助
【關(guān)鍵詞】道路；橋梁；CAD技術(shù)；設(shè)計(jì)輔助
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD- Computer Aided Design）是指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)、信息存儲(chǔ)和制圖等各項(xiàng)工作。它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新型高科技技術(shù)，主要使用交互式圖形顯示軟件、cad應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)管理軟件3類(lèi)軟件，隨著計(jì)算機(jī)的普及，其在道路橋梁設(shè)計(jì)中， 也得到了較廣泛的應(yīng)用研究和實(shí)用基礎(chǔ)。CAD在道路橋梁中的運(yùn)用使傳統(tǒng)橋梁的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算形式從繁復(fù)的人工演算中脫離，結(jié)束了大量人力導(dǎo)致的設(shè)計(jì)周期漫長(zhǎng)、成本高。出錯(cuò)率高、設(shè)計(jì)質(zhì)量差等，極大的促進(jìn)了交通運(yùn)輸行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，成為道路橋梁現(xiàn)代化的主要標(biāo)志之一。
1、CAD系統(tǒng)研究與運(yùn)用現(xiàn)狀
1.1 CAD在國(guó)外道路橋梁中的運(yùn)用現(xiàn)狀
歐美國(guó)家在20世紀(jì)90年代后才開(kāi)始出現(xiàn)商品化的道路橋梁CAD軟件。且軟件開(kāi)發(fā)商一般開(kāi)發(fā)通用結(jié)構(gòu)的分析軟件，該軟件通常僅能完成結(jié)構(gòu)上的分析，對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)無(wú)法提供足夠的支持。但國(guó)外在道路橋梁CAD軟件方便起步還是比較早的，目前德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在道路橋梁CAD領(lǐng)域的技術(shù)還是相對(duì)成熟的，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了許多道路橋梁CAD商品化軟件。如：
1）MIDAS/ Civil橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件
2）Bridge Designer II 和Bridge Designer Modeler3D集成橋梁CAD 系統(tǒng)
3）橋梁設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)ADAMS 以及橋梁下部結(jié)構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)和制圖系統(tǒng)ADAP
1.2 CAD在國(guó)內(nèi)道路橋梁中的運(yùn)用現(xiàn)狀
我國(guó)道路橋梁CAD技術(shù)在20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)始研究，90年代以后，PC機(jī)器的性能飛速提升，在微機(jī)上開(kāi)發(fā)可視化的道路橋梁CAD 軟件成為道路橋梁CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)道路橋梁CAD軟件：
1） 高等級(jí)公路橋梁CAD 系統(tǒng)JTHBCADS
高等級(jí)公路橋梁CAD 系統(tǒng)JTHBCADS 被列為“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，由同濟(jì)大學(xué)、公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院、重慶公路科學(xué)研究所等單位聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的硬件平臺(tái)APOLLO 系列和HP- APOLLO 系列圖形工作站，軟件支撐系統(tǒng)為DOMAIN/AEGIS 操作系統(tǒng)和Calma 公司的DDM DIMENSIONⅢ圖形系統(tǒng)。JTHBCADS 由結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)詳圖和造價(jià)分析4 個(gè)系統(tǒng)9 大模塊組成。
2）拓普橋梁結(jié)構(gòu)分析程序
拓普橋梁結(jié)構(gòu)分析程序是由原上海城建學(xué)院于90 年代中期基于個(gè)人計(jì)算機(jī)研制開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)由“橋梁結(jié)構(gòu)線性、非線性綜合程序系統(tǒng)”、“橋梁結(jié)構(gòu)線性、非線性施工控制程序系統(tǒng)”、“ 彎、坡、斜橋分析程序系統(tǒng)”、“懸索橋分析專(zhuān)用程序系統(tǒng)”組成。該系統(tǒng)有兩個(gè)突出特點(diǎn)，使其在廣大公路設(shè)計(jì)部門(mén)得以普遍應(yīng)用。
3)橋梁通
集成化的常規(guī)橋梁的計(jì)算繪圖程序，windows平臺(tái)，人機(jī)交互式輸入，圖表方式結(jié)果輸出。
2、CAD軟件在道路橋梁上的局限
目前道路橋梁CAD設(shè)計(jì)的發(fā)展雖然比較完善，但其發(fā)展在中國(guó)僅有二十多年的歷史，尚處于初期。由于它是一項(xiàng)計(jì)算量很大的工作，尚存在一些問(wèn)題。具體表現(xiàn)在：
�。�1）各類(lèi)道路橋梁CAD 軟件在結(jié)構(gòu)分析方面有很大的收獲，但對(duì)完成立交橋梁一般構(gòu)造圖、普通鋼筋圖等結(jié)構(gòu)施工圖的自動(dòng)繪制方面的研究還很少，其適應(yīng)性很差，基本不能完成施工圖的自動(dòng)繪制。
（2）代碼復(fù)用性差。目前的道路橋梁CAD 軟件多數(shù)使用面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，代碼很難被他人繼承復(fù)用，然而先進(jìn)的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法應(yīng)用得較少。
�。�3）開(kāi)發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)相對(duì)落后。現(xiàn)存的絕大多數(shù)CAD 軟件都是基于DOS 平臺(tái)的，這與今后作為主流的具有圖形界面的32 位操作系統(tǒng)不相配。
�。�4）用戶界面及交互功能差。大多數(shù)現(xiàn)存的道路橋梁CAD軟件中，基本不具備完全的交互功能。只能將數(shù)據(jù)依次地從數(shù)據(jù)文件中讀入，然后生成繪圖文件。這對(duì)于異型結(jié)構(gòu)道路橋梁和道路橋梁設(shè)計(jì)圖的局部修改幾乎起不到作用。
�。�5）實(shí)體模型的曲線、曲面式樣不足。公路橋梁的幾何中存在直線、圓曲線、回旋線及平行線和回旋線距離成線性變化的拋物線等線形，而在目前的幾何造型系統(tǒng)中一般只提供了直線和圓曲線。
3、CAD在道路橋梁上的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
針對(duì)目前道路橋梁軟件存在的一些缺陷，道路橋梁CAD軟件技術(shù)應(yīng)向以下幾方面發(fā)展。
�。�1）由于道路橋梁的開(kāi)發(fā)，圖形化操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，強(qiáng)大的硬件平臺(tái)的支持，使道路橋梁計(jì)算朝可視化、集成化、智能化方面發(fā)展。
�。�2）道路橋梁CAD軟件在繪圖方面的開(kāi)發(fā)。工程圖作為工程信息的載體和傳遞媒介，目前一般采用投影變換的方法，將三維的橋梁結(jié)構(gòu)變換成二維形式，其空間立體感差，不能明確反映結(jié)構(gòu)的物理特性和施工特性。
（3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)( Virtual Reality) 技術(shù)是21 世紀(jì)爭(zhēng)相研究和開(kāi)發(fā)的一個(gè)領(lǐng)域。
4、總結(jié)
我國(guó)道路橋梁建設(shè)當(dāng)前正處在高速發(fā)展階段，也對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)提出了更高的要求。CAD軟件技術(shù)的不斷發(fā)展為我國(guó)道路橋梁的未來(lái)提供了可能。然而怎樣縮短設(shè)計(jì)周期、加快道路橋梁測(cè)試速度、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)能力是所有道路橋梁設(shè)計(jì)工作人員所面臨的問(wèn)題。因此我們必須加快CAD軟件的開(kāi)發(fā)，希望在不久的將來(lái)能夠看到更全面、更完善的道路橋梁CAD系統(tǒng)的出現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]程景云，張叔輝.交通行業(yè)中的CAD應(yīng)用.計(jì)算機(jī)世界報(bào)，第9期
[2]符鋅砂.公路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社.1998
[3]王書(shū)慶.橋梁CAD系統(tǒng)集成技術(shù)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),1998
[4]梁鵬.現(xiàn)代橋梁CAD研究與開(kāi)發(fā)[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2001
1、CAD系統(tǒng)研究與運(yùn)用現(xiàn)狀
1.1 CAD在國(guó)外道路橋梁中的運(yùn)用現(xiàn)狀
歐美國(guó)家在20世紀(jì)90年代后才開(kāi)始出現(xiàn)商品化的道路橋梁CAD軟件。且軟件開(kāi)發(fā)商一般開(kāi)發(fā)通用結(jié)構(gòu)的分析軟件，該軟件通常僅能完成結(jié)構(gòu)上的分析，對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)無(wú)法提供足夠的支持。但國(guó)外在道路橋梁CAD軟件方便起步還是比較早的，目前德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在道路橋梁CAD領(lǐng)域的技術(shù)還是相對(duì)成熟的，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了許多道路橋梁CAD商品化軟件。如：
1）MIDAS/ Civil橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件
2）Bridge Designer II 和Bridge Designer Modeler3D集成橋梁CAD 系統(tǒng)
3）橋梁設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)ADAMS 以及橋梁下部結(jié)構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)和制圖系統(tǒng)ADAP
1.2 CAD在國(guó)內(nèi)道路橋梁中的運(yùn)用現(xiàn)狀
我國(guó)道路橋梁CAD技術(shù)在20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)始研究，90年代以后，PC機(jī)器的性能飛速提升，在微機(jī)上開(kāi)發(fā)可視化的道路橋梁CAD 軟件成為道路橋梁CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)道路橋梁CAD軟件：
1） 高等級(jí)公路橋梁CAD 系統(tǒng)JTHBCADS
高等級(jí)公路橋梁CAD 系統(tǒng)JTHBCADS 被列為“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，由同濟(jì)大學(xué)、公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院、重慶公路科學(xué)研究所等單位聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的硬件平臺(tái)APOLLO 系列和HP- APOLLO 系列圖形工作站，軟件支撐系統(tǒng)為DOMAIN/AEGIS 操作系統(tǒng)和Calma 公司的DDM DIMENSIONⅢ圖形系統(tǒng)。JTHBCADS 由結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)詳圖和造價(jià)分析4 個(gè)系統(tǒng)9 大模塊組成。
2）拓普橋梁結(jié)構(gòu)分析程序
拓普橋梁結(jié)構(gòu)分析程序是由原上海城建學(xué)院于90 年代中期基于個(gè)人計(jì)算機(jī)研制開(kāi)發(fā)的。系統(tǒng)由“橋梁結(jié)構(gòu)線性、非線性綜合程序系統(tǒng)”、“橋梁結(jié)構(gòu)線性、非線性施工控制程序系統(tǒng)”、“ 彎、坡、斜橋分析程序系統(tǒng)”、“懸索橋分析專(zhuān)用程序系統(tǒng)”組成。該系統(tǒng)有兩個(gè)突出特點(diǎn)，使其在廣大公路設(shè)計(jì)部門(mén)得以普遍應(yīng)用。
3)橋梁通
集成化的常規(guī)橋梁的計(jì)算繪圖程序，windows平臺(tái)，人機(jī)交互式輸入，圖表方式結(jié)果輸出。
2、CAD軟件在道路橋梁上的局限
目前道路橋梁CAD設(shè)計(jì)的發(fā)展雖然比較完善，但其發(fā)展在中國(guó)僅有二十多年的歷史，尚處于初期。由于它是一項(xiàng)計(jì)算量很大的工作，尚存在一些問(wèn)題。具體表現(xiàn)在：
�。�1）各類(lèi)道路橋梁CAD 軟件在結(jié)構(gòu)分析方面有很大的收獲，但對(duì)完成立交橋梁一般構(gòu)造圖、普通鋼筋圖等結(jié)構(gòu)施工圖的自動(dòng)繪制方面的研究還很少，其適應(yīng)性很差，基本不能完成施工圖的自動(dòng)繪制。
（2）代碼復(fù)用性差。目前的道路橋梁CAD 軟件多數(shù)使用面向過(guò)程的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，代碼很難被他人繼承復(fù)用，然而先進(jìn)的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法應(yīng)用得較少。
�。�3）開(kāi)發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)相對(duì)落后。現(xiàn)存的絕大多數(shù)CAD 軟件都是基于DOS 平臺(tái)的，這與今后作為主流的具有圖形界面的32 位操作系統(tǒng)不相配。
�。�4）用戶界面及交互功能差。大多數(shù)現(xiàn)存的道路橋梁CAD軟件中，基本不具備完全的交互功能。只能將數(shù)據(jù)依次地從數(shù)據(jù)文件中讀入，然后生成繪圖文件。這對(duì)于異型結(jié)構(gòu)道路橋梁和道路橋梁設(shè)計(jì)圖的局部修改幾乎起不到作用。
�。�5）實(shí)體模型的曲線、曲面式樣不足。公路橋梁的幾何中存在直線、圓曲線、回旋線及平行線和回旋線距離成線性變化的拋物線等線形，而在目前的幾何造型系統(tǒng)中一般只提供了直線和圓曲線。
3、CAD在道路橋梁上的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
針對(duì)目前道路橋梁軟件存在的一些缺陷，道路橋梁CAD軟件技術(shù)應(yīng)向以下幾方面發(fā)展。
�。�1）由于道路橋梁的開(kāi)發(fā)，圖形化操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，強(qiáng)大的硬件平臺(tái)的支持，使道路橋梁計(jì)算朝可視化、集成化、智能化方面發(fā)展。
�。�2）道路橋梁CAD軟件在繪圖方面的開(kāi)發(fā)。工程圖作為工程信息的載體和傳遞媒介，目前一般采用投影變換的方法，將三維的橋梁結(jié)構(gòu)變換成二維形式，其空間立體感差，不能明確反映結(jié)構(gòu)的物理特性和施工特性。
（3）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)( Virtual Reality) 技術(shù)是21 世紀(jì)爭(zhēng)相研究和開(kāi)發(fā)的一個(gè)領(lǐng)域。
4、總結(jié)
我國(guó)道路橋梁建設(shè)當(dāng)前正處在高速發(fā)展階段，也對(duì)道路橋梁設(shè)計(jì)提出了更高的要求。CAD軟件技術(shù)的不斷發(fā)展為我國(guó)道路橋梁的未來(lái)提供了可能。然而怎樣縮短設(shè)計(jì)周期、加快道路橋梁測(cè)試速度、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提高產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)能力是所有道路橋梁設(shè)計(jì)工作人員所面臨的問(wèn)題。因此我們必須加快CAD軟件的開(kāi)發(fā)，希望在不久的將來(lái)能夠看到更全面、更完善的道路橋梁CAD系統(tǒng)的出現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]程景云，張叔輝.交通行業(yè)中的CAD應(yīng)用.計(jì)算機(jī)世界報(bào)，第9期
[2]符鋅砂.公路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社.1998
[3]王書(shū)慶.橋梁CAD系統(tǒng)集成技術(shù)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),1998
[4]梁鵬.現(xiàn)代橋梁CAD研究與開(kāi)發(fā)[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2001
