橋梁工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)專業(yè)數(shù)據(jù)管理

馮洋 郝雪麗 馮明碩

摘要：隨著橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模的擴(kuò)大、專業(yè)數(shù)據(jù)成幾何倍數(shù)的增長，急需橋梁協(xié)同設(shè)計(jì)從而提高設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量?；谀壳皣鴥?nèi)、外研究成果本文提出了橋梁工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)專業(yè)數(shù)據(jù)管理模式，以期建立數(shù)據(jù)與工程屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為多群體協(xié)同設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。其中管理的核心是數(shù)據(jù)同源、信息標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)同設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)需通過基于實(shí)現(xiàn)多層體系架構(gòu)，VPM平臺(tái)及結(jié)構(gòu)，骨架、參數(shù)化與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等模塊。分析表明，協(xié)同設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)變換模塊在不增加設(shè)計(jì)群體的工作量情況下，能夠大幅度提高橋梁設(shè)計(jì)群體的工作效率，從而在一定程度上提高了橋梁設(shè)計(jì)的總體效率。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;三維設(shè)計(jì);協(xié)同管理;數(shù)據(jù)管理

1 引言

隨著我國高速路網(wǎng)的建設(shè)，橋梁向著大跨徑、復(fù)雜體系進(jìn)化，并得到了廣泛的應(yīng)用，從橋梁工程的設(shè)計(jì)周期來看，隨著結(jié)構(gòu)規(guī)模的擴(kuò)大設(shè)計(jì)周期開始成倍的延長，設(shè)計(jì)周期直接帶來了橋梁工程專業(yè)數(shù)據(jù)成幾何倍數(shù)的增長。急需橋梁協(xié)同設(shè)計(jì)從而提高設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量。

目前國內(nèi)、外研究成果中具有代表性的為瑪麗·盧·馬赫爾[1]以面向?qū)ο蟮腅DM數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為核心，設(shè)計(jì)了基于代理的三維協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng);金泰成[2]等在協(xié)同設(shè)計(jì)中引入多層次模型和存取控制技術(shù);王少平等[3]以工程知識(shí)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)組件數(shù)據(jù)庫為核心設(shè)計(jì)了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。

基于此，本文提出了橋梁工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)專業(yè)數(shù)據(jù)管理模式，以期建立數(shù)據(jù)與工程屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為多群體協(xié)同設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)管理技術(shù)

橋梁工程的三維協(xié)同設(shè)計(jì)管理技術(shù)是以數(shù)據(jù)庫為中心進(jìn)行管理的，管理中遵循以下原則。

數(shù)據(jù)同源。土木建筑工程項(xiàng)目中，如同土木建筑設(shè)計(jì)企業(yè)內(nèi)部，各部門各專業(yè)的參與人員之間往往都是相互依賴的，一方需要其他方的圖紙、文檔的同時(shí)，所提出的變更（修改）對(duì)其他方都可能產(chǎn)生重要的影響。項(xiàng)目參與人員越多問題就越復(fù)雜，如果沒有采用協(xié)同工作的方式進(jìn)行管理，項(xiàng)目中各部門各專業(yè)的參與方就很容易呈現(xiàn)部分無序的行為。以上就是保證數(shù)據(jù)同源的重要性。因此數(shù)據(jù)同源是橋梁工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)管理的核心。

信息標(biāo)準(zhǔn)。土木建筑行業(yè)想要保證協(xié)同設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，第二個(gè)重要問題就是信息標(biāo)準(zhǔn)的制訂。從國內(nèi)外三維數(shù)字化技術(shù)研究現(xiàn)狀中可知，為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑行業(yè)協(xié)同這個(gè)目標(biāo)，三維數(shù)字化技術(shù)的核心問題就是建筑全壽命周期過程中的信息共享與轉(zhuǎn)換。從1997年的IFC、CAD、三維協(xié)同研究到2013年的IFC 4，IFC標(biāo)準(zhǔn)不斷完善并被采納為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 16739）。IFC標(biāo)準(zhǔn)是描述建筑行業(yè)模型表達(dá)的最重要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，另外同時(shí)研究的還有描述建筑行業(yè)流程的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IDM和描述建筑行業(yè)鏈接已有數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)詞典標(biāo)準(zhǔn)IFD。圖1中的IFC、IDM、IFD就是解決信息標(biāo)準(zhǔn)的方向，是三維數(shù)字化技術(shù)的重要突破。

協(xié)同設(shè)計(jì)。對(duì)于設(shè)計(jì)企業(yè)，應(yīng)該清醒客觀的認(rèn)識(shí)到土木建筑行業(yè)由于其不同于機(jī)械行業(yè)的綜合性、個(gè)性，體量大，復(fù)雜，不確定性，施工現(xiàn)場(chǎng)的人工調(diào)整，在過去很少采用機(jī)械行業(yè)的三維CAD方式。而異形結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)帶來了大量二維不能解決的問題，這就必須引入三維CAD甚至三維數(shù)字化技術(shù)來指導(dǎo)施工或管理。土木建筑行業(yè)覆蓋面廣、牽涉專業(yè)多的特點(diǎn)直接凸顯了協(xié)同設(shè)計(jì)的重要性。采用三維或數(shù)字化軟件，設(shè)計(jì)過程中的頻繁變更依然會(huì)出現(xiàn)，而且由于三維CAD和數(shù)字化軟件的模型數(shù)據(jù)文件更加龐大，是二維CAD數(shù)據(jù)文件的數(shù)十倍甚至上百倍，各專業(yè)有效模型文件版本管理的實(shí)施難度更大，對(duì)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和硬件性能的要求大為提高，各專業(yè)之間更需要采用協(xié)同設(shè)計(jì)的管理手段。

3 橋梁工程三維協(xié)同設(shè)計(jì)管理的實(shí)現(xiàn)

3.1基于實(shí)現(xiàn)多層體系架構(gòu)

系統(tǒng)基于IIOP實(shí)現(xiàn)多層體系構(gòu)架，如圖1所示。該系統(tǒng)能保證平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù)器可支持多個(gè)應(yīng)用服務(wù)器的荷載均衡和高使用性。

3.2VPM平臺(tái)及結(jié)構(gòu)

VPM平臺(tái)意為虛擬產(chǎn)品生命周期管理。VPM既能滿足協(xié)同設(shè)計(jì)又能滿足虛擬產(chǎn)品生命周期管理的解決方案?；赩PM的協(xié)同設(shè)計(jì)可以提高設(shè)計(jì)效率，保護(hù)企業(yè)知識(shí)，加快企業(yè)創(chuàng)新速度，提高企業(yè)創(chuàng)新能力。VPM是以設(shè)計(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程進(jìn)行一體化集成管理的技術(shù)。

3.3骨架、參數(shù)化與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

骨架、參數(shù)化、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)是三維技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一，采用這一技術(shù)可以使設(shè)計(jì)參數(shù)的更改或在可控范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式變更變得異常容易，參數(shù)的調(diào)整可帶來全局性的結(jié)構(gòu)變化，基于設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式的后續(xù)工作均無需重復(fù)勞動(dòng)，可大大提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)更改過程中的設(shè)計(jì)失誤。充分發(fā)揮參數(shù)化、關(guān)聯(lián)性的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)專業(yè)技術(shù)知識(shí)的收集，總結(jié)設(shè)計(jì)流程，分解結(jié)構(gòu)組成，列舉結(jié)構(gòu)型式，歸納設(shè)計(jì)參數(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)化，非標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)盡量標(biāo)準(zhǔn)化，不能標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)，定制面向操作的動(dòng)作模板。

4 結(jié)論

橋梁協(xié)同設(shè)計(jì)的核心是群體間的信息共享，同時(shí)也是促進(jìn)橋梁設(shè)計(jì)效率提高所必須關(guān)注的主要問題。本文以橋梁工程設(shè)計(jì)群體之間的協(xié)同為例，提出了信息實(shí)時(shí)共享所涉及的基于實(shí)現(xiàn)多層體系架構(gòu)，VPM平臺(tái)及結(jié)構(gòu)，骨架、參數(shù)化與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等模塊。分析表明，協(xié)同設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)變換模塊在不增加設(shè)計(jì)群體的工作量情況下，能夠大幅度提高橋梁設(shè)計(jì)群體的工作效率，從而在一定程度上提高了橋梁設(shè)計(jì)的總體效率。

參考文獻(xiàn)

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