計算機技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用課件

1數(shù)字化技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

1數(shù)字化技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用214.1計算機輔助設(shè)計（CAD）

計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，簡稱CAD)在工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，已成為人們熟悉的并能推動生產(chǎn)前進的新技術(shù)。當(dāng)前，計算機輔助設(shè)計在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用首推是由中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPMCAD系統(tǒng)。PKPMCAD是面向鋼筋混凝土框架、排架、框架-剪力墻、磚混以及底層框架上層磚房等結(jié)構(gòu)，適用于一般多層工業(yè)與民用建筑、100層以下復(fù)雜體型的高層建筑，是一個較為完整的設(shè)計軟件。其中PMCAD軟件采用人機交互方式，引導(dǎo)用戶逐層對要設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行布置，建立起一套描述建筑物整體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。軟件具有較強的荷載統(tǒng)計和傳導(dǎo)計算功能，它能夠方便地建立起要設(shè)計對象的荷載數(shù)據(jù)。由于建立了要設(shè)計結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，PMCAD成為PK、PM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計各軟件的核心，它為各功能設(shè)計提供數(shù)據(jù)接口。214.1計算機輔助設(shè)計（CAD）33414.2信息化施工

指在施工過程中所涉及的各部分各階段廣泛應(yīng)用計算機信息技術(shù)，對工期、人力、材料、機械、資金、進度等信息進行收集、存儲、處理和交流，并加以科學(xué)地綜合利用，為施工管理提供及時、準(zhǔn)確地提供依據(jù)。14.2.1現(xiàn)狀（1）初步完成信息普及應(yīng)用，尚未達到信息化階段。（2）初步開成了軟件市場，滿足單項應(yīng)用，缺系統(tǒng)軟件（3）信息化總體水平處于直接事物處理階段，沒達到深層次推理系統(tǒng)應(yīng)用階段。（4）推廣信息化施工技術(shù)存在問題和差距。414.2信息化施工5

虛擬施工技術(shù)的5D模型，實現(xiàn)設(shè)計、預(yù)算、進度的聯(lián)動5D模型=3D模型時間成本＋＋

通過5D模型，設(shè)計、預(yù)算、進度可以同步獲得與3D模型關(guān)聯(lián)，保持最新的、準(zhǔn)確的預(yù)算和評估。5虛擬施工技術(shù)的5D模型，實現(xiàn)設(shè)計、預(yù)算、進度的聯(lián)動5D模6

清晰無障礙的溝通與交流

虛擬技術(shù)，提供生動的3D環(huán)境，變平面圖紙為3D模型。讓溝通變得自由與愉悅6清晰無障礙的溝通與交流虛擬技術(shù)，提供生動的3D環(huán)境，變714.3智能化建筑

14.3.1定義及分類（1）房屋設(shè)備用先進的計算機系統(tǒng)監(jiān)測與控制，并可通過自動化或人工干預(yù)來保證設(shè)備運行的安全可靠。（2）安裝了對居住者的自動服務(wù)系統(tǒng)。類型：

①專用辦公樓②出租辦公樓③綜合性建筑④住宅714.3智能化建筑814.3.2智能化建筑的系統(tǒng)組成（1）智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）智能建筑的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（3）智能建筑的設(shè)備自動化系統(tǒng)。建筑系統(tǒng)環(huán)境計劃通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)814.3.2智能化建筑的系統(tǒng)組成建筑系統(tǒng)環(huán)境計劃通信網(wǎng)絡(luò)914.4智能化交通包括以下幾個系統(tǒng)（1）先進的交通管理系統(tǒng)。（2）交通信息服務(wù)系統(tǒng)。（3）車輛控制系統(tǒng)。（4）車輛調(diào)度系統(tǒng)。（5）公共交通系統(tǒng)。具有信息收集，快速處理，優(yōu)化決策，大型可視化等功能。914.4智能化交通1014.5計算機仿真系統(tǒng)

15.5.1在教學(xué)中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗是土建類專業(yè)學(xué)生在校期間必須修的課程。但是利用計算機模擬仿真，同樣可以獲得試驗的效果。這比單純?nèi)プ寣W(xué)生看教學(xué)試驗更能調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生能有動手參與的機會，能在計算機上操作、“破壞”和“修復(fù)”。這樣做可以節(jié)省大量的人力、物力、財力和時間?；谶@種想法我們借助于清華大學(xué)土木工程系開發(fā)的“鋼筋混凝土構(gòu)件模擬試驗軟件”，再進一步開發(fā)了“鋼筋混凝土構(gòu)件計算機模擬教學(xué)試驗CAI課件”。該CAI課件主要包括從對試驗基本知識的學(xué)習(xí)，試驗過程的演示，動手做試驗，以及試驗完成后撰寫試驗報告等方面的內(nèi)容。1014.5計算機仿真系統(tǒng)11在土木工程專業(yè)的鋼筋混凝土課程的教學(xué)中，鋼筋混凝土構(gòu)件實驗是一個很重要的環(huán)節(jié)。它幫助學(xué)生更好地理解鋼筋混凝土構(gòu)件的性能，增加感性認(rèn)識。但是，真實的構(gòu)件破壞試驗不僅需要龐大的實驗室，還要花費很大的人力、物力、財力和準(zhǔn)備時間。采用計算機模擬的方法，利用計算機圖形系統(tǒng)構(gòu)成一個模擬的試驗環(huán)境，學(xué)生向計算機輸入構(gòu)件數(shù)據(jù)后在屏幕上觀察到構(gòu)件破壞的全過程及其內(nèi)外部的各種變化。這比單純?nèi)プ寣W(xué)生看教學(xué)試驗更能調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生能有動手參與的機會，能在計算機上操作、“破壞”和“修復(fù)”。11在土木工程專業(yè)的鋼筋混凝土課程的教學(xué)中，鋼筋混凝土構(gòu)件1214.5.2計算機模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用14.5.3計算機模擬仿真在防災(zāi)工程中應(yīng)用14.5.4計算機模擬仿真在巖土工程中應(yīng)用1214.5.2計算機模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用13

三峽永久船閘鳥瞰圖13三峽永久船閘鳥瞰圖14三峽永久船閘縱平面圖14三峽永久船閘縱平面圖1517-17剖面整體位移矢量圖

1517-17剖面整體位移矢量圖16三峽永久船閘開挖支護圖16三峽永久船閘開挖支護圖1717-17剖面的網(wǎng)格劃分圖1717-17剖面的網(wǎng)格劃分圖18開挖完成后17-17剖面x方向的地應(yīng)力

18開挖完成后17-17剖面x方向的地應(yīng)力19開挖完成后17-17剖面y方向的地應(yīng)力

19開挖完成后17-17剖面y方向的地應(yīng)力2014.6計算機輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

14.6.1計算機輔助教學(xué)CAI

1．形式多樣、生動活潑：通過對文字、圖形、圖象、動畫、聲音等信息的處理，組成圖文聲像并茂的演播系統(tǒng)，可以進行視聽一體等多種方式的形象化教學(xué)。2．高度交互、因材施教：實現(xiàn)了人機對話，能根據(jù)學(xué)習(xí)者的要求選擇教學(xué)內(nèi)容、控制學(xué)習(xí)節(jié)奏，及時反饋教學(xué)信息，充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的興趣和潛力的發(fā)揮，縮短了學(xué)習(xí)時間3．信息量大、重現(xiàn)力強：不受時間、空間的限制，隨時記錄、存儲的教學(xué)內(nèi)容調(diào)出，縮短了教學(xué)內(nèi)容重現(xiàn)的時間。4．界面友好、操作簡單：只需用鍵盤或鼠標(biāo)等簡單輸入設(shè)備，即可實現(xiàn)對整個教學(xué)過程的控制。2014.6計算機輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)21計算機輔助教學(xué)的主要優(yōu)點如下：1．有利于增強教學(xué)效果2.有利于貫徹因材施教的原則3.有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣4.有利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的多種能力.5.有利于提高教學(xué)質(zhì)量14.6.2網(wǎng)上教學(xué)與學(xué)習(xí)：

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)上教學(xué)與學(xué)習(xí)已成為可能。它除了CAI的優(yōu)點以外，還具備網(wǎng)上答疑、網(wǎng)上討論等虛擬教室或?qū)W術(shù)論壇的功能。同學(xué)們在任何可以上網(wǎng)的地方進行上網(wǎng)學(xué)習(xí)，遇到問題，可以以發(fā)送電子郵件的方式或網(wǎng)上粘貼的辦法，將自己的問題送給老師，或其他可以幫助解決問題的同學(xué)們。一旦老師或同學(xué)上網(wǎng)，看到問題，就可以作出相應(yīng)的回答。21計算機輔助教學(xué)的主要優(yōu)點如下：2214.7工程管理的信息化、虛擬化信息虛擬跑的更快2214.7工程管理的信息化、虛擬化信息虛擬跑的更快23①工程管理信息化發(fā)展趨勢23①工程管理信息化發(fā)展趨勢24工程項目信息門戶(PIP)的概念

信息交換方式的轉(zhuǎn)變24工程項目信息門戶(PIP)的概念

信息交換方式的轉(zhuǎn)變25PIP25PIP26數(shù)字化技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

1數(shù)字化技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用2714.1計算機輔助設(shè)計（CAD）

計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，簡稱CAD)在工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，已成為人們熟悉的并能推動生產(chǎn)前進的新技術(shù)。當(dāng)前，計算機輔助設(shè)計在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用首推是由中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPMCAD系統(tǒng)。PKPMCAD是面向鋼筋混凝土框架、排架、框架-剪力墻、磚混以及底層框架上層磚房等結(jié)構(gòu)，適用于一般多層工業(yè)與民用建筑、100層以下復(fù)雜體型的高層建筑，是一個較為完整的設(shè)計軟件。其中PMCAD軟件采用人機交互方式，引導(dǎo)用戶逐層對要設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行布置，建立起一套描述建筑物整體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。軟件具有較強的荷載統(tǒng)計和傳導(dǎo)計算功能，它能夠方便地建立起要設(shè)計對象的荷載數(shù)據(jù)。由于建立了要設(shè)計結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，PMCAD成為PK、PM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計各軟件的核心，它為各功能設(shè)計提供數(shù)據(jù)接口。214.1計算機輔助設(shè)計（CAD）2832914.2信息化施工

指在施工過程中所涉及的各部分各階段廣泛應(yīng)用計算機信息技術(shù)，對工期、人力、材料、機械、資金、進度等信息進行收集、存儲、處理和交流，并加以科學(xué)地綜合利用，為施工管理提供及時、準(zhǔn)確地提供依據(jù)。14.2.1現(xiàn)狀（1）初步完成信息普及應(yīng)用，尚未達到信息化階段。（2）初步開成了軟件市場，滿足單項應(yīng)用，缺系統(tǒng)軟件（3）信息化總體水平處于直接事物處理階段，沒達到深層次推理系統(tǒng)應(yīng)用階段。（4）推廣信息化施工技術(shù)存在問題和差距。414.2信息化施工30

虛擬施工技術(shù)的5D模型，實現(xiàn)設(shè)計、預(yù)算、進度的聯(lián)動5D模型=3D模型時間成本＋＋

通過5D模型，設(shè)計、預(yù)算、進度可以同步獲得與3D模型關(guān)聯(lián)，保持最新的、準(zhǔn)確的預(yù)算和評估。5虛擬施工技術(shù)的5D模型，實現(xiàn)設(shè)計、預(yù)算、進度的聯(lián)動5D模31

清晰無障礙的溝通與交流

虛擬技術(shù)，提供生動的3D環(huán)境，變平面圖紙為3D模型。讓溝通變得自由與愉悅6清晰無障礙的溝通與交流虛擬技術(shù)，提供生動的3D環(huán)境，變3214.3智能化建筑

14.3.1定義及分類（1）房屋設(shè)備用先進的計算機系統(tǒng)監(jiān)測與控制，并可通過自動化或人工干預(yù)來保證設(shè)備運行的安全可靠。（2）安裝了對居住者的自動服務(wù)系統(tǒng)。類型：

①專用辦公樓②出租辦公樓③綜合性建筑④住宅714.3智能化建筑3314.3.2智能化建筑的系統(tǒng)組成（1）智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）智能建筑的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（3）智能建筑的設(shè)備自動化系統(tǒng)。建筑系統(tǒng)環(huán)境計劃通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)814.3.2智能化建筑的系統(tǒng)組成建筑系統(tǒng)環(huán)境計劃通信網(wǎng)絡(luò)3414.4智能化交通包括以下幾個系統(tǒng)（1）先進的交通管理系統(tǒng)。（2）交通信息服務(wù)系統(tǒng)。（3）車輛控制系統(tǒng)。（4）車輛調(diào)度系統(tǒng)。（5）公共交通系統(tǒng)。具有信息收集，快速處理，優(yōu)化決策，大型可視化等功能。914.4智能化交通3514.5計算機仿真系統(tǒng)

15.5.1在教學(xué)中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗是土建類專業(yè)學(xué)生在校期間必須修的課程。但是利用計算機模擬仿真，同樣可以獲得試驗的效果。這比單純?nèi)プ寣W(xué)生看教學(xué)試驗更能調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生能有動手參與的機會，能在計算機上操作、“破壞”和“修復(fù)”。這樣做可以節(jié)省大量的人力、物力、財力和時間?；谶@種想法我們借助于清華大學(xué)土木工程系開發(fā)的“鋼筋混凝土構(gòu)件模擬試驗軟件”，再進一步開發(fā)了“鋼筋混凝土構(gòu)件計算機模擬教學(xué)試驗CAI課件”。該CAI課件主要包括從對試驗基本知識的學(xué)習(xí)，試驗過程的演示，動手做試驗，以及試驗完成后撰寫試驗報告等方面的內(nèi)容。1014.5計算機仿真系統(tǒng)36在土木工程專業(yè)的鋼筋混凝土課程的教學(xué)中，鋼筋混凝土構(gòu)件實驗是一個很重要的環(huán)節(jié)。它幫助學(xué)生更好地理解鋼筋混凝土構(gòu)件的性能，增加感性認(rèn)識。但是，真實的構(gòu)件破壞試驗不僅需要龐大的實驗室，還要花費很大的人力、物力、財力和準(zhǔn)備時間。采用計算機模擬的方法，利用計算機圖形系統(tǒng)構(gòu)成一個模擬的試驗環(huán)境，學(xué)生向計算機輸入構(gòu)件數(shù)據(jù)后在屏幕上觀察到構(gòu)件破壞的全過程及其內(nèi)外部的各種變化。這比單純?nèi)プ寣W(xué)生看教學(xué)試驗更能調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生能有動手參與的機會，能在計算機上操作、“破壞”和“修復(fù)”。11在土木工程專業(yè)的鋼筋混凝土課程的教學(xué)中，鋼筋混凝土構(gòu)件3714.5.2計算機模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用14.5.3計算機模擬仿真在防災(zāi)工程中應(yīng)用14.5.4計算機模擬仿真在巖土工程中應(yīng)用1214.5.2計算機模擬仿真在結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用38

三峽永久船閘鳥瞰圖13三峽永久船閘鳥瞰圖39三峽永久船閘縱平面圖14三峽永久船閘縱平面圖4017-17剖面整體位移矢量圖

1517-17剖面整體位移矢量圖41三峽永久船閘開挖支護圖16三峽永久船閘開挖支護圖4217-17剖面的網(wǎng)格劃分圖1717-17剖面的網(wǎng)格劃分圖43開挖完成后17-17剖面x方向的地應(yīng)力

18開挖完成后17-17剖面x方向的地應(yīng)力44開挖完成后17-17剖面y方向的地應(yīng)力

19開挖完成后17-17剖面y方向的地應(yīng)力4514.6計算機輔助教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

14.6.1計算機輔助教學(xué)CAI

1．形式多樣、生動活潑：通過對文字、圖形、圖象、動畫、聲音等信息的處理，組成圖文聲像并茂的演播系統(tǒng)，可以進行視聽一體等多種方式的形象化教學(xué)。2．高度交互、因材施教：實現(xiàn)了人機對話，能根據(jù)學(xué)習(xí)者的要求選擇教學(xué)內(nèi)容、控制