CAD技術在我國土木工程領域的應用與發(fā)展

1、鄭州大學現(xiàn)代遠程教育土木工程CAD課程論文CAD技術在我國土木工程領域的應用與發(fā)展學 號： 名： 郭中華完成時間： 2016.03.15目錄摘要：3關鍵詞3一、CAD在土木工程中的應用4二、CAD技術在土木工程應用中的優(yōu)點51、勞動強度降低,圖面清潔52、提高設計工作效率53、增強計算功能，提高精確度54、提供動態(tài)的檢驗效果55、資料管理方便66、數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒒?三、CAD技術在土木工程應用中的缺陷：61、CAD技術促使土木設計領域中人、財、物浪費加劇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)一的智能化結構設計軟件74、扼殺土木設計師的創(chuàng)作靈感8

2、四、發(fā)展趨勢8五、結 語9參考文獻：10CAD技術在我國土木工程領域的應用與發(fā)展摘要：本文主要簡述CAD發(fā)展簡史、應用現(xiàn)狀、以及未來發(fā)展趨勢，CAD技術以簡單、快捷、存儲方便為特點，在工程設計中承擔著不可替代的作用，當前，CAD在土木設計中應用廣泛，本文詳細分析了CAD在實際工作中的使用情況，對CAD在土木設計工作中優(yōu)勢和劣勢進行了探討，并提出了一定的見解。關鍵詞：CAD技術，土木設計，優(yōu)點，缺點，發(fā)展Abstract：This paper mainlyintroduces CADdevelopment history,application statusand future trend of

3、 development,CAD technologyin a simple,fast,convenientforstoragecharacteristicsin engineering design bearsirreplaceable role,at present,CAD is widely used incivil engineering design,this paper makes a detailed analysis oftheuse ofCADin the practical work,to CADadvantagesand disadvantages in theworki

4、ncivil engineering designis discussed,and put forwardsome opinions.Key word：CAD technology,civil engineering design,advantages,disadvantages,developmentCAD(Computer Aided Design）誕生于60年代，是美國麻省理工大學提出了交互式圖形學的研究計劃，由于當時硬件設施的昂貴，只有美國通用汽車公司和美國波音航空公司使用自行開發(fā)的交互式繪圖系統(tǒng)。計算機輔助設計(CAD-Computer Aided Design)指利用計算機及其圖形

5、設備幫助設計人員進行設計工作。它是利用計算機強有力的計算功能和高效率的圖形處理能力來進行工程的設計和分析的一種技術，它是綜合計算機技術和土木工程設計方法的一門新興學科，是與計算機軟硬件及工程設計方法的發(fā)展而發(fā)展起來的。它集成了計算機、圖形學、數(shù)據(jù)庫技術、數(shù)值分析等技術，隨著軟硬件技術的不斷發(fā)展及工程方法的更新?lián)Q代，CAD技術也日趨完善，已經(jīng)廣泛應用于電子、輕工、紡織、服裝、醫(yī)療、國防及工程設計等國民經(jīng)濟的各個領域，發(fā)揮了極大的經(jīng)濟技術效益。CAD技術最早應用于汽車工業(yè)，隨后隨著計算機軟硬件的發(fā)展及普及，逐漸擴展到其它領域，包括土木工程領域。在土木工程領域，它包含工程設計中采用計算機技術輔助分析

6、、計算和繪制圖形的全過程。我國在土木工程中使用CAD技術開始于上世紀八十年代，在開始階段，主要依靠外國引進的通用或?qū)Ｓ脠D形軟件包在屏幕上做交互式圖形設計，與結構計算與分析沒有結合，參與者主要是長期與計算機打交道的專門人員，到八十年代末期，由于較高性能的廉價計算機的普及，土木工程CAD才有了真正的發(fā)展和較廣泛的應用，在很大程度上推動了CAD技術在我國土木工程上的應用和發(fā)展。 一、CAD在土木工程中的應用1、建筑與規(guī)劃設計：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，橋梁的造型設計等，其軟件有天正建筑軟件、中國建筑研究院的APM（PKPM的建筑模塊）、QXCAD（一種橋型設計軟件）

7、、3 D M A X、M A Y A、計，構造設計指根據(jù)結構計算的結果，完成構件和截面的選配筋的構造設計，繪制施工圖是用CAD取代傳統(tǒng)的手繪來完成施工圖紙的繪制；2、給排水設計：用于給水、排水方面的計算與繪圖；3、暖通設計：用于取暖與通風方面的設計；4、電氣設計：強弱電方面的輔助設計；5、施工組織與設計：用于施工項目的項目管理、施工工藝的流程設計與優(yōu)化、施工現(xiàn)場布置等；6、工程項目的預決算：從廣義上說，這也算C A D在土木工程上的一個應用；7、其它方面的：比如家庭裝修等。 以上所列只是CAD技術在土木工程上應用的主要方面，在實際工程中，還有很多的邊緣的、交叉的的新興的應用技術在開花結果，日新

8、月異。二、CAD技術在土木工程應用中的優(yōu)點1、勞動強度降低,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,修改非常費事,甚至從頭來過,圖面修修補補顯的臟亂。用CAD繪圖則可以一只鼠標做你想做的任何事情。它有統(tǒng)一的線型庫、字體庫,圖面整潔統(tǒng)一。CAD軟件所提供的UNDO功能讓你不必擔心畫錯,它可以使你返回到你畫錯之前的那一步。你更可以在電腦系統(tǒng)后臺運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、提高設計工作效率 土木設計過程一般經(jīng)過提條件、方案設計、初步設計、施工圖設計。各工種之間

9、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計成果要分時制作；在CAD制圖中，實現(xiàn)了各工種間的圖紙資料互換，即使方案有所調(diào)整，設計人員只需在原有的設計圖紙上加以調(diào)整，從而減少大量重復勞動，提高了工作效率。 3、增強計算功能，提高精確度 土木工程設計不同于其他領域的設計，它需要正確無誤地計算出裂縫寬度、撓度、承載力、配筋面積。而且在實際工程中，要先符合設計規(guī)范地對各個結構構件如梁、板所承受的各種外部荷載，再根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范規(guī)定進行計算和調(diào)整，如果計算數(shù)值稍有偏差或參數(shù)取值不符合規(guī)范要求，便會造成設計出的產(chǎn)品不合設計規(guī)范、不經(jīng)濟，嚴

10、重的還會造成人民生命、財產(chǎn)的巨大的損失。 4、提供動態(tài)的檢驗效果 結構的板、梁、柱、墻的設計要考慮其他專業(yè)的相容性、相配性。如管道、設備不能和梁、柱相碰等。從實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、斜圓臺、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，按物體的運動軌跡構造出一個虛擬的實體，在房屋中實時漫游，檢查虛擬的實體與管道、設備、墻、梁、柱、門、窗等物體不發(fā)生碰撞，預先感受結構的空間效果，以便在發(fā)現(xiàn)問題的地方仔細端詳、修改，直至滿意為止。這給了工程設計師在設計工程提供非常有益的幫助。 5、

11、資料管理 CAD軟件制作的圖形、圖像文件可直接存儲在軟盤、硬盤或刻成光盤存儲，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至50年。一個設計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?隨著信息技術、網(wǎng)絡技術的普及和CAD智能化的應用、跨地區(qū)合作設計、異地招投標、“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)和機關不受部門企業(yè)間特定機器和系統(tǒng)的制約利用網(wǎng)絡進行開發(fā)設計運籌及運用全過程的公用系統(tǒng)工程。三、CAD技術在土木工程應用中的缺陷：CAD技術在給土木設計業(yè)帶來巨大效益的同時

12、，其劣勢也隨之發(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技術促使土木設計領域中人、財、物浪費加劇 CAD技術需要相關的軟件，運轉速度較快的電腦以及熟練掌握電腦的設計師、網(wǎng)絡維修人員等。購買任何正版的工程建筑軟件都要花費12萬元。設計師們還要開展專門培訓工作，總之，備齊所需的人力和財力則價值不菲。同時，在使用過程，設計師們只能看到面前的一處圖紙，而土木工程設計是一個系統(tǒng)工程，只看到一處圖紙是遠遠不夠的，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成本。 2、工種配合默契與否及信息傳遞的速度影響工作效

13、率 眾所周知，土木工程設計是一個系統(tǒng)工程，它涉及到許多專業(yè)和步驟。每個設計師在設計任何圖紙時不僅要考慮自身設計的合理性，還要考慮與本專業(yè)和其他專業(yè)設計人員設計上的協(xié)調(diào)性。完整的土木工程設計流程從合同簽定起點經(jīng)過測量數(shù)據(jù)、地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)、設計說明、打印圖紙、施工管理計劃等步驟，其所需的數(shù)據(jù)量是非常大。任何數(shù)據(jù)變動，就會造成設計方案的變化。所以在動手設計前，要根據(jù)現(xiàn)況、地質(zhì)、道路、建筑物、生產(chǎn)設施的關系進行規(guī)劃、設計、施工、使用和管理。而地質(zhì)、地物、道路的考察由建設單位來進行，生產(chǎn)設施之間的配合關系論證由勘察設計院來進行，大量數(shù)據(jù)的整理、交換、組合都需要時間。任何環(huán)節(jié)的阻塞和停滯都會影響完成工作效率

14、。 3、缺乏統(tǒng)一的智能化結構設計軟件 目前的專業(yè)軟件，如PKPM軟件，大多數(shù)只停留在二維基礎上，充其量只是個繪圖工具，缺乏智能化。智能化結構軟件不僅體現(xiàn)三維立體圖鏡像，而且能自動執(zhí)行相應的規(guī)范，設計所需參數(shù)取值不但要在經(jīng)濟范圍內(nèi)，還要便于施工。如中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部和新加坡建屋發(fā)展局開發(fā)的BEAM CAGE軟件，是按英國規(guī)范完成的鋼筋混凝土梁的配筋、選筋、撓度的計算、施工圖生成等一系列功能，雖然該軟件自動化程度高，出圖質(zhì)量好，但畢竟是基于英國規(guī)范的基礎上。而在國內(nèi)流行的工程智能化設計軟件如PKPM設計軟件，它還需要設計師們調(diào)整梁、板、柱的配筋，尤其是柱的配筋，PKPM軟件自

15、動生成的頂層柱配筋常常因為屋面梁傳遞來的彎矩比較大，配筋也較大，而下層由于梁傳遞來的彎矩較小，配筋也較小，形成大柱種在小柱上。這需要設計工程師進行人工調(diào)整。還有按照規(guī)范規(guī)定，同一構件中鋼筋的型號差別不宜大于兩個級別，也就是說在一個構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。但是在軟件自動出圖中常常會出現(xiàn)直徑為14的鋼筋和直徑為22的鋼筋一起使用的現(xiàn)象，這也要進行人工調(diào)整。以上說明我們還缺乏統(tǒng)一的智能化結構設計軟件。 4、扼殺土木設計師的創(chuàng)作靈感 俗話說：“建筑是凝固的音樂”這句話點明了建筑也是一種藝術，它是一門融科技、文化、藝術、哲學于一體的學科。任何土建設計師都需要藝

16、術家的靈感和天份，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，讓設計師的設計圖樣屈從于電腦的機械和準確。還有，不少設計單位為了能夠中標，將自己的設計投標文件，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創(chuàng)造。 綜上所述，CAD的使用提高了土木設計中的高效率、高質(zhì)量和高水平，同時也顯示了不完善的方面。因此，設計師們在使用過程中總結經(jīng)驗，注意克服CAD帶來的負面影響，努力提高自身的計算機知識和對土建規(guī)范的使用，促進CAD的健康發(fā)展。四、發(fā)展趨勢在上世紀

17、末，美國曾將CAD，CAM技術評為當時最具影響的十大科技成就之一。目前CAD技術的發(fā)展趨勢主要圍繞在標準化、開放式、集成化、智能化四方面。CAD技術具有廣闊的應用前景。（一）標準化除了CAD支撐軟件逐步實現(xiàn)IS0標準和工業(yè)標準外，面向應用的標準構件(零部件庫)、標準化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設計的應用方向發(fā)展。傳統(tǒng)形式的手畫工程圖已經(jīng)有了成熟的國際標準，相互都能理解。而存儲在磁盤、光盤上的形形色色的CAD二進制數(shù)字記錄，要想實現(xiàn)標準化就復雜、困難得多。由于STEP標準涉及的面非常寬，眾口難調(diào)，標準的制定過程十分緩慢，存在問題很多。CAD軟件一般應集成在一個異構的工作

18、平臺之上，為了支持異構跨平臺的環(huán)境，就要求它應是一個開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標準化技術來解決這個問題。目前標準有兩大類：一是公用標準，主要來自國家或國際標準制定單位；另一是市場標準，或行業(yè)標準，屬私有性質(zhì)。前者注重標準的開放性和所采用技術的先進性，而后者以市場為導向，注重考慮有效性和經(jīng)濟利益。后者容易導致壟斷和無謂的標準戰(zhàn)。因此提出應對傳統(tǒng)的標準化工作進行革新。有專家建議標準革新的目標是公用標準應變成工業(yè)標準，也就是說革新后仍應以公用標準為基礎，不過要從工業(yè)標準中吸收其注重經(jīng)濟利益和效率的優(yōu)點。（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9598NT和UNIX平臺上，在Java LI

19、NUX平臺上也有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技術的集成化體現(xiàn)在三個層次上：其一是廣義CAD功能CADCAECAPPCAMCAQPDMERP經(jīng)過多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動企業(yè)信息化進程。其二，是將CAD技術能采用的算法，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)絡計算環(huán)境實現(xiàn)異地、異構系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。國際CAD商品系統(tǒng)開發(fā)的另一個趨勢是在全球范圍內(nèi)優(yōu)選最成功的功能構件，進行集成。至今最成熟的幾何造型平臺有兩家：Parasolid和ACIS；幾何約束求解構件有一家，它的主要產(chǎn)品是2D和3D DCM。（四）智能化設計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活