CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展95266

CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展95266CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展95266/NUMCAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展95266CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展95266鄭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育《土木工程CAD》課程論文CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展學(xué)號(hào)：姓名：郭中華完成時(shí)間：2016.03.15目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要： 3關(guān)鍵詞 3一、CAD在土木工程中的應(yīng)用 4二、CAD技術(shù)在土木工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn) 51、勞動(dòng)強(qiáng)度降低,圖面清潔 52、提高設(shè)計(jì)工作效率 53、增強(qiáng)計(jì)算功能，提高精確度 54、提供動(dòng)態(tài)的檢驗(yàn)效果 55、資料管理方便 66、數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒒?6三、CAD技術(shù)在土木工程應(yīng)用中的缺陷： 61、CAD技術(shù)促使土木設(shè)計(jì)領(lǐng)域中人、財(cái)、物浪費(fèi)加劇 62、工種配合默契與否及信息傳遞的速度影響工作效率 73、缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件 74、扼殺土木設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作靈感 8四、發(fā)展趨勢(shì) 8五、結(jié)語(yǔ) 9參考文獻(xiàn)： 10CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展摘要：本文主要簡(jiǎn)述CAD發(fā)展簡(jiǎn)史、應(yīng)用現(xiàn)狀、以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，CAD技術(shù)以簡(jiǎn)單、快捷、存儲(chǔ)方便為特點(diǎn)，在工程設(shè)計(jì)中承擔(dān)著不可替代的作用，當(dāng)前，CAD在土木設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，本文詳細(xì)分析了CAD在實(shí)際工作中的使用情況，對(duì)CAD在土木設(shè)計(jì)工作中優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)進(jìn)行了探討，并提出了一定的見解。關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)，土木設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)，發(fā)展Abstract：Thispapermainly

introducesCAD

developmenthistory,

applicationstatusandfuturetrendofdevelopment,

CADtechnology

inasimple,

fast,convenient

for

storage

characteristics

inengineeringdesignbearsirreplaceablerole,

atpresent,

CADiswidelyusedin

civilengineeringdesign,thispapermakesadetailedanalysisof

the

useof

CAD

inthepracticalwork,toCAD

advantages

anddisadvantagesinthe

work

in

civilengineeringdesign

isdiscussed,

andputforward

someopinions.Keyword：CADtechnology,

civilengineeringdesign,

advantages,disadvantages,

developmentCAD(ComputerAidedDesign）誕生于60年代，是美國(guó)麻省理工大學(xué)提出了交互式圖形學(xué)的研究計(jì)劃，由于當(dāng)時(shí)硬件設(shè)施的昂貴，只有美國(guó)通用汽車公司和美國(guó)波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD-ComputerAidedDesign)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)工作。它是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)有力的計(jì)算功能和高效率的圖形處理能力來(lái)進(jìn)行工程的設(shè)計(jì)和分析的一種技術(shù)，它是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)和土木工程設(shè)計(jì)方法的一門新興學(xué)科，是與計(jì)算機(jī)軟硬件及工程設(shè)計(jì)方法的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。它集成了計(jì)算機(jī)、圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)值分析等技術(shù)，隨著軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展及工程方法的更新?lián)Q代，CAD技術(shù)也日趨完善，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子、輕工、紡織、服裝、醫(yī)療、國(guó)防及工程設(shè)計(jì)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮了極大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。CAD技術(shù)最早應(yīng)用于汽車工業(yè)，隨后隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展及普及，逐漸擴(kuò)展到其它領(lǐng)域，包括土木工程領(lǐng)域。在土木工程領(lǐng)域，它包含工程設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助分析、計(jì)算和繪制圖形的全過程。我國(guó)在土木工程中使用CAD技術(shù)開始于上世紀(jì)八十年代，在開始階段，主要依靠外國(guó)引進(jìn)的通用或?qū)Ｓ脠D形軟件包在屏幕上做交互式圖形設(shè)計(jì)，與結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析沒有結(jié)合，參與者主要是長(zhǎng)期與計(jì)算機(jī)打交道的專門人員，到八十年代末期，由于較高性能的廉價(jià)計(jì)算機(jī)的普及，土木工程CAD才有了真正的發(fā)展和較廣泛的應(yīng)用，在很大程度上推動(dòng)了CAD技術(shù)在我國(guó)土木工程上的應(yīng)用和發(fā)展。一、CAD在土木工程中的應(yīng)用1、建筑與規(guī)劃設(shè)計(jì)：用于繪制建筑、規(guī)劃類圖紙，如建筑施工圖、效果圖，規(guī)劃效果圖，橋梁的造型設(shè)計(jì)等，其軟件有天正建筑軟件、中國(guó)建筑研究院的APM（PKPM的建筑模塊）、QXCAD（一種橋型設(shè)計(jì)軟件）、3DMAX、MAYA、計(jì)，構(gòu)造設(shè)計(jì)指根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果，完成構(gòu)件和截面的選配筋的構(gòu)造設(shè)計(jì)，繪制施工圖是用CAD取代傳統(tǒng)的手繪來(lái)完成施工圖紙的繪制；2、給排水設(shè)計(jì)：用于給水、排水方面的計(jì)算與繪圖；3、暖通設(shè)計(jì)：用于取暖與通風(fēng)方面的設(shè)計(jì)；4、電氣設(shè)計(jì)：強(qiáng)弱電方面的輔助設(shè)計(jì)；5、施工組織與設(shè)計(jì)：用于施工項(xiàng)目的項(xiàng)目管理、施工工藝的流程設(shè)計(jì)與優(yōu)化、施工現(xiàn)場(chǎng)布置等；6、工程項(xiàng)目的預(yù)決算：從廣義上說，這也算CAD在土木工程上的一個(gè)應(yīng)用；7、其它方面的：比如家庭裝修等。以上所列只是CAD技術(shù)在土木工程上應(yīng)用的主要方面，在實(shí)際工程中，還有很多的邊緣的、交叉的的新興的應(yīng)用技術(shù)在開花結(jié)果，日新月異。二、CAD技術(shù)在土木工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)1、勞動(dòng)強(qiáng)度降低,圖面清潔手繪繪圖,工作人員常常手里拿著幾只不同粗細(xì)的墨筆,丁字尺、三角板、曲線板等工具不停的在手里更換,而且一旦畫錯(cuò),修改非常費(fèi)事,甚至從頭來(lái)過,圖面修修補(bǔ)補(bǔ)顯的臟亂。用CAD繪圖則可以一只鼠標(biāo)做你想做的任何事情。它有統(tǒng)一的線型庫(kù)、字體庫(kù),圖面整潔統(tǒng)一。CAD軟件所提供的UNDO功能讓你不必?fù)?dān)心畫錯(cuò),它可以使你返回到你畫錯(cuò)之前的那一步。你更可以在電腦系統(tǒng)后臺(tái)運(yùn)行一些音樂播放軟件,一邊聽音樂一邊工作。CAD軟件繪圖真正做到方便、整潔、清潔、輕松。2、提高設(shè)計(jì)工作效率土木設(shè)計(jì)過程一般經(jīng)過提條件、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)。各工種之間的配合默契與否，條件與方案改變大小都直接影響著制圖的速度。傳統(tǒng)的手工制圖方式下，各階段各工種之間的不同設(shè)計(jì)成果要分時(shí)制作；在CAD制圖中，實(shí)現(xiàn)了各工種間的圖紙資料互換，即使方案有所調(diào)整，設(shè)計(jì)人員只需在原有的設(shè)計(jì)圖紙上加以調(diào)整，從而減少大量重復(fù)勞動(dòng)，提高了工作效率。3、增強(qiáng)計(jì)算功能，提高精確度土木工程設(shè)計(jì)不同于其他領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，它需要正確無(wú)誤地計(jì)算出裂縫寬度、撓度、承載力、配筋面積。而且在實(shí)際工程中，要先符合設(shè)計(jì)規(guī)范地對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件如梁、板所承受的各種外部荷載，再根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和調(diào)整，如果計(jì)算數(shù)值稍有偏差或參數(shù)取值不符合規(guī)范要求，便會(huì)造成設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品不合設(shè)計(jì)規(guī)范、不經(jīng)濟(jì)，嚴(yán)重的還會(huì)造成人民生命、財(cái)產(chǎn)的巨大的損失。4、提供動(dòng)態(tài)的檢驗(yàn)效果結(jié)構(gòu)的板、梁、柱、墻的設(shè)計(jì)要考慮其他專業(yè)的相容性、相配性。如管道、設(shè)備不能和梁、柱相碰等。從實(shí)踐中可知道任何工程都可以從形態(tài)上拆分為圓柱體、斜圓柱體、圓錐、圓臺(tái)、斜圓臺(tái)、球體、球冠體、圓形斷面環(huán)體、矩形斷面環(huán)體以及多面體等基本形體。為此，CAD制圖中，可以在真色彩、真三維、光照的情況下，按物體的運(yùn)動(dòng)軌跡構(gòu)造出一個(gè)虛擬的實(shí)體，在房屋中實(shí)時(shí)漫游，檢查虛擬的實(shí)體與管道、設(shè)備、墻、梁、柱、門、窗等物體不發(fā)生碰撞，預(yù)先感受結(jié)構(gòu)的空間效果，以便在發(fā)現(xiàn)問題的地方仔細(xì)端詳、修改，直至滿意為止。這給了工程設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工程提供非常有益的幫助。5、資料管理CAD軟件制作的圖形、圖像文件可直接存儲(chǔ)在軟盤、硬盤或刻成光盤存儲(chǔ)，從而避免資料因受潮、蟲蛀以及破壞性查閱造成的不必要損失，電子數(shù)據(jù)的保存年限可以延長(zhǎng)至50年。一個(gè)設(shè)計(jì)院的整柜整柜的資料被幾張光盤所替代，查找和管理都比較方便。6、數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒒S著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和CAD智能化的應(yīng)用、跨地區(qū)合作設(shè)計(jì)、異地招投標(biāo)、“在家工作”等都成為可能。如1992年日本執(zhí)行的CALS（綜合信息系統(tǒng)）研究，其就是指企業(yè)和機(jī)關(guān)不受部門企業(yè)間特定機(jī)器和系統(tǒng)的制約利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)運(yùn)籌及運(yùn)用全過程的公用系統(tǒng)工程。三、CAD技術(shù)在土木工程應(yīng)用中的缺陷：CAD技術(shù)在給土木設(shè)計(jì)業(yè)帶來(lái)巨大效益的同時(shí)，其劣勢(shì)也隨之發(fā)揮作用，也不可避免地滯緩了其發(fā)展，具體表現(xiàn)如下：1、CAD技術(shù)促使土木設(shè)計(jì)領(lǐng)域中人、財(cái)、物浪費(fèi)加劇CAD技術(shù)需要相關(guān)的軟件，運(yùn)轉(zhuǎn)速度較快的電腦以及熟練掌握電腦的設(shè)計(jì)師、網(wǎng)絡(luò)維修人員等。購(gòu)買任何正版的工程建筑軟件都要花費(fèi)1~2萬(wàn)元。設(shè)計(jì)師們還要開展專門培訓(xùn)工作，總之，備齊所需的人力和財(cái)力則價(jià)值不菲。同時(shí)，在使用過程，設(shè)計(jì)師們只能看到面前的一處圖紙，而土木工程設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，只看到一處圖紙是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它需要一整套圖紙打印后才能看清楚。電腦圖紙需要經(jīng)過輸出后才能實(shí)現(xiàn)審核、修改、再審核、再修改直至正式出圖，增加了單位成本和社會(huì)成本。2、工種配合默契與否及信息傳遞的速度影響工作效率眾所周知，土木工程設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，它涉及到許多專業(yè)和步驟。每個(gè)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)任何圖紙時(shí)不僅要考慮自身設(shè)計(jì)的合理性，還要考慮與本專業(yè)和其他專業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)上的協(xié)調(diào)性。完整的土木工程設(shè)計(jì)流程從合同簽定起點(diǎn)經(jīng)過測(cè)量數(shù)據(jù)、地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)說明、打印圖紙、施工管理計(jì)劃等步驟，其所需的數(shù)據(jù)量是非常大。任何數(shù)據(jù)變動(dòng)，就會(huì)造成設(shè)計(jì)方案的變化。所以在動(dòng)手設(shè)計(jì)前，要根據(jù)現(xiàn)況、地質(zhì)、道路、建筑物、生產(chǎn)設(shè)施的關(guān)系進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、使用和管理。而地質(zhì)、地物、道路的考察由建設(shè)單位來(lái)進(jìn)行，生產(chǎn)設(shè)施之間的配合關(guān)系論證由勘察設(shè)計(jì)院來(lái)進(jìn)行，大量數(shù)據(jù)的整理、交換、組合都需要時(shí)間。任何環(huán)節(jié)的阻塞和停滯都會(huì)影響完成工作效率。3、缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件目前的專業(yè)軟件，如PKPM軟件，大多數(shù)只停留在二維基礎(chǔ)上，充其量只是個(gè)繪圖工具，缺乏智能化。智能化結(jié)構(gòu)軟件不僅體現(xiàn)三維立體圖鏡像，而且能自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的規(guī)范，設(shè)計(jì)所需參數(shù)取值不但要在經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)，還要便于施工。如中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部和新加坡建屋發(fā)展局開發(fā)的BEAMCAGE軟件，是按英國(guó)規(guī)范完成的鋼筋混凝土梁的配筋、選筋、撓度的計(jì)算、施工圖生成等一系列功能，雖然該軟件自動(dòng)化程度高，出圖質(zhì)量好，但畢竟是基于英國(guó)規(guī)范的基礎(chǔ)上。而在國(guó)內(nèi)流行的工程智能化設(shè)計(jì)軟件如PKPM設(shè)計(jì)軟件，它還需要設(shè)計(jì)師們調(diào)整梁、板、柱的配筋，尤其是柱的配筋，PKPM軟件自動(dòng)生成的頂層柱配筋常常因?yàn)槲菝媪簜鬟f來(lái)的彎矩比較大，配筋也較大，而下層由于梁傳遞來(lái)的彎矩較小，配筋也較小，形成大柱種在小柱上。這需要設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行人工調(diào)整。還有按照規(guī)范規(guī)定，同一構(gòu)件中鋼筋的型號(hào)差別不宜大于兩個(gè)級(jí)別，也就是說在一個(gè)構(gòu)件中如果使用了直徑為16的鋼筋，那就不能使用直徑為22以上的鋼筋。但是在軟件自動(dòng)出圖中常常會(huì)出現(xiàn)直徑為14的鋼筋和直徑為22的鋼筋一起使用的現(xiàn)象，這也要進(jìn)行人工調(diào)整。以上說明我們還缺乏統(tǒng)一的智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件。4、扼殺土木設(shè)計(jì)師的創(chuàng)作靈感俗話說：“建筑是凝固的音樂”這句話點(diǎn)明了建筑也是一種藝術(shù)，它是一門融科技、文化、藝術(shù)、哲學(xué)于一體的學(xué)科。任何土建設(shè)計(jì)師都需要藝術(shù)家的靈感和天份，這種靈感和天份在處理建筑物的造型方面應(yīng)有不少的“模糊感”。但CAD制圖所要求的尺寸精確消磨和扼殺了這種靈感和天份，讓設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)圖樣屈從于電腦的機(jī)械和準(zhǔn)確。還有，不少設(shè)計(jì)單位為了能夠中標(biāo)，將自己的設(shè)計(jì)投標(biāo)文件，尤其是總平面效果圖，做得非常精致美觀，不惜投入大量的人力物力在CAD的制圖上，而忽略了總平面布置圖的建筑效果和建筑師的藝術(shù)創(chuàng)造。綜上所述，CAD的使用提高了土木設(shè)計(jì)中的高效率、高質(zhì)量和高水平，同時(shí)也顯示了不完善的方面。因此，設(shè)計(jì)師們?cè)谑褂眠^程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，注意克服CAD帶來(lái)的負(fù)面影響，努力提高自身的計(jì)算機(jī)知識(shí)和對(duì)土建規(guī)范的使用，促進(jìn)CAD的健康發(fā)展。四、發(fā)展趨勢(shì)在上世紀(jì)末，美國(guó)曾將CAD，CAM技術(shù)評(píng)為當(dāng)時(shí)最具影響的十大科技成就之一。目前CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要圍繞在標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、集成化、智能化四方面。CAD技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。（一）標(biāo)準(zhǔn)化除了CAD支撐軟件逐步實(shí)現(xiàn)IS0標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件(零部件庫(kù))、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向發(fā)展。傳統(tǒng)形式的手畫工程圖已經(jīng)有了成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，相互都能理解。而存儲(chǔ)在磁盤、光盤上的形形色色的CAD二進(jìn)制數(shù)字記錄，要想實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化就復(fù)雜、困難得多。由于STEP標(biāo)準(zhǔn)涉及的面非常寬，眾口難調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)的制定過程十分緩慢，存在問題很多。CAD軟件一般應(yīng)集成在一個(gè)異構(gòu)的工作平臺(tái)之上，為了支持異構(gòu)跨平臺(tái)的環(huán)境，就要求它應(yīng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問題。目前標(biāo)準(zhǔn)有兩大類：一是公用標(biāo)準(zhǔn)，主要來(lái)自國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定單位；另一是市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬私有性質(zhì)。前者注重標(biāo)準(zhǔn)的開放性和所采用技術(shù)的先進(jìn)性，而后者以市場(chǎng)為導(dǎo)向，注重考慮有效性和經(jīng)濟(jì)利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無(wú)謂的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)。因此提出應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行革新。有專家建議標(biāo)準(zhǔn)革新的目標(biāo)是公用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也就是說革新后仍應(yīng)以公用標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，不過要從工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中吸收其注重經(jīng)濟(jì)利益和效率的優(yōu)點(diǎn)。（二）開放性CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口95／98／NT和UNIX平臺(tái)上，在JavaLINUX平臺(tái)上也有CAD產(chǎn)品，此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的CAD系統(tǒng)。（三）集成化CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個(gè)層次上：其一是廣義CAD功能CAD／CAE／CAPP／CAM／CAQ／PDM／ERP經(jīng)過多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動(dòng)企業(yè)信息化進(jìn)程。其二，是將CAD技術(shù)能采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專用芯片，以提高CAD系統(tǒng)的效率；其三是CAD基于網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境實(shí)現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。國(guó)際CAD商品系統(tǒng)開發(fā)的另一個(gè)趨勢(shì)是在全球范圍內(nèi)優(yōu)選最成功的功能構(gòu)件，進(jìn)行集成。至今最成熟的幾何造型平臺(tái)有兩家：Parasolid和ACIS；幾何約束求解構(gòu)件有一家，它的主要產(chǎn)品是2D和3DDCM。（四）智能化設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高