数字化设计技术在桥梁数字化综合管养中的应用

杨友红

摘要：本文阐述了数字化设计技术内涵及 桥梁数字化维护与管理系统的特性，通过分析桥梁数字化管养系统功能分析， 提出了数字化桥梁 CAD 关键技术意见。

关键词：数字化设计技术；桥梁 综合管养；应用

交通建设包含了很多部分，如铁路交通、飞机航空、水路运输以及桥梁建设等，一座城市无论是靠河或是多山的地形，又或者是平坦的陆地，桥梁建设是一座城市所不可缺少的道路网连接点，桥梁建设在很多地方可以为我们节约大量的建筑成本以及社会出行时间，在城市交通中占据着重要的社会地位。但是，现代社会中，桥梁建设方面还存在很多需要完善的地方，如桥梁的退化与维护，这一问题也逐渐成为桥梁建筑师和普通民众所关注的热点话题，这也成为建立桥梁管理系统的必然要求。桥梁管理主要是依托现代化手段和现代科学技术，在坚持系统论思想的基础上，运用多领域知识进行信息的收集、分析、共享与再利用等，为桥梁建设、管理与维护提供科学的依据，实现桥梁管理的系统化、科学化、智能信息化。

一、数字化设计技术

（一）数字化设计技术的含义

软件技术的发展与计算机处理内容存在一定的必然联系，从单一的文本内容转变为现在声音、图像、动画、视频等多位一体的内容，并对这些内容进行及时性、高效率的处理。工程设计对象包含几何图形、设计图纸、装配关系、材料特征等内容，即数字信息，工程设计对象即对象的数字化模型，数字化设计技术就是处理这些数字信息进行的方法。

（二）工程对象的数字化特征

（1）几何特征。基于三维数据的工程对象几何构造信息。（2）装配特征。工程对象特征的几何拓扑关系以及其中涉及到的特征模型的装配关系。（3）功能特征。即每种特征的材料属性。

（三）工程对象的数字化操作

（1）特征的参数化设计。要进行数字化设计就必须先开始参数化设计，参数化设计与工程特征的方案设计之间存在很大的联系，修改整个特征的几何构造需要用到数字模型的几何特征、装配特征等。（2）特征库的维护和使用。以往的桥梁建筑经验与理论即具有规范管理的工程特征库对桥梁的设计、管理以及后期的维护与保养都是非常重要的，这些数据和信息能为桥梁建设者和维修保护者提供可参考的依据，增加了决策的科学性，对桥梁的建设效率和建设质量也是非常有帮助的。（3）基于专业知识的智能化、自动化设计。桥梁设计专业是需要丰富的理论知识和扎实的操作技能的，而将专业知识融入工程对象中，可以有效增强工程对象的设计以及后期修改的准确性和科学性，基于这一专业基础，桥梁的设计将会更加贴近实际情况，杜绝形象工程、面子工程和豆腐渣工程。

二、桥梁数字化维护与管理系统的特性

传统的桥梁维护和管理主要是进行被动的技术预测，而桥梁数字化维护与管理系统则在现场调查、检测以及后期维护、保养等方面都做出了很大程度的创新与改变，能够更加精准化的对桥梁进行管理，延长桥梁的使用寿命。运行这一系统不仅可以及时的获取桥梁的当前状态，如果检测出异常情况，还能针对这一异常情况提出具有可参考性的建议或者意见，包括异常情况出现的各种原因以及后续可能产生的危害，有助于桥梁专家做出更加正确的判断与决策。这一系统的另一特点就是它可以对桥梁进行实时的检测，在检测过程中可以搜集到大量的信息，并通过对这些信息进行系统、科学的分析，为桥梁建设者或者维修人员提供一些基础信息，包括桥梁材料的腐蚀、老化程度等，具有高度的预测能力和风险评估能力，有效降低了危险事故发生的概率，对人们的生命财产安全有一定的保障作用。

三、桥梁数字化管养系统功能分析

桥梁数字化管养系统具有数据收集与服务功能、信息处理功能、监测与评估功能、档案管理以及综合服务等功能，这些功能构成了独立又统一的子系统，在整个桥梁数字化管养系统中占据着不同的地位，发挥着不同的作用。如，数据收集与服务功能包括对桥梁的基础建设信息与后续信息，包括桥梁的初步设计方案与图纸，桥梁建设者、设计者、承包团队、建成后的维护与保养者的基本信息，桥梁建设所需要的各种建筑材料的相关信息（如建设材料的生产地、供应商、采购部门人员及其部门负责人等），这些信息在这个系统中可以得到永久性的保存，其他的桥梁设计者和建筑者也可以通过这个系统来获取自己所需的信息，从而实现了信息的传播与共享。信息处理功能主要是指系统运用科学的系统分析方法对这些信息进行归类保存等，并根据操作人选择的信息形成分析材料，以供操作人参考。检测与评估功能主要是指对桥梁进行定期或者不定期的检测与保养，对桥梁建筑材料的老化程度、腐蚀程度、损害程度等进行科学的检测，预测其存在的各种风险，同时运用信息处理功能对这些风险进行评估和提供参考性意见。由此可见，每一种系统功能都是独立存在的，但是，每一种功能的实现都需要其他系统的参与与支持。

四、数字化桥梁 CAD关键技术

（1）数字化设计技术。桥梁数字化特征模型对桥梁的建设和维养丢失很重要的，数字化设计技术在其中也发挥了重要作用，这一技术主要是以实际的工程对象为设计单元，同时建立特征对象树和特征属性表，以实现桥梁完整、详细的方案设计，并且可达成“即改即现”的效果，具有高度的智能化、自动化和科学化。（2）全关联设计技术。全关联设计技术和统一的数据模型构成了数字化的桥梁模型，并且第一次录入的数据和信心无需二次输入省去了很多流程和时间，各系统之间的信息可以实现共享，某一信息的增加或者变动都会导致整个系统中相关信息的改变，节约了系统录入的时间和人力，具有高度的关联性和高效率。桥梁模型完成之后，相关特征点的基本内容也会陆续完成。（3）智能化设计技术。智能化设计技术是一突出亮点，这一技术与手工设计的流程有所重合，可以根据实际数据进行定制操作，也可采用系统自带的相关方式，实现全线桥梁方案设计的自动化，方案设计完成之后将会按照之前输入制定的工程配置参数自动生成桥梁设计模型，后续则不再需要仍人工的参与，省去了很多的流程，在很大程度上都提高了设计效率，同时也降低了设计的难度、复杂度以及出错率。智能化设计技术是科技发展的产物，在节约人力、物力财力等方面都发挥了重要的作用，为们的生活方式、生产方式和工作方式都带来了极大的改变。（4）标准化设计技术。交通部新颁上下部通用图标准化设计技术的重要内容，建筑设计师在进行建筑时，都可以自动的套用相关的设计资料，这些内容也能为设计者提供参考的依据和设计灵感等，参照这些资料和内容而画出的设计图纸准确性和科学性都很强，也保证了桥梁上下部的设计标准化，在建筑源头就实现了对桥梁质量的保证，对设计

效率也有显著的提升作用。桥梁工程建筑不仅需要丰富的建筑理论知识和桥梁知识，还必须具有丰富的设计经验，對社会民生和地形地势也要有所了解，是非常复杂的一项工程，在这一基础上的桥梁结构标准化更是具有更好的要求，而充分运用数字化技术则有效的降低了这一设计难度，也是目前为止可采纳的比较科学和有效的方法。本文提出的方案可以将桥梁总体设计中的工作纳入标准化工作中，这样标准化的数字平台可以对桥梁设计的难度、复杂度以及桥梁建筑过程中易出现的各种问题都能提出有效的解决方式，同时还能有效节约建筑的时间和成本，对标准化内涵也有一个丰富作用。

（作者单位：常德市城市桥梁管理处）

参考文献

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[2]项海帆.桥梁概念设计[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]任远.大跨度斜拉桥养护管理系统的数字研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.