沈捷攀 林 晨

近年來,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已由推廣進(jìn)入普及,它對(duì)我國(guó)建筑工程設(shè)計(jì)業(yè)帶來了革命性的變化。目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件通過建設(shè)部鑒定并且推廣使用的已經(jīng)有多種,各有各的特點(diǎn),但在一定程度上都存在一定的不足。由此,我們對(duì)目前的狀況進(jìn)行了歸納分析,得出了存在的主要問題以及解決這些問題的方法。

1 我國(guó)主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

1.1 PKPM 系列

PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繪圖軟件,由中國(guó)建科院結(jié)構(gòu)所研制開發(fā),采用FORTRAN語言編寫,以AUTOCAD做繪圖支持軟件。主要軟件有:1)鋼筋混凝土框、排架及連續(xù)梁結(jié)構(gòu)計(jì)算與繪圖軟件;2)PMCAD結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)及軟件;3)TAT SATWE高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析計(jì)算程序;4)EF彈性地基梁筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)CAD;5)JLQ剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);6)STS鋼結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)。

其優(yōu)點(diǎn)是:這批軟件既可接力運(yùn)行,亦可獨(dú)立操作,使用相當(dāng)方便,稍具CAD基礎(chǔ)知識(shí)及有一定的結(jié)構(gòu)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的人員均可使用。由于其較強(qiáng)的人機(jī)交互功能和繪圖功能,以及適應(yīng)性很好的前后處理功能,可以實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)分析到施工圖繪制的全過程。

其不足之處是:尺寸標(biāo)注及梁柱斷面圖太多,且難以人工調(diào)整,計(jì)算結(jié)果亦太保守。

1.2 TBACCA系列

TBACCA系列建筑工程輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件,由北京建筑工程設(shè)計(jì)軟件研究院開發(fā),其主要軟件有:1)TBSACAD多層及高層建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng);2)TBTS高層及多層建筑結(jié)構(gòu)空間分析系統(tǒng);3)TBFECAD輔助地基設(shè)計(jì)系統(tǒng);4)TBLBLTCAD梁板樓梯輔助設(shè)計(jì)軟件;5)TBSSCAD鋼桁架輔助設(shè)計(jì)。

此外該系統(tǒng)尚含有建筑、城規(guī)、電氣、水、暖等專業(yè)軟件。這批軟件的特點(diǎn)是編制緊湊,操作簡(jiǎn)單,適用范圍廣泛,同樣可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析到施工圖繪制的全過程。但它不能用于計(jì)算多塔樓結(jié)構(gòu),同時(shí)由于在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)計(jì)算中未考慮樓板對(duì)梁抗扭剛度的影響,因而計(jì)算結(jié)果一般難以滿足抗扭要求。

以上兩系列軟件誰優(yōu)誰劣,目前尚難以區(qū)分,但PKPM系列較為通俗,應(yīng)用稍微廣泛一些。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中存在的主要問題及解決方法

1)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)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)軟件大都是單機(jī)版,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。各設(shè)計(jì)院對(duì)同一套軟件需要重復(fù)購(gòu)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(guó)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(gòu)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(gòu)買軟件的費(fèi)用。3)近年來,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了革命性的變化,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連續(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。第三,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。

3 CAD在建筑工程應(yīng)用中的發(fā)展方向

1)科學(xué)計(jì)算可視化?？茖W(xué)計(jì)算可視化是發(fā)達(dá)國(guó)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)向設(shè)計(jì)的全過程拓展,實(shí)現(xiàn)一體化和智能化。國(guó)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(guó)和西歐一些國(guó)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(guó)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。

4 結(jié)語

隨著國(guó)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(guó)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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