土木工程CAD第一章 土木工程CAD概述

第一章土木工程CAD概述

第一節(jié)CAD基本概念第二節(jié)CAD的發(fā)展及其在土木工程中的應用

第二章土木工程CAD軟硬件環(huán)境

第一節(jié)土木工程CAD系統(tǒng)硬件環(huán)境第二節(jié)土木工程CAD系統(tǒng)軟件環(huán)境第一節(jié)CAD基本概念

一、什么是CAD

CAD是計算機輔助設計（ComputerAidedDesign）的簡稱。它是指以計算機為主要工具和手段進行產品或工程設計、繪圖、制表和編寫技術文檔等活動。它特別適用于承擔設計過程中機械、繁重的事務，使設計人員將更多的精力用于設計方案的比選和決策上，有利于提高設計質量和設計效率，使勞動密集型產業(yè)逐步被技術密集型產業(yè)所代替。

二、CAD的特點

1）提高設計效率，縮短設計周期；2）提高設計質量，優(yōu)化設計結果；

3）減輕勞動強度，充分發(fā)揮人智慧；4)有利于設計工作的規(guī)范化，成果標準化。

三、CAD技術的應用領域

1)

在飛機和制造業(yè)方面的應用

2)

在土木工程方面的應用

(1)

道路(2)

橋梁(3)

巖土(4)

房屋建筑

3)

在水利水電方面的應用

4)在電子方面的應用

5)在船舶制造方面的應用

6)其他方面的應用

四、CAD技術涉及到的學科和領域

CAD技術作為20世紀公認的重大技術成果之一，正在深刻地影響著當今工業(yè)界的各個行業(yè)和各個工程領域。它涉及到計算機科學、計算數學、計算幾何、計算機圖形學、數據結構、數據庫、軟件工程、仿真技術、人工智能等多學科多領域。

五、CAD系統(tǒng)基礎

CAD系統(tǒng)理論基礎技術基礎有限元方法計算機圖形學工程分析圖形圖像處理人機交互數據處理和管理軟件技術

六、CAD系統(tǒng)的組成

CAD系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)外圍設備主機數據庫科學計算圖形系統(tǒng)第二節(jié)CAD的發(fā)展及其在土木工程的應用一、CAD的發(fā)展歷史20世紀中期CAD準備階段1950年圖形顯示器誕生1958年平板繪圖儀誕生光筆和計算機聯接首次實現人機交互20世紀60年代CAD試驗階段DAC—I系統(tǒng)CADAM系統(tǒng)60年代到70年代CAD應用階段70年代到90年代高速發(fā)展和普及階段微機和工作站繪圖儀和圖形輸入AutoCADMicroStation可視化集成技術數據庫90年代至今網絡技術人工智能規(guī)劃信息管理規(guī)劃決策支持規(guī)劃設計CAD技術二、CAD技術在土木工程中的應用規(guī)劃工作設計工作施工工作初步設計技術設計施工圖設計涵蓋：建筑工程、城市規(guī)劃、市政工程、交通工程、水利水電工程等工程施工技術工程施工管理施工企業(yè)管理

第三節(jié)

土木工程CAD發(fā)展趨勢

當今計算機技術及相應支撐軟件系統(tǒng)的發(fā)展日新月異、更新迅速，大大促進了CAD技術的發(fā)展。CAD技術在軟件、系統(tǒng)方面的發(fā)展集中在可視化、集成化、智能化與網絡化技術方面。其具體內容包括：圖形仿真、多維空間顯示模型、多媒體技術、CAD虛擬環(huán)境、圖形支撐系統(tǒng)、（CAD、CAM和CAE）一體化信息集成、工程數據庫、專家系統(tǒng)、遺傳算法、人工神經網絡模型和網絡技術等。

1.可視化（VisualizationinScientificComputing，簡稱VISC）技術是國際上于80年代末期提出并發(fā)展起來的一門新技術，它是將科學計算過程中及計算結果的數據和結論轉換為圖象信息或幾何圖形，在計算機的圖形顯示器上顯示出來，并進行交互處理。

2.集成化（Integration）技術主要是實現對系統(tǒng)中各應用程序所需要的信息及所產生的信息進行統(tǒng)一的管理。達到軟件資源和信息的高度共享和交換，避免不必要的重復和冗余，充分提高計算機資源的利用率。

3.智能化技術是把人工智能的思想、方法和技術引進CAD領域而產生的。現有的傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)基本上都是采用基于算法的技術，這種方法比較簡單，處理的費用比較低，但處理能力局限性較大，特別是缺乏綜合和選擇、判斷的能力。系統(tǒng)在使用時常常需要較高專業(yè)知識和較豐富實踐經驗的設計人員，通過人機交互手段才能完成設計。智能化CAD系統(tǒng)是具有某種程度人工智能的CAD系統(tǒng)，它是基于知識的技術，目前主要通過在CAD系統(tǒng)中運用專家系統(tǒng)、人工神經網絡等人工智能技術來實現。

4.網絡化技術利用計算機網絡資源共享的特點，實現網絡中的硬件、軟件和數據共享，優(yōu)化資源配置，從而達到用較低的開銷獲取較好效果。利用網絡信息快速傳輸、遠程通訊的特點，將一個復雜的大型工程分成若干個較小的子工程，分散在幾個不同地點的終端上同時進行設計，通過網絡將各子工程數據和結果進行傳輸、交換、更新和匯總，最后完成全部設計任務，加快設計進度，提高設計效率。

5.虛擬現實技術虛擬現實技術是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中視覺、聽覺、運動等行為的人機界面技術，它將真是世界的各種媒體信息有機地融合進虛擬世界，構造用戶能與之進行各個層次的交互處理的虛擬信息空間。

虛擬技術的第一個特征是沉浸，讓參與者有身臨其境的真實感覺；第二個特征是交互，它主要通過使用虛擬交互接口設備實現人類利用自然技能對虛擬環(huán)境對象的交互考察與操作；第三個特征是構想，它強調的是三維圖形的立體顯示。運用虛擬現實技術，可以用狹小的空間代替廣闊的空間，可以體驗到由于危險、經濟代價高昂等原因而達不到的地方，還可以體驗到因大小關系而無法體驗的事情。利用虛擬現實技術還可以檢驗設計的合理性，如建筑物的外觀、道路線形等。虛擬現實技術在土木工程領域也有廣闊的應用前景，如景觀表現系統(tǒng)、交通規(guī)劃系統(tǒng)等。

6.3S技術3S技術是地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和遙感(RS)技術的一種簡稱。GIS、GPS、RS三者關系日趨緊密結合，共同構成一個對地觀測、處理、分析、制圖和工程應用的系統(tǒng)。GIS是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機系統(tǒng)。它將現實世界表達成一系列的地理要素和地理現象等地理信息，通過對信息的處理、分析來提供多種空間和動態(tài)地理信息，為地理研究和地理決策服務。

GPS是通過衛(wèi)星通信、測距和導航來獲取地面上靜止點和動態(tài)點的三維空間坐標。它是一種全新的測量手段，具有測量精度高、速度快、全天候作業(yè)、不受通視條件和點位限制等優(yōu)點。

RS技術是綜合了空間技術、無線電技術、光學技術和計算機技術在20世紀60年代發(fā)展起來的一門新技術。它利用光學、電子學、電子光學傳感器，不經與被測物體直接接觸，遠距離接收物體輻射或反射的電磁波信息，經過處理分析，從中提取對研究目標有用的信息。RS技術促使攝影測量發(fā)生了革命性的變化，目前已經發(fā)展到比較成熟的階段，在地理學和環(huán)境學方面有著廣泛的應用。利用RS技術可以對災害范圍進行實時跟蹤和監(jiān)控。利用衛(wèi)星照片或航片上含有的豐富信息，通過立體觀察和相片判譯來獲取道路沿線的各種地質、地貌、水文、建材等資料。

第二章土木工程CAD軟硬件環(huán)境第一節(jié)土木工程CAD硬件環(huán)境

在20世紀80年代國家有關部委組織專家論證時，曾選用VAX-II中型機，或Apollo小型機來配置CAD系統(tǒng)。自從80年代微型計算機的快速發(fā)展以來，原來要在中、小型計算機上才能實現的技術都已逐步引入微機領域。90年代，出現了奔騰586機型，其性能完全可以代替小型機。到目前為止，微型計算機系統(tǒng)幾乎可以滿足公路CAD領域內的所有任務。所謂硬件是指計算機系統(tǒng)實際存在的物理設備，包括計算機本身及其外圍設備。通常工程CAD微機系統(tǒng)的計算機配置由主機、外存儲器、輸出設備和輸入設備四部分組成，如圖2.1所示。顯示器接口主機CPU數字化儀鍵盤輸入設備打印機繪圖機輸出設備圖2.1CAD系統(tǒng)計算機配置光盤外存儲器硬盤軟盤

1.主機

主機主要由中央處理器及內存儲器兩部分組成。中央處理器簡稱CPU，它是計算機系統(tǒng)的核心，其主要功能是控制程序的執(zhí)行，完成數據的處理和對輸入輸出設備的控制。CPU主要由運算器和控制器組成。運算器負責對數據的加工處理，包括對數據的算術和邏輯的運算。控制器是指揮與控制計算機各功能部件協(xié)同動作、自動執(zhí)行計算機程序的部件。它把運算器、存儲器以及輸入輸出設備組成一個有機的整體，其基本功能是解釋指令的執(zhí)行。內存儲器是CPU可以直接訪問的存儲器，它用來容納當前正在使用的或者經常要使用的程序和數據。衡量主機的指標主要有三項：運算速度、字長和內存容量。

（1）運算速度以CPU每秒鐘可執(zhí)行的指令數目或可進行浮點運算次數表示，常以MIPS為單位，即每秒可執(zhí)行一百萬條指令，或用時鐘頻率（主頻）來表示運算速度。目前由Inter公司生產的Intercore2微機的主頻已達到2～4GB。

（2）字長

CPU在一個指令周期內能從內存提取并進行處理的數據位數稱為字長。字長越多，則計算機速度越快，計算精度也越高。字長取決于計算機芯片的類型，目前一般微機的CPU為32位,最近美國英特爾公司推出了64位的處理器，用于服務器和工作站。

（3）內存容量是指能夠存放信息的總數量，通常以為字節(jié)（Byte）為單位，內存容量的大小要受CPU地址總線位數的限制。例如某微機的內存容量為64MB，即65536KB，其中1KB=1024個字節(jié)。通常，機器能提供的尋址范圍要大于機器實際所安裝的存儲器容量。例如某微機CPU的地址總線為32位，所能提供的尋址范圍可達232=4GB，主板可支持512MB～1GB的內存，但一般實際只安裝32～256MB的內存。目前臺式機內存容量可達到16GB。

2.外存儲器微機系統(tǒng)常用的外存儲器主要有軟盤、可移動盤、硬盤和光盤存儲器等4種。

（1）軟盤軟盤是計算機廣泛配置的外設之一，其特點是容量小價格便宜。常用的軟盤有5.25in、3.5in和2.5in等幾種類型。由于軟盤存在容量小，讀盤速度慢，數據保存時間短等缺點，目前已被U盤和活動硬盤所替代。

（2）可移動盤包括優(yōu)盤和活動硬盤，是一種可移動外存儲器，與主機的USB插口連接，在Windows2000以上系統(tǒng)中使用，無須驅動程序可即插即用。常用優(yōu)盤的容量有2G、4G、8G、16G?；顒佑脖P可達到80G～320G存儲量。

（3）硬盤硬盤是計算機系統(tǒng)中重要的外存儲器，其特點是存儲數據量大，讀盤速度快，使用頻率高。硬盤的容量和性能是影響計算機系統(tǒng)的兩個重要因素，目前硬盤容量發(fā)展迅速，從幾GB至2TB，硬盤的旋轉速度已經超過10000r/min。目前市面上流行的硬盤種類繁多，主要有希捷、邁擴、鉆石、鯤鵬、西部數據、日立、三星等硬盤。

（4）光盤光盤是一種采用激光技術制作的存儲器，其特點是存儲數據量大，價格便宜，攜帶方便?，F在流行的光盤存儲器主要分兩類：CD(CompactDist)—ROM和DVD(DigitalVersatileDist)—ROM。CD—ROM光盤大致可分成只讀光盤、只寫一次光盤和可讀寫光盤3種。DVD—ROM光盤也稱數字視頻光碟，是利用MPEG2的壓縮技術來存儲影像，具有高密度、高兼容性和高可靠性等特點。目前光盤的旋轉速度已達10000r/min驚人速度。

3.輸入設備

用于CAD系統(tǒng)的輸入設備主要有：鍵盤、鼠標器、掃描儀、數字化儀等。

（1）鍵盤鍵盤是計算機中不可缺少的輸入設備，其使用頻率最高。通常微機鍵盤有83、84、101、102、104個按鍵，分為功能鍵、符號數字鍵、控制鍵和編輯鍵等。微機鍵盤與主機機箱分離，通過標準插頭或PS/2插頭或USB插頭與主機主板相連，二者之間實行半雙工串行通訊。

（2）鼠標器鼠標器分為光電式和機電式兩種。其控制光標移動的原理是把鼠標器的移動距離和方向變位脈沖信號送給計算機，再由計算機把信號轉換成顯示器光標的坐標，從而達到指示位置的目的。鼠標器按計算機通訊方式又可分為有線鼠標和無線鼠標兩種。無線鼠標包括紅外線型和無線電型。

（3）掃描儀和數字化儀①掃描儀掃描儀有三種，手持式掃描儀、平板式掃描儀和滾筒式掃描儀。用于CAD系統(tǒng)的掃描儀多為滾筒式掃描儀，也稱圖形掃描儀。掃描儀有三個主要指標：

●掃描幅面A0、A1、A2、A3、A4等●掃描速度約1分鐘輸入1張A0圖紙●掃描分辨率用每英寸生成的像素數目DPI(DotsPerInch)來表示。普通掃描儀的分辨率為300～2400DPI。適用于圖象掃描的小型掃描儀其分辨率可達5347DPI，如日本生產的SMART720掃描儀。

②數字化儀數字化儀是讀取圖形信息的輸入設備，其主要功能是將圖形轉換成坐標數據并輸入到計算機中。數字化儀按操作方式可分為自動式和非自動式（手扶跟蹤式）兩大類，人們通常所指的是手扶式跟蹤數字化儀。數字化儀主要由數字化平面板（也稱感應板）和定點設備（也稱定標器、游標、鼠標）兩大部分組成。其圖形數字化的工作原理是，在感應板內印刷著正交兩個方向格網陣列的等距平行線路，當定標器在感應板上移動時，定標器線圈發(fā)射正弦交流信號，它被格網陣列接收而產生電磁耦合，據此可以檢測出定標器的相位變化，計算出定標器的相對位置，并將這種位置信息以數字信號形式通過計算機接口送入計算機，從而實現對圖形的數字化。

數字化儀的種類繁多，一般有點方式、開關流方式、步進方式、連續(xù)式、增量式等幾種。數字化幅面有A0～A4幾種。對地形圖進行數字化時，主要采用點方式和開關流方式。點方式每次數字化一個點，其精度高而速度慢。開關流方式是一種動態(tài)數據采樣方法，適用于對等高線的數字化，其數據采樣是連續(xù)、動態(tài)的，數據量大，但數據采集精度偏低。

4.輸出設備公路CAD系統(tǒng)的輸出設備主要有：顯示器、打印機、繪圖機。

（1)顯示器顯示器分3種類型：CRT陰極射線管、液晶顯示器和等離子顯示器。CRT主要用于臺式機，后兩種主要用于筆記本電腦。顯示器的主要性能指標有屏幕尺寸、點間距、灰度等級或彩色數量、對比度、行頻、幀頻、掃描方式和分辨率等。

（2）打印機從打印方式上分打印機可分為擊打式和非擊打式。非擊打式打印機主要有激光打印機和噴墨打印機兩種。

①激光打印機由激光機頭和打印控制器組成。其中激光機頭由激光光源、旋轉反射鏡、聚焦透鏡、感光鼓等幾部分組成?？刂破鞯闹饕δ苁墙邮苤鳈C傳來的數據與控制碼，經過處理后交給激光機輸出。激光打印機是頁輸出設備，每次印刷一頁，以每分鐘輸出的頁數來確定印字速度(ppm)，一般每分鐘能印刷8～12頁。

②噴墨打印機噴墨打印機是墨水通過精細的噴頭噴到紙面而產生圖象。由于各著名生產廠所掌握的噴墨專利技術各不相同，噴墨打印機可分為三類產品：●HP噴墨打印機采用噴嘴后方加熱設計，使在噴嘴管內的墨水能經由加熱過程的體積變化所產生的推力而自噴嘴噴出?！馛ANON噴墨打印機采取氣泡噴墨原理，經由在噴嘴管壁上的加熱器加熱產生氣泡，使氣泡前端的墨水被氣泡膨脹擠出噴嘴?！馝PSON噴墨打印機采取電壓式噴嘴技術，它以薄膜壓電振蕩器產生高頻振蕩，激發(fā)墨水自噴嘴噴出。

（3）繪圖機繪圖機可分為兩大類：筆式繪圖機和無筆繪圖機。

①筆式繪圖機也稱為向量繪圖機，它由控制器和插補器組成?？刂破髦饕袚c主機交換信息、解釋繪圖命令、處理加工繪圖數據等功能，插補器則完成直線補插、速度和加速控制?？刂破髋c插補器之間的信息交換，采用內存共享方法實現。

②無筆繪圖機主要類為噴墨繪圖機，其繪圖原理與噴墨打印機相似，是繪制大幅面工程圖的主要設備。噴墨繪圖機的主要性能參數有：最大繪圖幅面：國內標號一般用A0～A4表示，歐洲標號則采用A、B、C、D、E。最大繪圖速度：指繪圖機的最大軸向速度，通常在1.5m/s以下。繪圖分辨率：繪圖機驅動的最小步長，其選則范圍從0.01mm～0.1mm。選用的分辨率越高，繪出的曲線越平滑，但繪圖速度越慢。適用的繪圖紙類型：指能實現最大繪圖速度和最高分辨率時所要求的繪圖用紙。靜電式、熱敏式繪圖機均要求使用特殊的專用繪圖紙。噴墨式繪圖機紙對也有一定的要求，否則不能保證圖形質量。接口標準：指與計算機進行連接時的接口選擇類型。一般繪圖機都有RS-232C、DB-25P等多種接口，可以方便地與計算機連接。

5.網絡設備計算機網絡利用通信線路和通信設備將多臺計算機通過特定的通訊模式連接起來的計算機群，計算機網絡一般由計算機系統(tǒng)、數據通信系統(tǒng)、網絡軟件及網絡協(xié)議組成的。計算機系統(tǒng)和數據通信系統(tǒng)組成了網絡硬件系統(tǒng)，網絡軟件和網路協(xié)議組成了網絡軟件系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)通常采用局域網，其網絡硬件系統(tǒng)由網絡服務器、工作站、網絡適配器俗稱網卡、傳輸介質、網絡互連設備(中繼器、集線器、網橋、路由器、網關和交換機)等組成。

1)網絡服務器(Server)。它是整個網絡系統(tǒng)的核心，負責數據處理和網絡控制，為網絡用戶提供服務并管理整個網絡，在網絡CAD系統(tǒng)中主要是小型機或高檔計算機。根據其負責的網絡功能不同可以分為文件服務器、通信服務器、應用程序服務器和打印服務器等類型。2)工作站(Workstation)。工作站又稱客戶機，它是網絡中數量多、分布廣的終端設備，是用戶進行網絡操作、實現人機對話的工具。工作站的性能一般低于服務器，在局域網中，以PC機替代終端為主，其優(yōu)點是它既能作為終端使用又能作為獨立的計算機使用。

3)網絡適配器(NetworkInterfaceCard,NIC)。又稱網卡或網絡接口卡，它是局域網中最基本和最重要的設備之一。網卡在網絡中有雙重功能，一方面負責接收網絡中的數據包，并將其解包將數據傳輸給本地計算機，另一方面它又將本地計算機的數據打包后送入網絡。在局域網中網卡一般分為服務器網卡、工作站網卡、筆記本網卡和新型無線卡等。

4)傳輸介質。傳輸介質是傳輸數據信號的物理通道，將網絡中各種設備連。常用的有線傳輸介質有雙絞線、同軸電纜、光纖線；無線傳輸介質有無線電微波信號、激光等。5)中繼器(Repeater)。用于連接同類型的兩個局域網或延伸一個局域網。當安裝一個局域網而物理距離又超過了線路規(guī)定長度后，就可以用它來延伸，中繼器也可以收到一個網絡信號后將其放大發(fā)送到另一個網絡，從而起到連接兩個局域網的作用。中繼器不能連接兩個不同類型的網絡，不能將網絡中的通信分段。6)集線器(Hub)。將網絡中多臺設備連接在儀器進行集中管理的重要設備。其主要功能是對接受到的信號進行再生放大，以擴大網絡的傳輸距離，此外還有對信號的檢錯能力。在小型局域網中，按集線器傳輸信號速度的不同可分為10MB、100MB和10/100MB自適應型三類；在規(guī)模較大的局域網中使用1000MB和100/1000MB自適應型兩類。7)網橋(Bridge)。是一種數據鏈路層上的網絡互聯設備，負責在數據鏈路層將信息幀進行存儲和轉發(fā)?？捎糜谶B接同構局域網，也可用于異構網。

8)路由器(Router)。它是網絡層的互連設備，能實現局域網之間、局域網和廣域網之間的互聯，在不同的網絡之間存儲轉發(fā)分組。它能從多條路徑中選擇最佳路由轉發(fā)數據，能夠識別多種網絡協(xié)議，此外還可以利用它來監(jiān)視網絡的數據流動、網絡設備的工作情況。9)網關(Gateway)。網關用來互連完全不同的網絡，其主要功能是把一種協(xié)議變成另一種協(xié)議，把一種數據格式變成另一種數據格式，把一種速率變成另一種速率，以求得兩者統(tǒng)一。10)交換機(Switch)。是一種先進的網絡互連設備，目前正在迅速代替集線器，成為組建和升級局域網的首選設備。集線器只是一個多端口的轉發(fā)器，所有端口爭用一個共享信道帶寬。而交換機是一個多端口的網橋，它為用戶提供獨占的、點對點的連接、所有端口均有獨享的信道寬度，能同時進行多端口的數據傳輸，提高效率，減少錯誤和共享沖突。

第二節(jié)土木工程CAD軟件環(huán)境計算機軟件是指計算機程序、方法、規(guī)則和相關的文檔資料以及在計算機上運行時所必須的數據。在CAD系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的物質基礎，而軟件則是CAD系統(tǒng)核心。一個完整的CAD系統(tǒng)軟件應包括：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應用軟件等三個部分。1.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件通常是與計算機硬件密切相關的那些比較底層的支持軟件，起著擴充計算機功能、合理調度與正常運行計算機的作用。它包括操作系統(tǒng)、各種設備驅動程序、高級語言編譯系統(tǒng)和網絡通訊軟件等。系統(tǒng)軟件具有兩個明顯的特點：一是公用性，在任何應用中都是不可缺少的；二是基礎性，系統(tǒng)軟件是一些底層支持軟件，支撐軟件和應用軟件都需要在統(tǒng)軟件的支持下才能運行。

（1）操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)負責協(xié)調、統(tǒng)一管理和分配計算機資源，并控制用戶在各個階段對計算機硬件的使用。操作系統(tǒng)種類很多，在微機上常用的操作系統(tǒng)有DOS系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)。DOS系統(tǒng)是早期的磁盤操作系統(tǒng)，現幾乎被Windows操作系統(tǒng)淘汰。Windows操作系統(tǒng)由Microsoft公司于1985年發(fā)布以來（Ver1.0）,迅速在整個計算機領域內擴展，1992年發(fā)布了16位的Windows(Ver3.1),現已發(fā)展到32位的WindowsXP、Windows7系統(tǒng)其性能更加優(yōu)越。目前，微軟公司已推出最新版本的Windows8系統(tǒng)，其性能兼容了以前版本的優(yōu)點。

（2）編譯系統(tǒng)和程序設計語言

簡單地說編譯系統(tǒng)是把用高級語言編寫的程序翻譯成機器指令，并由計算機執(zhí)行這些指令，而程序設計語言是用于編寫計算機程序的計算機語言。隨著計算機硬件的發(fā)展，計算機語言經歷了機器語言、匯編語言、高級程序設計語言等3個過程。機器語言是用二進制代碼指令(0,1)來表示的計算機能直接識別和操作的機器指令；匯編語言是以符號指令來替代機器指令的符號程序，符號指令不能直接被計算機識別和執(zhí)行，必須將它翻譯成機器語言后才能執(zhí)行，這個翻譯工作由匯編程序來完成；高級語言是比較接近于人類自然語言和數學語言，它獨立于機器，通用性強。用高級語言編寫的源程序機器是不能直接識別和執(zhí)行的，必須通過編譯系統(tǒng)將它翻譯成機器語言，才能執(zhí)行。適用于微機土木工程CAD系統(tǒng)的程序設計語言有C++、Basic、Pascal、Fortran和適用于Windows操作系統(tǒng)下的可視化編程軟件VisualBasic、VisualC++等。

2.支撐軟件

支撐軟件是CAD軟件系統(tǒng)的核心，它是為滿足CAD工作中一些用戶共同需要而開發(fā)的通用軟件。它主要包括計算分析軟件、圖形支撐軟件、數據庫管理系統(tǒng)和網絡通訊系統(tǒng)等。

（1）計算機分析軟件

它主要解決工程設計中各種數值計算問題。主要有：●常用數學方法程序庫：它提供了諸如解微分方程、線性代數方程、數值微分、有限差分，以及曲線曲面擬合等數學問題的計算機程序?！裼邢拊Y構分析：目前有限元在理論上和方法上均以比較成熟，而且求解的的范圍也日益擴大，除了固體及流體力學問題外，還應用于金屬及塑料成型、電磁場分析、無損探傷等領域，在工程設計上應用十分廣泛。商品化的有限元分析軟件很多，其中有國外開發(fā)的如SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS和國內開發(fā)的DDJ、TBSA等，它們均有較強的前后處理功能，能滿足各種不同工程領域的需求。其中，由美國ANSYS公司開發(fā)的大型有限元分析軟件ANSYS已廣泛用于我國工程設計領域，解決結構分析問題。

●優(yōu)化設計軟件：優(yōu)化設計是在最優(yōu)化數學理論和現代計算技術的基礎上，運用計算機尋求設計的最優(yōu)方案。常用于解決結構優(yōu)化設計、規(guī)劃、決策等問題。隨著優(yōu)化技術的發(fā)展，國內外已有許多成熟的算法和相應的計算機程序。（2）圖形支撐軟件

作為CAD系統(tǒng)的圖形支撐軟件應該滿足交互繪圖功能和開放性兩個方面的要求，繪圖功能可通過人機交互方式進行圖形繪制、編輯、尺寸標注、文本標注、三維建模等操作。開放性包括良好的二次開發(fā)能力、方便的開發(fā)工具、實體擴充機制、數據交換和數據庫操縱能力。目前，國際上比較流行的通用圖形系統(tǒng)件有AutoCAD、CADkey、ironCAD、Microstation、3D-DCM等。比較流行的三維實體建模軟件有CATIA、ICEM、EUCLID、IDEAS等。此外還有著名的機械設計和制造領域內的軟件UG、Pro/Engineer、SolidWorks、SolidEdge等。

獲取圖形支撐軟件的方式有兩種：一種是開發(fā)有自主產權的圖形支撐系統(tǒng)，這種方法需要投入大量的人力資源，研制周期長，很高的開發(fā)水平。實力雄厚的軟件公司可以采用這種方法，比如德國的IB&T軟件公司開發(fā)的土木工程設計軟件CARD/1，具有獨自的圖形平臺；

另一種是選用已有的功能強大、性能穩(wěn)定、具有開放功能的交互式繪圖軟件，這種方法可以充分發(fā)揮人力資源，將主要開發(fā)力量投入在研制CAD應用軟件上，國內外許多優(yōu)秀CAD應用軟件均采用這種方式，如美國的EaglePoint軟件是基于AutoCAD平臺的，挪威的NovaCAD軟件是在Microstation上開發(fā)的。在基于PC平臺的圖形系統(tǒng)中，美國Autodesk公司的AutocAD系統(tǒng)因其功能強大、性能價格比高、易學易用而被廣泛應用。此外AutoCAD還具有開放的體系結構，允許用戶和開發(fā)者在幾乎所有方面對其進行擴充和修改，即進行二次開發(fā)，能最大限度滿足用戶的特殊要求。特別是該軟件提供的各種編程工具和接口，為用戶的二次開發(fā)創(chuàng)造了十分便利的條件。AutoCAD程序開發(fā)是通過AutoCAD應用程序接口(API)來實現的，AutoCAD提供的API方式主要有四種:AutoLISP、ADS、ARX、ActiveXAutomation。ActiveXAutomation是從R14起，AutocAD提供的全新開發(fā)技術。借助ActiveXAutomation的強大功能，開發(fā)者可以在自己的程序中控制和訪問AutoCAD中實現的對象，可以最大限度地利用以前和其它廠商的控件，用VisualBasic、VisualC++等進行系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)。選擇AutoCAD作為橋梁工程CAD集成系統(tǒng)的圖形支撐，不僅具有廣泛的應用基礎和廣闊的推廣前景，而且系統(tǒng)本身具備良好的開放性，能夠滿足土木工程CAD的要求。

(3)數據庫管理系統(tǒng)

土木工程CAD系統(tǒng)要處理大量的設計數據和設計模型，為保證這些信息的一致性、完整性、安全性和實現多用戶共享等，公路CAD系統(tǒng)必須具備數據庫管理能力。采用數據庫管理系統(tǒng)的主要目的是有效地在各功能模塊之間進行數據交換和信息管理，為用戶與數據之間提供接口。采用核心數據庫支撐，系統(tǒng)從數據庫中讀取前面模塊生成的各種數據和信息，通過分析、處理后又將結果保存到數據庫中，供后面模塊和其它軟件訪問。它不用編制數據轉換程序，這樣可以減少數據冗余，實現數據共享，使維護和擴充工作變得相對簡單。數據庫模型主要有：層次模型、網狀模型、關系模型、關系-對象模型和面向對象模型等。目前，關系型數據庫產品可分為兩大類，即桌面數據庫和大型數據庫。國內外比較流行的桌面數據庫產品有Borland公司的DBase和Paradox、微軟公司的F