CAD技术在我国土木工程领域的应用与发展

郑州大学现代远程教育 土木工程 CAD 课程论文 CAD 技术在我国土木工程领域的应用与发技术在我国土木工程领域的应用与发 展展 学 号 姓 名 完成时间 2014 10 14 CAD 技术在我国土木工程领域的应用与发展技术在我国土木工程领域的应用与发展 摘要 摘要 本文主要简述 CAD 发展简史 应用现状 以及未来发展趋势 CAD 技术以简单 快 捷 存储方便为特点 在工程设计中承担着不可替代的作用 当前 CAD 在土木设计中应 用广泛 本文详细分析了 CAD 在实际工作中的使用情况 对 CAD 在土木设计工作中优势和 劣势进行了探讨 并提出了一定的见解 关键词 关键词 CADCAD 技术 土木设计 优点 缺点 发展技术 土木设计 优点 缺点 发展 Abstract This paper mainly introduces CAD development history application statusand future trend of development CAD technology in a simple fast convenient for storage characteristics in engineering design bearsirreplaceable role at present CAD is widely used in civil engineering design this paper makes a detailed analysis of the use of CAD in the practical work to CAD advantages and disadvantages in the work in civil engineering design is discussed and put forward some opinions Key word CAD technology civil engineering design advantages disadvantages development CAD Computer Aided Design 诞生于 60 年代 是美国麻省理工大学提出 了交互式图形学的研究计划 由于当时硬件设施的昂贵 只有美国通用汽车公 司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统 计算机辅助设计 CAD Computer Aided Design 指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行 设计工作 它是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力来进行 工程的设计和分析的一种技术 它是综合计算机技术和土木工程设计方法的一 门新兴学科 是与计算机软硬件及工程设计方法的发展而发展起来的 它集成 了计算机 图形学 数据库技术 数值分析等技术 随着软硬件技术的不断发 展及工程方法的更新换代 CAD 技术也日趋完善 已经广泛应用于电子 轻工 纺织 服装 医疗 国防及工程设计等国民经济的各个领域 发挥了极大的经 济技术效益 CAD 技术最早应用于汽车工业 随后随着计算机软硬件的发展及普及 逐 渐扩展到其它领域 包括土木工程领域 在土木工程领域 它包含工程设计中 采用计算机技术辅助分析 计算和绘制图形的全过程 我国在土木工程中使用 CAD 技术开始于上世纪八十年代 在开始阶段 主要依靠外国引进的通用或专 用图形软件包在屏幕上做交互式图形设计 与结构计算与分析没有结合 参与 者主要是长期与计算机打交道的专门人员 到八十年代末期 由于较高性能的 廉价计算机的普及 土木工程 CAD 才有了真正的发展和较广泛的应用 在很 大程度上推动了 CAD 技术在我国土木工程上的应用和发展 土木工程 CAD 的应用包含以下方面 1 建筑与规划设计 用于绘制建筑 规划类图纸 如建筑施工图 效果图 规划效果图 桥梁的造型设计等 其软件有天正建筑软件 中国建筑研究院的 APM PKPM 的建筑模块 QXCAD 一种桥型设计软件 3 D M A X M A Y A 计 构造设计指根据结构计算的结果 完成构件和截面的选配筋的构造 设计 绘制施工图是用 CAD 取代传统的手绘来完成施工图纸的绘制 3 给 排水设计 用于给水 排水方面的计算与绘图 4 暖通设计 用于取暖与通 风方面的设计 5 电气设计 强弱电方面的辅助设计 6 施工组织与设 计 用于施工项目的项目管理 施工工艺的流程设计与优化 施工现场布置等 7 工程项目的预决算 从广义上说 这也算 C A D 在土木工程上的一个应 用 8 其它方面的 比如家庭装修等 以上所列只是 CAD 技术在土木工程上应用的主要方面 在实际工程中 还有很多的边缘的 交叉的的新兴的应用技术在开花结果 日新月异 一 毋庸质疑 CAD 技术的长处使得人们趋之若骛 它有以下几项优点 1 劳动强度降低 图面清洁 手绘绘图 工作人员常常手里拿着几只不同粗细的墨笔 丁字尺 三角板 曲 线板等工具不停的在手里更换 而且一旦画错 修改非常费事 甚至从头来过 图面 修修补补显的脏乱 用 CAD 绘图则可以一只鼠标做你想做的任何事情 它有统一的线型库 字体 库 图面整洁统一 CAD 软件所提供的 UNDO 功能让你不必担心画错 它可以使 你返回到你画错之前的那一步 你更可以在电脑系统后台运行一些音乐播放软 件 一边听音乐一边工作 CAD 软件绘图真正做到方便 整洁 清洁 轻松 2 提高设计工作效率 土木设计过程一般经过提条件 方案设计 初步设计 施工图设计 各工 种之间的配合默契与否 条件与方案改变大小都直接影响着制图的速度 传统 的手工制图方式下 各阶段各工种之间的不同设计成果要分时制作 在 CAD 制图中 实现了各工种间的图纸资料互换 即使方案有所调整 设计人员只需 在原有的设计图纸上加以调整 从而减少大量重复劳动 提高了工作效率 3 增强计算功能 提高精确度 土木工程设计不同于其他领域的设计 它需要正确无误地计算出裂缝宽度 挠度 承载力 配筋面积 而且在实际工程中 要先符合设计规范地对各个结 构构件如梁 板所承受的各种外部荷载 再根据 混凝土结构设计规范 规定 进行计算和调整 如果计算数值稍有偏差或参数取值不符合规范要求 便会造 成设计出的产品不合设计规范 不经济 严重的还会造成人民生命 财产的巨 大的损失 4 提供动态的检验效果 结构的板 梁 柱 墙的设计要考虑其他专业的相容性 相配性 如管道 设备不能和梁 柱相碰等 从实践中可知道任何工程都可以从形态上拆分为圆 柱体 斜圆柱体 圆锥 圆台 斜圆台 球体 球冠体 圆形断面环体 矩形 断面环体以及多面体等基本形体 为此 CAD 制图中 可以在真色彩 真三维 光照的情况下 按物体的运动轨迹构造出一个虚拟的实体 在房屋中实时漫游 检查虚拟的实体与管道 设备 墙 梁 柱 门 窗等物体不发生碰撞 预先 感受结构的空间效果 以便在发现问题的地方仔细端详 修改 直至满意为止 这给了工程设计师在设计工程提供非常有益的帮助 5 资料管理方便 CAD 软件制作的图形 图像文件可直接存储在软盘 硬盘或刻成光盘存储 从而避免资料因受潮 虫蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失 电子数据的保 存年限可以延长至 50 年 一个设计院的整柜整柜的资料被几张光盘所替代 查 找和管理都比较方便 6 数据传输的信息化 随着信息技术 网络技术的普及和 CAD 智能化的应用 跨地区合作设计 异地招投标 在家工作 等都成为可能 如 1992 年日本执行的 CALS 综合 信息系统 研究 其就是指企业和机关不受部门企业间特定机器和系统的制约 利用网络进行开发设计运筹及运用全过程的公用系统工程 二 CAD 在土木工程中的缺陷 CAD 技术在给土木设计业带来巨大效益的同时 其劣势也随之发挥作用 也不可避免地滞缓了其发展 具体表现如下 1 CAD 技术促使土木设计领域中人 财 物浪费加剧 CAD 技术需要相关的软件 运转速度较快的电脑以及熟练掌握电脑的设计 师 网络维修人员等 购买任何正版的工程建筑软件都要花费 1 2 万元 设计 师们还要开展专门培训工作 总之 备齐所需的人力和财力则价值不菲 同时 在使用过程 设计师们只能看到面前的一处图纸 而土木工程设计是一个系统 工程 只看到一处图纸是远远不够的 它需要一整套图纸打印后才能看清楚 电脑图纸需要经过输出后才能实现审核 修改 再审核 再修改直至正式出图 增加了单位成本和社会成本 2 工种配合默契与否及信息传递的速度影响工作效率 众所周知 土木工程设计是一个系统工程 它涉及到许多专业和步骤 每 个设计师在设计任何图纸时不仅要考虑自身设计的合理性 还要考虑与本专业 和其他专业设计人员设计上的协调性 完整的土木工程设计流程从合同签定起 点经过测量数据 地质调查数据 设计说明 打印图纸 施工管理计划等步骤 其所需的数据量是非常大 任何数据变动 就会造成设计方案的变化 所以在 动手设计前 要根据现况 地质 道路 建筑物 生产设施的关系进行规划 设计 施工 使用和管理 而地质 地物 道路的考察由建设单位来进行 生 产设施之间的配合关系论证由勘察设计院来进行 大量数据的整理 交换 组 合都需要时间 任何环节的阻塞和停滞都会影响完成工作效率 3 缺乏统一的智能化结构设计软件 目前的专业软件 如 PKPM 软件 大多数只停留在二维基础上 充其量只 是个绘图工具 缺乏智能化 智能化结构软件不仅体现三维立体图镜像 而且 能自动执行相应的规范 设计所需参数取值不但要在经济范围内 还要便于施 工 如中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部和新加坡建屋发展局开发的 BEAM CAGE 软件 是按英国规范完成的钢筋混凝土梁的配筋 选筋 挠度的 计算 施工图生成等一系列功能 虽然该软件自动化程度高 出图质量好 但 毕竟是基于英国规范的基础上 而在国内流行的工程智能化设计软件如 PKPM 设计软件 它还需要设计师们调整梁 板 柱的配筋 尤其是柱的配筋 PKPM 软件自动生成的顶层柱配筋常常因为屋面梁传递来的弯矩比较大 配筋 也较大 而下层由于梁传递来的弯矩较小 配筋也较小 形成大柱种在小柱上 这需要设计工程师进行人工调整 还有按照规范规定 同一构件中钢筋的型号 差别不宜大于两个级别 也就是说在一个构件中如果使用了直径为 16 的钢筋 那就不能使用直径为 22 以上的钢筋 但是在软件自动出图中常常会出现直径为 14 的钢筋和直径为 22 的钢筋一起使用的现象 这也要进行人工调整 以上说 明我们还缺乏统一的智能化结构设计软件 4 扼杀土木设计师的创作灵感 俗话说 建筑是凝固的音乐 这句话点明了建筑也是一种艺术 它是一 门融科技 文化 艺术 哲学于一体的学科 任何土建设计师都需要艺术家的 灵感和天份 这种灵感和天份在处理建筑物的造型方面应有不少的 模糊感 但 CAD 制图所要求的尺寸精确消磨和扼杀了这种灵感和天份 让设计师的设 计图样屈从于电脑的机械和准确 还有 不少设计单位为了能够中标 将自己 的设计投标文件 尤其是总平面效果图 做得非常精致美观 不惜投入大量的 人力物力在 CAD 的制图上 而忽略了总平面布置图的建筑效果和建筑师的艺 术创造 综上所述 CAD 的使用提高了土木设计中的高效率 高质量和高水平 同 时也显示了不完善的方面 因此 设计师们在使用过程中总结经验 注意克服 CAD 带来的负面影响 努力提高自身的计算机知识和对土建规范的使用 促进 CAD 的健康发展 CAD 新的发展趋势 自从上个世纪 CAD 软件出现以来 就以绘图效率高 速度快 准确性高 等独特优势迅速在暖通行业中得到广泛应用 几十年以来 CAD 软件在相当程 度上改变了暖通行业的面貌 那么 暖通 CAD 软件有什么新的发展趋势呢 第一 正版化 逐渐成为主流 若干年前 由于市场发育不完善 正版价格过高 缺乏配套服务等原因 盗版 CAD 软件一度占领了暖通 CAD 的大部分市场 然而 盗版 CAD 软件的 应用会显著带来法律风险 安全风险 某设计院由于使用盗版 CAD 软件成为 被告 某项目由于使用盗版 CAD 软件 被 CAD 软件提供方索赔 3000 万元 等信息时常见诸报端 更为严重的后果是 盗版软件给刚刚兴起的民族软件产业带来致命打击 一旦盗版软件继续泛滥 那么本来就脆弱的民族 CAD 软件商将不得不黯然退 出市场 好在 随着经济的不断发展 版权意识的逐步增强 正版化已经成为了中 国暖通设计行业不可逆转的趋势 盗版软件的风险为越来越多的人认识到 使 用正版软件是保障企业做大 做强的坚实基础 某暖通设计公司总裁对此深有感触 他指出 现在很多客户都明确要对使 用未注册软件承担相关法律责任的条款 并要求注明软件研制者 版本号 特 别是在承担一些大型项目的时候 对于软件的正版化要求就更为严格 一旦出 现问题 将会造成数十倍于软件采购成本的损失 为了防止此类事故 他在去 年将公司所有暖通 CAD 软件都换成了浩辰暖通 CAD 软件 目前 暖通设计已经形成了 国产 CAD 软件为主 国外 CAD 软件为辅 的市场格局 浩辰 CAD 的市场总监对此对笔者谈到 一方面 CAD 行业内 的版权保护形势已经比前几年大有改观 很多公司都养成了使用正版软件的习 惯 另一方面 我们自主研发的浩辰暖通 CAD 2011 在性能上不弱于国外同类 产品 而且在性价比 服务上相对国外软件品牌有着显著的优势 因此赢得了 越来越多设计院得青睐 第二 功能面向实用 作为一种设计软件 暖通 CAD 开发的目标应该是以实用为主 从暖通工 程师的实际需求出发 然而 很多 CAD 软件都容易犯一个毛病 那就是在软 件设计中过分的追求华丽 复杂 以绘制出三维图形 或独立拥有某一套标准 而自豪 殊不知 很多这样设计出来的效果在实际工作中根本无法得到应用 其结果也仅是 中看不中用 开发暖通 CAD 软件不同于其它领域 其往往对一些图形元素或一些数据 有着很严格的要求 并随着时间而不断发展变化 这就需要软件开发者要有丰 富的暖通设计经验 能够清楚的了解哪些数据是需要的 哪些不需要 这样能 做到实用为主 从而避免不必要的资源浪费 通过浩辰 CAD 研发部 我们获悉 浩辰暖通 CAD 2011 录入了最新的 中国建筑热环境分析专用气象数据集 还录入了 采暖通风与空气调节设计 规范 GBJ 19 87 安徽省居住建筑节能设计标准 DB34 T754 2007 贵州 省居住建筑节能设计标准 DBJ52 49 2008 等标准 这样就在数据层面保证了 软件的规范性 第三 功能定制 市场细分 成为市场制胜点 客观来说 现在 CAD 软件已经进入了相对成熟期 在短时间内出现革命 性变革的可能性较小 这个时候 更符合行业用户的软件设计往往意味着更受 市场欢迎 在暖通 CA