數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在橋梁數(shù)字化綜合管養(yǎng)中的應用

楊友紅

摘要：本文闡述了數(shù)字化設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵及 橋梁數(shù)字化維護與管理系統(tǒng)的特性，通過分析橋梁數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)功能分析， 提出了數(shù)字化橋梁 CAD 關(guān)鍵技術(shù)意見。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計技術(shù)；橋梁 綜合管養(yǎng)；應用

交通建設(shè)包含了很多部分，如鐵路交通、飛機航空、水路運輸以及橋梁建設(shè)等，一座城市無論是靠河或是多山的地形，又或者是平坦的陸地，橋梁建設(shè)是一座城市所不可缺少的道路網(wǎng)連接點，橋梁建設(shè)在很多地方可以為我們節(jié)約大量的建筑成本以及社會出行時間，在城市交通中占據(jù)著重要的社會地位。但是，現(xiàn)代社會中，橋梁建設(shè)方面還存在很多需要完善的地方，如橋梁的退化與維護，這一問題也逐漸成為橋梁建筑師和普通民眾所關(guān)注的熱點話題，這也成為建立橋梁管理系統(tǒng)的必然要求。橋梁管理主要是依托現(xiàn)代化手段和現(xiàn)代科學技術(shù)，在堅持系統(tǒng)論思想的基礎(chǔ)上，運用多領(lǐng)域知識進行信息的收集、分析、共享與再利用等，為橋梁建設(shè)、管理與維護提供科學的依據(jù)，實現(xiàn)橋梁管理的系統(tǒng)化、科學化、智能信息化。

一、數(shù)字化設(shè)計技術(shù)

（一）數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的含義

軟件技術(shù)的發(fā)展與計算機處理內(nèi)容存在一定的必然聯(lián)系，從單一的文本內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在聲音、圖像、動畫、視頻等多位一體的內(nèi)容，并對這些內(nèi)容進行及時性、高效率的處理。工程設(shè)計對象包含幾何圖形、設(shè)計圖紙、裝配關(guān)系、材料特征等內(nèi)容，即數(shù)字信息，工程設(shè)計對象即對象的數(shù)字化模型，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)就是處理這些數(shù)字信息進行的方法。

（二）工程對象的數(shù)字化特征

（1）幾何特征。基于三維數(shù)據(jù)的工程對象幾何構(gòu)造信息。（2）裝配特征。工程對象特征的幾何拓撲關(guān)系以及其中涉及到的特征模型的裝配關(guān)系。（3）功能特征。即每種特征的材料屬性。

（三）工程對象的數(shù)字化操作

（1）特征的參數(shù)化設(shè)計。要進行數(shù)字化設(shè)計就必須先開始參數(shù)化設(shè)計，參數(shù)化設(shè)計與工程特征的方案設(shè)計之間存在很大的聯(lián)系，修改整個特征的幾何構(gòu)造需要用到數(shù)字模型的幾何特征、裝配特征等。（2）特征庫的維護和使用。以往的橋梁建筑經(jīng)驗與理論即具有規(guī)范管理的工程特征庫對橋梁的設(shè)計、管理以及后期的維護與保養(yǎng)都是非常重要的，這些數(shù)據(jù)和信息能為橋梁建設(shè)者和維修保護者提供可參考的依據(jù)，增加了決策的科學性，對橋梁的建設(shè)效率和建設(shè)質(zhì)量也是非常有幫助的。（3）基于專業(yè)知識的智能化、自動化設(shè)計。橋梁設(shè)計專業(yè)是需要豐富的理論知識和扎實的操作技能的，而將專業(yè)知識融入工程對象中，可以有效增強工程對象的設(shè)計以及后期修改的準確性和科學性，基于這一專業(yè)基礎(chǔ)，橋梁的設(shè)計將會更加貼近實際情況，杜絕形象工程、面子工程和豆腐渣工程。

二、橋梁數(shù)字化維護與管理系統(tǒng)的特性

傳統(tǒng)的橋梁維護和管理主要是進行被動的技術(shù)預測，而橋梁數(shù)字化維護與管理系統(tǒng)則在現(xiàn)場調(diào)查、檢測以及后期維護、保養(yǎng)等方面都做出了很大程度的創(chuàng)新與改變，能夠更加精準化的對橋梁進行管理，延長橋梁的使用壽命。運行這一系統(tǒng)不僅可以及時的獲取橋梁的當前狀態(tài)，如果檢測出異常情況，還能針對這一異常情況提出具有可參考性的建議或者意見，包括異常情況出現(xiàn)的各種原因以及后續(xù)可能產(chǎn)生的危害，有助于橋梁專家做出更加正確的判斷與決策。這一系統(tǒng)的另一特點就是它可以對橋梁進行實時的檢測，在檢測過程中可以搜集到大量的信息，并通過對這些信息進行系統(tǒng)、科學的分析，為橋梁建設(shè)者或者維修人員提供一些基礎(chǔ)信息，包括橋梁材料的腐蝕、老化程度等，具有高度的預測能力和風險評估能力，有效降低了危險事故發(fā)生的概率，對人們的生命財產(chǎn)安全有一定的保障作用。

三、橋梁數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)功能分析

橋梁數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)收集與服務功能、信息處理功能、監(jiān)測與評估功能、檔案管理以及綜合服務等功能，這些功能構(gòu)成了獨立又統(tǒng)一的子系統(tǒng)，在整個橋梁數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)中占據(jù)著不同的地位，發(fā)揮著不同的作用。如，數(shù)據(jù)收集與服務功能包括對橋梁的基礎(chǔ)建設(shè)信息與后續(xù)信息，包括橋梁的初步設(shè)計方案與圖紙，橋梁建設(shè)者、設(shè)計者、承包團隊、建成后的維護與保養(yǎng)者的基本信息，橋梁建設(shè)所需要的各種建筑材料的相關(guān)信息（如建設(shè)材料的生產(chǎn)地、供應商、采購部門人員及其部門負責人等），這些信息在這個系統(tǒng)中可以得到永久性的保存，其他的橋梁設(shè)計者和建筑者也可以通過這個系統(tǒng)來獲取自己所需的信息，從而實現(xiàn)了信息的傳播與共享。信息處理功能主要是指系統(tǒng)運用科學的系統(tǒng)分析方法對這些信息進行歸類保存等，并根據(jù)操作人選擇的信息形成分析材料，以供操作人參考。檢測與評估功能主要是指對橋梁進行定期或者不定期的檢測與保養(yǎng)，對橋梁建筑材料的老化程度、腐蝕程度、損害程度等進行科學的檢測，預測其存在的各種風險，同時運用信息處理功能對這些風險進行評估和提供參考性意見。由此可見，每一種系統(tǒng)功能都是獨立存在的，但是，每一種功能的實現(xiàn)都需要其他系統(tǒng)的參與與支持。

四、數(shù)字化橋梁 CAD關(guān)鍵技術(shù)

（1）數(shù)字化設(shè)計技術(shù)。橋梁數(shù)字化特征模型對橋梁的建設(shè)和維養(yǎng)丟失很重要的，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在其中也發(fā)揮了重要作用，這一技術(shù)主要是以實際的工程對象為設(shè)計單元，同時建立特征對象樹和特征屬性表，以實現(xiàn)橋梁完整、詳細的方案設(shè)計，并且可達成“即改即現(xiàn)”的效果，具有高度的智能化、自動化和科學化。（2）全關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)。全關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型構(gòu)成了數(shù)字化的橋梁模型，并且第一次錄入的數(shù)據(jù)和信心無需二次輸入省去了很多流程和時間，各系統(tǒng)之間的信息可以實現(xiàn)共享，某一信息的增加或者變動都會導致整個系統(tǒng)中相關(guān)信息的改變，節(jié)約了系統(tǒng)錄入的時間和人力，具有高度的關(guān)聯(lián)性和高效率。橋梁模型完成之后，相關(guān)特征點的基本內(nèi)容也會陸續(xù)完成。（3）智能化設(shè)計技術(shù)。智能化設(shè)計技術(shù)是一突出亮點，這一技術(shù)與手工設(shè)計的流程有所重合，可以根據(jù)實際數(shù)據(jù)進行定制操作，也可采用系統(tǒng)自帶的相關(guān)方式，實現(xiàn)全線橋梁方案設(shè)計的自動化，方案設(shè)計完成之后將會按照之前輸入制定的工程配置參數(shù)自動生成橋梁設(shè)計模型，后續(xù)則不再需要仍人工的參與，省去了很多的流程，在很大程度上都提高了設(shè)計效率，同時也降低了設(shè)計的難度、復雜度以及出錯率。智能化設(shè)計技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，在節(jié)約人力、物力財力等方面都發(fā)揮了重要的作用，為們的生活方式、生產(chǎn)方式和工作方式都帶來了極大的改變。（4）標準化設(shè)計技術(shù)。交通部新頒上下部通用圖標準化設(shè)計技術(shù)的重要內(nèi)容，建筑設(shè)計師在進行建筑時，都可以自動的套用相關(guān)的設(shè)計資料，這些內(nèi)容也能為設(shè)計者提供參考的依據(jù)和設(shè)計靈感等，參照這些資料和內(nèi)容而畫出的設(shè)計圖紙準確性和科學性都很強，也保證了橋梁上下部的設(shè)計標準化，在建筑源頭就實現(xiàn)了對橋梁質(zhì)量的保證，對設(shè)計

效率也有顯著的提升作用。橋梁工程建筑不僅需要豐富的建筑理論知識和橋梁知識，還必須具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗，對社會民生和地形地勢也要有所了解，是非常復雜的一項工程，在這一基礎(chǔ)上的橋梁結(jié)構(gòu)標準化更是具有更好的要求，而充分運用數(shù)字化技術(shù)則有效的降低了這一設(shè)計難度，也是目前為止可采納的比較科學和有效的方法。本文提出的方案可以將橋梁總體設(shè)計中的工作納入標準化工作中，這樣標準化的數(shù)字平臺可以對橋梁設(shè)計的難度、復雜度以及橋梁建筑過程中易出現(xiàn)的各種問題都能提出有效的解決方式，同時還能有效節(jié)約建筑的時間和成本，對標準化內(nèi)涵也有一個豐富作用。

（作者單位：常德市城市橋梁管理處）

參考文獻

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