、ｌ 甸 化 ＣＡＤ技术在土木工程中的应用研究 ＣＡＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ 叶龙，刘明凯，李向召 ＹＥ Ｌｏｎｇ，ＬＩＵ Ｍｉｎｇ—ｋａｉ．ＬＩ Ｘｉｏｎｇ—ｚｈａｏ （安阳师范学院建筑工程学院，安阳４５５０００） 摘要：随着ＣＡＤ技术发展的日益完善，其在土木工程中得到越来越广泛的应用，本文详细论述了ＣＡＤ 技术在土木工程中的应用范围，对ＣＡＤ技术的优缺点以及目前所存在的一些问题进行了细致的 研究。 关键词：ＣＡＤ技术；土木工程；设计 中图分类号：ＴＵ一０５ 文献标识码：Ａ Ｄｏｉ：１ ０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１１．６（下）．５Ｏ 文章编号：１ ００９—０１ ３４（２０１ １）６（下）－ｏｌ ５３－－０３ ０引言 ＣＡＤ技术的不断发展和应用领域的日益扩大， 导致了传统设计方法的重大改革。传统设计要求 人们根据经验创造设计方案，然而，随着结构的 重要的，要考虑的因素有很多，包括社会经济， 自然条件和环境因素等。任何一项规划都关乎项 目的成败。应用于这一阶段的ＣＡＤ系统包括三类， 其一是规划信息的查询与存储系统，例如地理信 息系统，城市信息系统，该系统主要主要采 复杂化和大型化，单纯依靠人为地反复比较和选 择，势必使方案的选择受到极大的。利用计 用数据库系统形式；其二是信息分析系统，例如 城市规划信息分析系统；其三是规划辅助表现及 制作系统，例如景观表现系统。 算机高速、大存储及逻辑判断功能可使经验设计 代之以理性设计，近似设计代之为准确设计。由 于计算机速度和容量的不断增长，体积和价格的 不断下降以及各种外围设备的迅速发展，使计算 机处理图像的能力日益增强，在这种条件下，曾 经以数据计算为主的电子计算机逐渐成为可以在 各个环节下帮助工程师完成设计任务的工具。 １．２应用于设计中 一个完整的土木建筑设计过程包括选定结构 形式、假定形状尺寸、结构模型化、结构分析与 验算、绘制图面、材料计算等过程。因为结构设 计是ＣＡＤ技术在土木建筑工程中最早应用的，所 以有关设计ＣＡＤ系统的发展比较成熟。 如在对桥梁的结构设计中。首先利用ＣＡＤ软 件对桥梁结构进行实体建模，如图２所示，然后 分析了桥梁截面情况和受力后情况，按照实际情 １ ＣＡＤ技术在土木工程中的应用范围 随着ＣＡＤ技术的不断完善和发展，ＣＡＤ技 术已是土木工程行业中应用最广泛和发展最快的 技术之一。目前ＣＡＤ技术已参与到土木工程的规 划、设计、施工等各个阶段，使用ＣＡＤ技术的意 况对桥梁的受力和变形进行了准确的估算，为工 程质量提供的保障。 义不仅仅在于提高了企业的技术水平，更成为同 其他企业进行竞争的重要手段。 １．３应用于施工中 土木建筑工程的施工过程包括投标报价，施 工调查，施工组织设计，人员、器材和资金调配， 具体施工及项目工程管理和验收等。而ＣＡＤ技术 在每一个环节中都得到了广泛的应用。我国已采 用了投标报价与合同管理、工程项目管理、网络 图１ ＣＡＤ技术应用范围 计划等系统，现在国外已经开发出建筑物和构筑 物的集成施工系统，ＣＡＤ技术的应用，有效的提 １．１应用在规划中 在一个工程中，对项目的前期规划是非常 高了企业的技术实力和管理水平。 收稿日期：２０１１－０１－３０ 作者简介：叶龙（１９９０一），男，四川泸州人，本科在读，学士，研究方向为土木工程。 第３３卷第５期２０１１－６（下） 【１５３ｌ 、ｌ生 匐 化 ￡ 』Ｉ Ｈ…吨。 嘣ｌｎｎ “ ｒ¨… ！ Ｍ ｔ Ｈ 群 Ｄ霉目ｘ｛ ｆ葫 西ｊ鼯矗毒孓堍 黪蠡 ，南巍 曝舔臻霉矗赣磅 瞎氟舞凄 ％ 鼍 罐 ‰ 酶 毽靛§ 漫 ｌ十 图２桥梁实体模型 Ｅ ｌ驰 №ｗ Ｅ 母’）Ｐｅ ｐ ¨… ｛ ｛ 鲫 ０溶 ｘ Ｉ辞岛螭 能 蛰毒 ＆ 杂 群 褥曝套辱奄毽 鼹 舞圣津 峨 ｌ ．遘 避 墼璧竺！塑 图３桥梁截面形状 １．４应用于维护管理中 为解决建筑物的老化与功能下降问题，对建 筑物必须进行定期的维护与管理，主要是定期检 查、维护与加固。在维护管理中最早应用ＣＡＤ技 术的是煤气、上下水管线图的计算机管理，主要 是管线的位置和管线埋设条件。由于采用了维护 管理系统，较大的降低了管路的分析与检查的工 作难度。随着ＣＡＤ技术的进步，近年来又出现了 以数据库为中心，道路设施维护管理的ＣＡＤ系统， 该系统可以保存定期检查结果信息，还可以辅助 维修和加固规划设计。 ２ ＣＡＤ技术的优劣势 ２．１ ＣＡＤ技术在土木工程中的优点 传统的手工绘图需要十几种绘图工具，而且 一旦出错，就要在图纸上进行涂改，这样就影响 了图纸的整洁和美观。而ＣＡＤ制图只需要装有绘 图软件的电脑、打印机和鼠标就可以完成任何复 ［１５４１ 第３３卷第５期２０１１－６（下） 杂图纸的绘制，同时软件提供的ＵＮＤＯ功能可以 为工程设计人员绘图提供保障，即便出错也可以 返回出错之前的图面。通过参数化绘图工具还能 为工程设计人员提供独特的表达方式，提供更加 广阔的思维空间。 一般土木设计过程是由提出方案、方案设 计、初步设计和施工图设计组成。传统制图方式 中，各阶段不同设计成果要分时制作，影响了工 程设计人员之间的默契，制约了制图速度的提高； 在ＣＡＤ制图中，可以通过图纸资料互换，即便设 计方案有所修改，工程设计人员也只要调整下原 有的设计图纸即可，现在ＣＡＤ软件大多提供了丰 富的分类图库，在需要时直接在图库中找寻即可， 重复工作越多，这种优势就越明显，这样就可以 明显提高工作效率。 土木工程设计对裂缝宽度、挠度、承载力和 配筋面积等参数方面要求很严格，而且在实际工 程中，对各个结构件如梁、板承受的载荷的设计 要符合规范，还要根据相关设计标准进行计算和 调整，计算数值稍有偏差就会导致产品不合设计 要求，所以对计算的要求很高，ＣＡＤ对此提供了 专业的计算模块，能够快速准确的处理大量的数 据，特别是在日影分析、市内声场分析和灯光照 度分析等方面的计算，无论精度还是速度都是手 工计算无法比拟的。 ＣＡＤ制图中为避免构图实体在空间中发生不 必要的碰撞，ＣＡＤ可以在真色彩、真三维和光照 情况下，按照物体运动轨迹构建虚拟建筑体，在 虚拟体中可以进行实时漫游，查看构件组合情况， 这样就可以使结构的板、梁、柱和墙等的设计达 到相容、相配性，有效的避免了碰撞的发生。发 现问题后可以迅速而详细的进行修改，直到满意 为止，这样就为工程设计人员提供了有益的帮助。 通过ＣＡＤ软件制作的工程图表可以直接存储 到软盘和硬盘中，这样可以避免资料因受潮、虫 蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失，如果将设 计资料刻录成光盘，数据能至少能保存５０年。一 个设计院资料室所有资料被几张光盘所代替，查 找和管理都变得更加简便和规范。 随着信息技术快速发展，网络技术大范围的 普及以及ＣＡＤ智能化的应用，各企业问跨地区 的设计合作与异地招投标等设想均有实现的可能。 如日本１９９２年开始建设行业的ＣＡＬＳ（综合信息 务ｌ造 匐 ，ｔｂ 系统）研究，其具体的标准已经出台，所谓ＣＡＬＳ 的手绘建筑效果图，虽然快捷方便，但却终究缺 就是企业和机关所持信息标准化和数字化，利用 网络进行开发、设计、运筹和运用全过程的共用 的系统工程，不受部门问、企业问特定机器和系 统的制约。 ＣＡＤ制作的建筑效果图通过利用透视关系、 光影关系和建筑材料的质感真实的再现了设计的 成果，再通过配合真实的树木、人、天空和汽车 等背景使得效果更加逼真，几乎可达到以假乱真 的地步。而且只要ＣＡＤ制作的效果图完成就可以 按照任意指定的透视角度，模型材质，快速的生 成数张效果图，无需再从头做起，这也是传统手 绘制图所不具备的一个优势，这一切都为设计师 的设计工作提供了很多的便利，也使设计师在展 示自己的设计成果时能更加全面和有说服力。 ２．２ ＣＡＤ技术的缺点 由于电脑屏幕尺寸的，设计师在进行设 计和修改时往往只能关注到设计的局部，这样就 不能站在全局的角度思考问题，对全局的设计和 布置会产生不良的影响，使得整个建筑的比例和 体量失控。建筑设计师需要有艺术家的灵感和天 赋，而这种灵感很多就是在设计过程中“模模糊 糊”产生的，因为ＣＡＤ对数据要求很精确，所以 在制图时要求每一笔都要有准确的数据，设计师 只能屈从于电脑的机械和准确，这样设计中的模 糊性和随机性就被忽略，一些有创意的灵感也就 被扼杀掉了。同时由于ＣＡＤ软件自身功能的局限 性和不完善性，以及设计工程师对ＣＡＤ软件掌握 的熟练程度不足，使得建筑师好的灵感和创意不 能通过ＣＡＤ来表达，建筑师优秀的创意、思路和 灵感再次被束缚。 前人曾说过：“建筑是凝固的音乐”，建筑不 仅仅是单纯的结构设计，他是将科技、艺术、文 化和哲学融为一体的一门博大精深的学科，同时 建筑不仅仅是一件商品，更是一件给人以美感的 艺术品。一些从事设计工程人员认为，过分依 赖ＣＡＤ技术会使得建筑设计工作由艺术创作者 变为工业化生产机器，ＣＡＤ一直以来引以为傲 的复制与套用修改技术，则直接省去了设计的过 程，这本身就伤害了这一学科；ＣＡＤ带来的设计 标准化和工业化使得设计出的作品千篇一律，缺 乏人文关怀，设计个性和灵气，使建筑沦落为纯 粹的商品，而用电脑效果图来取代最有艺术气息 少设计师所要表达的个性与设计师特有的艺术风 格与感受。 ＣＡＤ是一项技术含量很高的技术，一名普 通设计师要通过半年甚至一年的时间来熟悉掌握 ＣＡＤ软件的基本用法和相关电脑知识，这样就浪 费了人力资源和工作时间，在培训设计师的同时 还要交付高额的培训费，增加了企业成本；单就 ＣＡＤ软件而言，一套正版的工程建筑软件都要花 费１－２万以上，还要定期的升级和更新，需要大量 的后续资金投入，而且由于ＣＡＤ软件对系统配置 要求很高，必须是性能良好的计算机才能顺畅的 运行ＣＡＤ软件，同时想要完整的实现微机制图还 需要别的配套设备如：工作站，绘图仪，复印机， 扫描仪，数字化仪，数码相机，刻录光盘，ＵＯＳ 和ＵＳＢ等，这样计算下来，再加上前面的培训费， 电脑设备和正版软件及其后续升级所需的资金， 投入就更加不菲。 目前应用范围较为广泛的专业软件大多数只 停留在二维的基础上，在设计中只能算是个绘图 工具，缺乏智能化。真正的智能化结构软件应该 是不仅仅能构建三维立体图像，还能自动执行相 关规范，设计中所用的参数不仅能达到经济实用 的效果，还要便于施工。如中国建筑科学研究院 ＰＫＰＭ ＣＡＤ软件工程部和新加坡建屋发展局联合 开发的ＢＥＡＭ ＣＡＧＥ软件，在使用过程中能自动 按照英国规范完成钢筋混凝土梁的配筋、选筋和 挠度的计算，施工图的生成的一系列的功能，不 过该软件虽然自动化程度较高，绘图质量较好， 终究是在英国规范的基础上建立起来的。而国内 应用广泛的工程智能化设计软件如ＰＫＰＭ在使用 时，设计师们还得调整梁、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， 造成大柱种在小柱上的现象。这就需要设计师进 行人工的修改和调节。可见，我们还缺乏标准统 一的智能化结构设计软件。 ３结论 综上所述，ＣＡＤ技术给设计师的工作带来 了极大的便利，但同时也为设计师提出了不少难 题，我们应该辩证的看待ＣＡＤ为我们带来的好 处和由他产生的一些麻烦，努力学习ＣＡＤ相关 第３３卷第５期２０１１－６（下） ［１５５１ 务Ｉ 知识，尽量减小ＣＡＤ使用中的负面影响，充分 匐 似 【２】王冲．ＣＡＤ在土木工程设计中的利与弊【Ｊ】．科技广场， ２００５． 发挥ＣＡＤ的长处，为设计工作的发展做出更多 的贡献。 【３】阿尔清．沙特巴里的ＣＡＤ技术在土木工程中的应用ｆＪ］． 科技信息，２００８． （４】吴银柱，吴丽萍．土建工程ＣＡＤ［Ｍ】．高等教育出版社， ２Ｏ０６． 参考文献： 【ｌ】曲怀海，陈充君．土木ＣＡＤ的信息化管理【ＪＪ．山东交通科 技，２Ｏ０５． ｛岛‘ 毒‘ 毫｝ 赢｝ 品Ｉ 岛｝ 翕 翕 ． 岛‘． ， 出｝ 竞‘｛如‘｛＆‘地． ， 霸｝ 品‘｛鑫 蠢 ． ．毒品 【上接第１３９页】 动机的控制方法控制瞬时转矩，使交流调速系统 获得与直流调速系统同样优越甚至更加优越的动 静态特性能 。 ２．２ ＰＬＣ程序设计 提升机软件系统包括控制回路软件设计编程， 安全回路软件设计编程以及报警回路软件设计编 程。软件设计要完成整个提升过程所有的控制， 包括提升机的加速、匀速、减速、爬行、停车等 环节，以及出现紧急情况时的安全制动和报警。 控制回路主要对提升机整个提升过程进行控制， 图４为控制程序主流程图。 开始 ＰＬＣ检测 开车准备 厂一 苎竺 二＝＞ 苊 匿日 提升等速运行 磊 ——墨否等速段过望：二＝＞ 一 —～— ———— ＋否 是否到达减速点？＝：，——二 —～．——一一 Ｖ — 萄 萼兰 ，ｒ丫—一 仃望墼二 古 — 两 ］ —— ～星至兰 预至竺墨上 ．——一 占， 停车 图４控制程序主流程图 ［１５６］ 第３３卷第５期２０１１－６（下） ＰＬＣ检测阶段：包括对ＰＬＣ硬件线路的连接 的检测，ＰＬＣ的初始化等。开车准备阶段：开车 准备阶段包括总电路得电准备和正反转回路得电 准备，此时相关触头符合安全回路的以及正反转 回路的得电要求。提升加速阶段：当司机发提升 信号以后，信号接触器得电，提升机开始缓慢加 速，等提升机的速度增加到最大，开始等速运行。 提升机的等速运行阶段：电机工作在自然特性曲 线上，以最大速度运行不需要任何控制。提升机 的减速、爬行及停车阶段：当提升机到达减速点 后，限位开关压动减速点开关，电机切离电网， 当速度降到爬行速度时，爬行继电器动作，提升 机开始爬行，直至停车。 ３结束语 在分析矿井提升设备性质的基础之上，本文 给出了基于ＰＬＣ的矿井提升机控制系统的基本组 成结构；对控制电路、变频器主电路进行了设计； 讨论了提升机保护系统的设计方法；结合矢量控 制算法和保护策略完成了矿井提升机控制系统的 整体控制方案和算法设计。 参考文献： 【ｌ】徐平．电控及自动化设备可靠性工程技术【Ｍ】．北京：机 械工业出版社，１９９７． ［２】陈伯时．电力拖动自动控制系统【Ｍ】．北京：机械工业出 版社２００３． 【３】朱仁初，万伯仁．电力拖动控制系统设计手册【Ｍ］．北京： 机械工业出版社，１９９２． ［４］王兆安，黄俊．电力电子技术（Ｍ】．北京：机械工业出版 社，２０００． ［５］封士彩，张晓英，马英花，等．矿用提升钢丝绳安全系数 的研究［Ｊ】．煤矿机械，２００１，２２（６）：１４．１５．
