建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的有效應(yīng)用

摘要:本文通過歸納分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展史，分析目前國內(nèi)使用的CAD技術(shù)中存在的主要問題，最后提出了相關(guān)的解決措施，并指出了CAD進(jìn)一步的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) CAD技術(shù) 應(yīng)用

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的發(fā)展史

17世紀(jì)人們發(fā)明機(jī)械代替手工操作，從而引發(fā)了全世界前所未有的工業(yè)革命。20世紀(jì)的后50年，各種不同的電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用全面帶動(dòng)了產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化。當(dāng)今建筑行業(yè)已普遍應(yīng)用了計(jì)算機(jī)，在建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，從地質(zhì)勘察、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、制圖、施工測(cè)量等方面，人們也已普遍接受了計(jì)算機(jī)。

計(jì)算機(jī)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也被稱作CAD技術(shù)。經(jīng)過最近10年的努力，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，CAD技術(shù)主要被應(yīng)用在制圖和一部分輔助計(jì)算方面，尚有許多方面的應(yīng)用有待開發(fā)。但無論過去或今后的應(yīng)用領(lǐng)域如何變化，CAD技術(shù)應(yīng)用的目的始終如一，即不斷提高工程設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量。

為保證上述目的的實(shí)現(xiàn)，CAD技術(shù)在工程應(yīng)用中共被分為計(jì)算機(jī)圖形、工程數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫和CAD數(shù)據(jù)交換4部分。這4部分內(nèi)容表現(xiàn)為既相對(duì)獨(dú)立又相輔相成，缺一不可。建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)也應(yīng)當(dāng)參照這4部分進(jìn)行。與這些內(nèi)容對(duì)比，我們既可以把握軟件開發(fā)的方向又能找到目前的欠缺和不足。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)現(xiàn)狀況及主要問題

1、質(zhì)量相對(duì)較低

一些軟件使用較為復(fù)雜，用戶不易掌握，而且出圖質(zhì)量不為復(fù)雜，用戶不易掌握，而且出圖質(zhì)量不高，很多情況下設(shè)計(jì)人員必須對(duì)設(shè)計(jì)出的圖形進(jìn)行一些修改，才能滿足設(shè)計(jì)要求。由于這些軟件大都基于AUTOCAD軟件平臺(tái)，所以如果設(shè)計(jì)者不熟練掌握CAD技巧，那么對(duì)設(shè)計(jì)圖形進(jìn)行編輯修改是非常困難的。

2、軟件資源浪費(fèi)嚴(yán)重

院對(duì)同一套軟件需要重復(fù)購買，而軟件比較昂貴，使得設(shè)計(jì)部門投入較大，對(duì)普及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)帶來了一定的困難，所以建立網(wǎng)絡(luò)CAD系統(tǒng)勢(shì)在必行。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是近年來飛速發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域，它的最大特點(diǎn)是資源共享、信息傳遞，在一些發(fā)達(dá)國家，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遍布各個(gè)行業(yè)，而在建筑設(shè)計(jì)方面更為普遍。所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是利用通訊設(shè)備和線路將地點(diǎn)不同、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系列互連起來，功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中軟、硬件資源的共享和信息傳遞。所以對(duì)于建立了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部門，只需購買一套設(shè)計(jì)軟件就可以為所有設(shè)計(jì)人員共用，完全避免了重復(fù)購買軟件的費(fèi)用。

3、對(duì)計(jì)算機(jī)的過分依賴

隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的進(jìn)步，CAD自動(dòng)化程度越來越高，工程師們可以很快的完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)正因如此，使得一部分人忽略、淡化了重要的設(shè)計(jì)概念，過分依賴于計(jì)算機(jī)，以至于在計(jì)算中出現(xiàn)差錯(cuò)。所以為了避免此類問題的發(fā)生我們要做到以下幾點(diǎn):

首先，必須以概念設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，根據(jù)建筑物的功能、高度和結(jié)構(gòu)自身受力特性等來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框剪、筒體結(jié)構(gòu)等。

其次，了解程序的基本假定、適用范圍，根據(jù)不同的工程選擇不同的模型進(jìn)行分析計(jì)算。隨著社會(huì)的發(fā)展，設(shè)計(jì)思想不斷更新，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，建筑平面布置與豎向體型也越來越復(fù)雜。錯(cuò)層、多塔樓、樓板形狀復(fù)雜或開大洞，使樓板的剛度受到削弱和不續(xù)性、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)沿豎向剛度發(fā)生突變，一些特殊結(jié)構(gòu)沒有樓板或部分沒有樓板，此時(shí)各節(jié)點(diǎn)的平動(dòng)不再線性相關(guān)，結(jié)構(gòu)分析時(shí)不宜再按剛性樓板考慮，這時(shí)選擇適用的程序尤為關(guān)鍵。

最后，正確選擇軟件。高層建筑結(jié)構(gòu)三維空間分析軟件常見的有薄壁桿件模型、殼元模型，如等平面框架、排架軟件的底層框架空間分析程序等。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)工程受力特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式正確選用相應(yīng)力學(xué)模型的分析軟件。對(duì)于一些大中型重要工程應(yīng)采用兩種以上不同理論模型進(jìn)行比較，選擇更合理的計(jì)算結(jié)果。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的完善措施

1、對(duì)三環(huán)節(jié)的有效管理

實(shí)施“事先指導(dǎo)、中間檢查、成品校審”三環(huán)節(jié)工序管理，才能使CAD技術(shù)在具體的工程實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)，避免了許多很難從結(jié)果文件中發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)，以免造成建筑結(jié)構(gòu)安全度隱患，確保工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2、嚴(yán)把審核關(guān)

目前所有軟件程序經(jīng)正確計(jì)算后最終形成的施工圖都必須進(jìn)入AutoCAD細(xì)化和手工修改，特別是PIEMCAD，以全新的“平表法”更新了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工圖的概念，但人工干預(yù)、歸并都應(yīng)保證施工圖配筋與計(jì)算結(jié)果一致。但在此過程中人為的差錯(cuò)是難以避免的。

如Φ22的鋼筋誤調(diào)為Φ12;受力構(gòu)件按小配筋歸并;忽視節(jié)點(diǎn)構(gòu)造;因甲方為縮短設(shè)計(jì)周期催圖或設(shè)計(jì)人員長時(shí)間工作以致倦怠而造成錯(cuò)、漏、碰、缺等。再者多數(shù)設(shè)計(jì)人員操作時(shí)往往只是簡單的打印幾何、荷載、配筋簡圖存檔，而忽視重要的原始數(shù)據(jù)、關(guān)鍵數(shù)據(jù)及各種設(shè)計(jì)參數(shù)、或僅在屏幕上顯示一些重要信息及數(shù)據(jù)、而忽略了對(duì)有關(guān)計(jì)算書的校審。所以，校審人員既要熟悉專業(yè)業(yè)務(wù)并具有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，又必須掌握CAD技術(shù)去把握校審的關(guān)鍵點(diǎn)，才能避免工程設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

四 、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)的發(fā)展方向

1、科學(xué)計(jì)算的可視化

科學(xué)計(jì)算可視化是發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)90年代后期提出并發(fā)展起來的新興技術(shù)，是指將科學(xué)計(jì)算過程和產(chǎn)生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形及圖像信息，在屏幕上顯示并進(jìn)行交互處理。作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)與理解的強(qiáng)有力工具，在土木工程領(lǐng)域中，可視化研究有廣闊的應(yīng)用前景，如抗震抗爆研究中隨時(shí)間變化的三維圖形動(dòng)態(tài)顯示震源、爆源對(duì)工程結(jié)構(gòu)影響及破壞規(guī)律的模擬可為科研人員提供前所未有的機(jī)會(huì)來理解和觀察計(jì)算過程和模型設(shè)計(jì)中所發(fā)生的一切，計(jì)算可視化對(duì)工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)規(guī)律研究，對(duì)工程可靠性評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)是有力的工具，同時(shí)，又能為CAD系統(tǒng)提供快捷方便的前處理模塊。這將使土木工程CAD系統(tǒng)的功能效率提高到新的水平。2、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的一體化和智能化

國外建筑工程領(lǐng)域在20世紀(jì)80年代已開始了設(shè)計(jì)全過程一體化的研究。從信息的集成和高水平的開發(fā)兩方面著手，提出了諸多設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)模型，分析設(shè)計(jì)全過程的自動(dòng)化實(shí)施方法，還進(jìn)行了建筑物產(chǎn)品模型標(biāo)準(zhǔn)的研究。

美國和西歐一些國家曾聯(lián)合組成專門委員會(huì)，致力于開發(fā)通用服務(wù)系統(tǒng)支持全球建筑設(shè)計(jì)信息交換，并研究了建筑工程模式與圖形數(shù)據(jù)交換統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。國外多種CAD平臺(tái)都可以支持從方案到逼真的效果顯示，從建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備到概預(yù)算的全設(shè)計(jì)過程。人工智能輔助設(shè)計(jì)是CAD的另一個(gè)重要發(fā)展方向，帶有內(nèi)置專用知識(shí)的人工智能，能完成面向?qū)ο蟮膮?shù)設(shè)計(jì)，能方便地評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的完善性，提供易于使用的工具，在全過程設(shè)計(jì)中，引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員在較高層次上自動(dòng)完成分析及設(shè)計(jì)，同時(shí)保證在遵守現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，改善分析及設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

結(jié)語:

隨著國際CAD技術(shù)的發(fā)展，建筑CAD系統(tǒng)的使用將更加方便，同時(shí)隨著AI(人工智能)技術(shù)的發(fā)展和侵入，智能型CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)。建筑CAD技術(shù)的普及和發(fā)展，使工程設(shè)計(jì)人員完全脫離手工繪圖的日子已經(jīng)來臨。然而甩掉圖板是CAD的第一代，要想趕上發(fā)達(dá)國家的水平，我們必須向網(wǎng)絡(luò)化、一體化進(jìn)行邁步，進(jìn)而提高建筑工程的整體水平和效益。

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