計(jì)算機(jī)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;

1、計(jì)算機(jī)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一、 公路橋梁設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在公路工程設(shè)計(jì)中，仿真技術(shù)是設(shè)計(jì)工作的核心。工程設(shè)計(jì)工作者通過仿真技術(shù)對工程的結(jié)構(gòu)運(yùn)算以及施工技術(shù)按實(shí)際情況給出的依據(jù)做出認(rèn)真的核算再確定設(shè)計(jì)方案。虛擬技術(shù)簡稱vr(virtualreality)，這項(xiàng)技術(shù)將計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及傳感器技術(shù)等多種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)勢結(jié)合在一起，給設(shè)計(jì)者提供直接和真實(shí)的三維圖像，在公路橋梁設(shè)計(jì)工作中創(chuàng)建一個(gè)虛擬的施工環(huán)境，讓設(shè)計(jì)者在趨于真實(shí)的環(huán)境中完善設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的完美，是一種可視的交互環(huán)境平臺。1.1公路計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)輔助設(shè)計(jì)（一）公路平面線形輔助設(shè)計(jì)公路平面是公路在地平面

2、上的投影，公路的平面設(shè)計(jì)就是確定公路的走向和平面組成要素，以及各要素的參數(shù)信息，最后定出公路逐樁坐標(biāo)。在平面設(shè)計(jì)中首先要根據(jù)地形等高線確定起點(diǎn)、終點(diǎn)和中間的路面控制點(diǎn)。這些點(diǎn)確定了將要設(shè)計(jì)出來的公路的大致走向和弧度。在公路設(shè)計(jì)中如何在等高線上選定控制點(diǎn)，需要考慮很多因素，如：1.平面線形應(yīng)連續(xù)、與地形、地物相適應(yīng)，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。2.要保持平面線形的均衡與連貫。3.避免產(chǎn)生連續(xù)急彎的線形。4.要滿足公路設(shè)計(jì)規(guī)范對各級公路平面線形設(shè)計(jì)要求。選定公路控制點(diǎn)后，要完成公路的組成計(jì)算，公路平面線形主要是由直線緩和曲線圓曲線緩和曲線直線這樣的方式組合而成。（二）公路縱斷面輔助設(shè)計(jì)沿著道路中線豎直剖切然

3、后展開即為路線縱斷面，它總是一條有起伏的空間線，公路縱斷面設(shè)計(jì)主要的任務(wù)是根據(jù)汽車的動力特性、道路等級、當(dāng)?shù)刈匀粭l件以及工程經(jīng)濟(jì)等，研究起伏空間線幾何構(gòu)成的大小及長度，以便達(dá)到行車安全迅速、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)合理及乘客舒適的目的。這些要求必然需要公路要有好的縱斷面組成?？v斷面圖是道路縱斷面設(shè)計(jì)的主要成果，也是道路設(shè)計(jì)的重要技術(shù)文件之一。把道路的縱斷面圖與平面圖結(jié)合起來，就能準(zhǔn)確的定出道路的空間位置。在縱斷面圖上有兩條主要的線：一條是地面線，它是根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程而繪制的一條不規(guī)則線，反映了沿著中線地面的起伏變化情況；另一條是設(shè)計(jì)線，它是經(jīng)過技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上以及美學(xué)上等多方面比較后定出的一條具有規(guī)則形狀

4、的幾何線，反映了道路路線的起伏變化情況。在系統(tǒng)中縱斷面設(shè)計(jì)線是由直線和豎曲線組成的，直線即均勻坡度線，有上坡和下坡之分，在直線的坡度轉(zhuǎn)折處為平順過渡的一段緩和曲線，這段曲線就是豎曲線，按坡度轉(zhuǎn)折的形式不同，豎曲線有凹有凸?？v斷面地面高程的獲取根據(jù)平面設(shè)計(jì)方法的不同，縱斷面地面線數(shù)據(jù)的采集方法亦有所不同。如果采用實(shí)地定線，則縱斷面地面高程主要通過對公路中樁進(jìn)行水準(zhǔn)測量獲得;如果采用紙上定線，可通過人工根據(jù)紙上定線結(jié)果在大比例尺地形圖上讀取中樁高程。上述方法是縱斷面數(shù)據(jù)采集的傳統(tǒng)方法。更先進(jìn)的方法，可先建立dtm，由系統(tǒng)根據(jù)適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行高程內(nèi)插，從而得到中線上各點(diǎn)的地面高程。由于本文未討論dtm

5、，同時(shí)系統(tǒng)不支持dtm，因而仍采用傳統(tǒng)的方法?？v斷面線形設(shè)計(jì)平面線形確定后，如何讓計(jì)算機(jī)自動產(chǎn)生最優(yōu)的縱斷面，一直是研究人員和工程技術(shù)人員感興趣的問題，國內(nèi)外有關(guān)部門也進(jìn)行了大量的研究，并獲得了初步成果，但仍需要人工給出初始方案。目前，國內(nèi)多數(shù)cad系統(tǒng)仍采用人工方法設(shè)計(jì)縱斷面，通常是由計(jì)算機(jī)將輸入的縱斷面地面高程資料處理后，在屏幕上顯示或由繪圖儀繪制縱斷面地面線圖，由工程師設(shè)計(jì)縱坡，設(shè)置豎曲線計(jì)算參數(shù)，并將有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)程序完成縱坡計(jì)算、豎曲線計(jì)算以及設(shè)計(jì)高程、填挖高度計(jì)算等內(nèi)容，輸出設(shè)計(jì)圖表。本文亦采用這種方法，考慮到在屏幕上顯示縱斷面地面線不如以圖紙方式輸出直觀，因而在

6、程序中設(shè)置了輸出外業(yè)縱斷面圖的模塊，供設(shè)計(jì)人員試坡使用。當(dāng)然，在縱斷面設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)規(guī)范的要求，結(jié)合公路的等級、設(shè)計(jì)車速、沿線地形、地質(zhì)、水文等自然條件，綜合考慮筑路材料、工程造價(jià)、橋涵、防護(hù)、排水等構(gòu)造物的布置以及平縱面配合等多種因素，來合理地確定路線的縱斷面，要求設(shè)計(jì)者有較高的業(yè)務(wù)水平和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這部分工作主要由人工來完成。1.2道路模型的建模虛擬場景中，實(shí)體建模是主要的部分，也是最重要的場景內(nèi)容。而在虛擬場景中，三維實(shí)體包括靜態(tài)和動態(tài)兩種。道路模型在漫游系統(tǒng)中，道路是靜態(tài)的場景，又是主要的交互對象，因此，對它的建模采用幾何建模的方法。關(guān)于道路實(shí)體模型的建立，首先是獲得建

7、模數(shù)據(jù)，道路的高程數(shù)據(jù)和幾何形狀以及曲線、拐角、彎度等數(shù)據(jù)來自平面圖、剖面圖等建筑圖紙，此外還包括具體的尺寸和比例。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建模完成后，還要對模型進(jìn)行相應(yīng)的紋理映射，紋理數(shù)據(jù)的來源主要是實(shí)體的正向照片，也只有正向拍攝的照片才有紋理利用價(jià)值。其次是模型的建立，根據(jù)cad圖紙，在3dmax中建立三維模型，注意尺寸比例的因素，盡量減少線性的大幅度變化，注意隱藏面的消隱，減少系統(tǒng)內(nèi)存的占用，提高運(yùn)行速度和效率。本系統(tǒng)中，模型導(dǎo)入opengl前是沒有紋理的，所需要做的工作就是將所拍的照片制成紋理圖片格式存儲起來，在opengl中，由函數(shù)makeimage（）產(chǎn)生調(diào)用，并且所有紋理映射的初始化工

8、作都在程序myinit（）中進(jìn)行。由g1teximage2d（）說明一個(gè)全分辨率的圖像，其參數(shù)指出了圖像的尺寸、圖像類型、圖像位置和圖像的其它特性，接著連續(xù)調(diào)用函數(shù)g1texparameter*（）說明紋理怎樣纏繞物體和當(dāng)象素與紋理數(shù)組中的單個(gè)元素不能精確匹配時(shí)如何過濾顏色；再接著用函數(shù)g1texenv*（）設(shè)置畫圖方一式為gl_decal；最后，調(diào)用函數(shù)glenable（）啟動紋理映射。二、計(jì)算機(jī)的優(yōu)化與建模技術(shù)在公路橋梁建設(shè)工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及管理過程中，設(shè)計(jì)者們運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)中的優(yōu)化和建模技術(shù)全面綜合的考慮在經(jīng)濟(jì)、時(shí)間上的有效組合，以期實(shí)現(xiàn)效益最大化。建筑設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)包括基礎(chǔ)

9、模型、設(shè)計(jì)模型以及施工模型。其中設(shè)計(jì)模型工作要將工藝參數(shù)和施工進(jìn)度綜合起來考慮，以此便于反映施工模型和設(shè)計(jì)模型之間存在的差異和交互作用。比如autocad軟件系統(tǒng)的主要功能就是用來做輔助繪圖工作的，因此這個(gè)軟件系統(tǒng)具有強(qiáng)大的繪圖功能。目前，這款軟件隨著版本的不斷升級，它在原來的二維繪圖編輯功能上增添了較強(qiáng)的3d立體繪圖功能以及實(shí)體造型技術(shù)，讓設(shè)計(jì)工作者在更優(yōu)化的環(huán)境中進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。三、計(jì)算機(jī)提供的協(xié)同工作系統(tǒng)技術(shù)20世紀(jì)80年代中期，計(jì)算機(jī)所支持的協(xié)同工作技術(shù)提出之后，受到了人們諸多關(guān)注，在當(dāng)前的建設(shè)設(shè)計(jì)工作中，越來越受到重視，到目前為止，已經(jīng)發(fā)展成為該技術(shù)領(lǐng)域中最快的研究方向之一。cscw(

10、computersupportedcooperativework)的具體含義是指人們無論在什么地方處于什么群體，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助下，都可以在一個(gè)虛擬共享的環(huán)境中進(jìn)行交流和磋商，進(jìn)而高效快速的將一個(gè)共同任務(wù)完成。而人、計(jì)算機(jī)以及相關(guān)的環(huán)境在計(jì)算機(jī)技術(shù)的引導(dǎo)下，形成了一個(gè)可以進(jìn)行研究的系統(tǒng)。公路橋梁建設(shè)正是運(yùn)用這個(gè)系統(tǒng)將設(shè)計(jì)作為一個(gè)共同任務(wù)，讓相關(guān)的設(shè)計(jì)者一起研究，發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的最佳效益。四、計(jì)算機(jī)cad技術(shù)計(jì)算機(jī)cad技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代后期，起用于發(fā)達(dá)國家的航空事業(yè)和軍事工業(yè)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)中，它的應(yīng)用涵蓋了工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造以及圖紙測畫，成為最有影響的高新應(yīng)用技術(shù)。在公路橋梁的設(shè)計(jì)工作

11、中，為了縮短整體工程的工期，將cad、cae、cam三者進(jìn)行比較之后，提出了并行工程的思想，簡稱ce。該工程的實(shí)施主要要求企業(yè)及相關(guān)人員建立可以共享的數(shù)據(jù)庫，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，衍生出pdm系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的pdm系統(tǒng)又發(fā)展為pdmii系統(tǒng)。此外，tq-16/tx計(jì)算機(jī)技術(shù)也從原來的tq-16/tx系統(tǒng)軟件轉(zhuǎn)換為tq-16/tx1新型系統(tǒng)軟件，并且在磁鼓以及磁帶上建立了程序庫，增大了存儲容量范圍，使得數(shù)據(jù)的輸入更快，運(yùn)算效率更高，在公路橋梁的設(shè)計(jì)中取得了良好的效果，深得廣大設(shè)計(jì)者的喜愛和贊賞。五、計(jì)算機(jī)erp技術(shù)erp技術(shù)是生產(chǎn)管理領(lǐng)域提出來的供應(yīng)鏈管理概念，這

12、一技術(shù)的適用范圍很廣，包括人力資源管理，設(shè)備設(shè)施管理以及數(shù)據(jù)分析管理等。應(yīng)用計(jì)算機(jī)erp技術(shù)，將其軟件本身強(qiáng)大的包容性和兼容性應(yīng)用到設(shè)計(jì)工作中，可以和建筑企業(yè)常用的建筑cad軟件以及結(jié)構(gòu)受力分析軟件相結(jié)合，高度集成，并通過internet/intranet將建筑企業(yè)內(nèi)部的供應(yīng)鏈和外部的施工情況連接起來進(jìn)行管理，完成設(shè)計(jì)、物流、信息流、資金管理多方面的有效轉(zhuǎn)移和優(yōu)化，以便適應(yīng)在新的競爭環(huán)境中市場對建筑企業(yè)及相關(guān)工作提出的高質(zhì)量、低成本、高安全的要求。六、計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序編程語言及其程序設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)公路橋梁在施工路線以及完工測量的工作中，在沒有很專業(yè)的軟件進(jìn)行輔助的情況下，要想繪制出公路的施工設(shè)計(jì)圖是很困難的，而且工作量大，過程繁瑣，既費(fèi)神又容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。特別是在公路建設(shè)設(shè)計(jì)中，需要在短時(shí)間內(nèi)將測量到的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成縱斷面上的地面線，才能進(jìn)行線路審核。應(yīng)用mi-crosoftexcel、autocad提供的vba功能，將microsoftexcel表格中所標(biāo)識出來的樁號以及地面高程等相關(guān)信息都讀取出來，再在autocad文件里面用文字和線條等多種形