数字化技术在土木工程中的应用

计算机辅助设计(CAD) 14.1 计算机辅助设计(CAD)
计算机辅助设计(Computer Design），简称CAD ），简称CAD。 计算机辅助设计(Computer Aided Design），简称CAD。 CAD是利用计算机硬件系统和软件系统强大的计算功能和高 是利用计算机硬件系统和软件系统强大的计算功能和高 效灵活的图形处理能力，帮助工程技术人员进行工程设计、 效灵活的图形处理能力，帮助工程技术人员进行工程设计、 产品设计与开发，以达到缩短设计周期、提高设计质量、 产品设计与开发，以达到缩短设计周期、提高设计质量、降 低成本、提高市场竞争力的一门先进技术。 低成本、提高市场竞争力的一门先进技术。 我国对CAD的应用和研究，开始于20世纪70年代，在80年 代中期进入了全面开发应用阶段，并对土木工程设计工作带 来了越来越大的影响。
Xsteel
芬兰 Tekla 公司
天正结构 cad
北京天正工程 软件公司
建筑结构设计绘图 AutoCAD上运行 上运行） (在AutoCAD上运行）
ANSYS/M 美国ANSYS公 美国ANSYS ANSYS公 ultiPhysi 司 cs系列软件 系列软件 sap2000 美国CSI公司 美国CSI公司 CSI 与金土木合作
14.3.2 智能化建筑的系统组成
智能建筑是在建筑平台上，由三大子系统所构成。 • 建筑平台 建筑平台就是建筑物（包括环境本身）。 建筑物（包括环境本身） 建筑物 • 三大子系统 三大子系统是指通信网络系统、办公自动化（信息网络）系 通信网络系统、办公自动化（信息网络） 通信网络系统 统和建筑设备自动化系统 。
•剪力墙计算机辅助设计软件──JLQ 剪力墙计算机辅助设计软件 •钢筋混凝土基本构件设计计算软件 钢筋混凝土基本构件设计计算软件──GJ •基础 基础CAD（独基、条基、桩基、筏基）软件 （独基、条基、桩基、筏基）软件──JCCAD •箱形基础计算机辅助设计软件 箱形基础计算机辅助设计软件──BOX •钢结构 钢结构CAD软件 软件──STS 软件 •预应力混凝土结构设计软件 预应力混凝土结构设计软件──PREC •混凝土小型空心砌块 混凝土小型空心砌块CAD软件 软件──QIK 软件
智能建筑的综合布线系统的特点是： 智能建筑的综合布线系统的特点是： 将所有的语音、数据、视频信号等的布线，经过 统一的规划设计，综合在一套标准的布线系统中，将 智能建筑的三大子系统有机地连接起来。 智能建筑与建筑环境的关系： 智能建筑与建筑环境的关系： • • • 建筑环境； 空调环境； 照明环境。
CAD系统发展历程 系统发展历程——与计算机软硬件系统的发展息息相关 系统发展历程 与计算机软硬件系统的发展息息相关 • • 单功能CAD系统（20世纪 年代 系统（ 世纪 年代——20世纪 年代末期）； 世纪50年代 世纪70年代末期 单功能 系统 世纪 年代末期）； 基于文件管理功能的多功能CAD系统（20世纪 年代 系统（ 世纪 年代——20世 世纪80年代 基于文件管理功能的多功能 系统 世
ITS中的通信技术主要包括： ITS中的通信技术主要包括： 中的通信技术主要包括 (1)无线电广播； (1)无线电广播； 无线电广播 (2)电缆通信； (2)电缆通信； 电缆通信 (3)微波通信； (3)微波通信； 微波通信 (4)移动通信； (4)移动通信； 移动通信 (5)光纤通信； (5)光纤通信； 光纤通信 (6)数字基带通信； (6)数字基带通信； 数字基带通信 (7)数字载波通信； (7)数字载波通信； 数字载波通信 (8)红外线与超声波通信； (8)红外线与超声波通信； 红外线与超声波通信 (9)卫星通信。 (9)卫星通信。 卫星通信
14.2 信息化施工
信息化施工，就是指在施工过程中所涉及的各部分 信息化施工 就是指在施工过程中所涉及的各部分 各阶段广泛应用计算机信息技术，对工期、人力、材料、 各阶段广泛应用计算机信息技术，对工期、人力、材料、 机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理和交流， 机械、资金、进度等信息进行收集、存储、处理和交流， 并加以科学地综合利用，为施工管理及时、准确地提供 并加以科学地综合利用，为施工管理及时、 决策依据。 决策依据。 信息化施工可大幅度提高施工效率和保证工程质量， 减少或杜绝工程事故，有效控制成本，实现施工管理现 代化。
第十四章 数字化技术在土木工程中的应用
•14.1 计算机辅助设计(CAD) 14.1 计算机辅助设计(CAD) •14.2 信息化施工 14.2 •14.3 智能化建筑的定义及分类 14.3 •14.4 智能化交通 14.4 •14.5 仿真系统 14.5 •14.6 土木工程专业中计算机辅助教学与网络教学 14.6
14.2.1 信息化施工现状
(1)在建设行业行政主管部门和建筑企业初步完成计算机的普 (1)在建设行业行政主管部门和建筑企业初步完成计算机的普 及应用，但远没到信息化的阶段。 及应用，但远没到信息化的阶段。 (2)初步形成了建筑业专用软件市场， (2)初步形成了建筑业专用软件市场，有了一批自主知识版权 初步形成了建筑业专用软件市场 的信息产品，满足单项应用要求，但缺少平台级系统软件。 的信息产品，满足单项应用要求，但缺少平台级系统软件。 (3)信息化总体水平处于直接事务处理阶段， (3)信息化总体水平处于直接事务处理阶段，远没达到深层次 信息化总体水平处于直接事务处理阶段 推理系统应用阶段。 推理系统应用阶段。 (4)建设行业推广信息化施工技术存在的问题和差距。 (4)建设行业推广信息化施工技术存在的问题和差距。 建设行业推广信息化施工技术存在的问题和差距
引言
数字化技术更越来越多的应用到各个领域，小到产品的策 划、设计、制造、销售；大到医疗、教育、军事等等都在探索 使用数字化技术。 数字化技术是以计算机硬软件、周边设备、 数字化技术是以计算机硬软件、周边设备、协议和网络为 是以计算机硬软件 基础的信息离散化表述、定量、感知、传递、存贮、处理、 基础的信息离散化表述、定量、感知、传递、存贮、处理、控 制、联网的集成技术。 联网的集成技术。 计算机辅助设计、信息化施工 智能建筑 智能交通、仿 计算机辅助设计 信息化施工、智能建筑 智能交通 仿 信息化施工 智能建筑、智能交通 真系统等是土木工程数字化技术发展的主要方向，网络教学 网络教学也 真系统 网络教学 将成为土木工程发展的重要分支。
软件名称 开发单位
PKPM AutoCAD 中国建研院 PKPM工程部 PKPM工程部 美国Autodesk 美国Autodesk 公司
适用范围
框排架、框剪、 框排架、框剪、砖混 等多、 等多、高层建筑
主要功能及特点
建筑、结构、 建筑、结构、设备集成的大型 CAD系统 CAD系统
通用交互式绘图软件， 有很强的三维设计、 通用交互式绘图软件， 有很强的三维设计、实体结合造 绘图功能完善、 绘图功能完善、使用 型和数据库管理等功能 方便 主要应用于钢结构设 计与分析 是基于面向对象技术的智能软件 独立的三维智能钢结构模拟、 包，独立的三维智能钢结构模拟、 详图的生成等。 详图的生成等。 与计算程序的简单接口， 与计算程序的简单接口，可以生 成模板施工图。 成模板施工图。建筑平面图接口 可与其他建筑软件连接 是一个完整的有限元分FEA软件 是一个完整的有限元分FEA软件 FEA 包括(1)机械-结构(2) (1)机械 (2)电磁 包，包括(1)机械-结构(2)电磁 (3)计算流体动力学等三个主 学(3)计算流体动力学等三个主 要的组成产品 二维框架静力分析及复杂的三维 非线性动力分析
14.2.2信息化施工未来发展的重点 14.2.2信息化施工未来发展的重点
14.3.智能化建筑 14.3.智能化建筑
智能化建筑是为了适应现在信息社会对建筑物的功 智能化建筑 能，环境和高效率管理的要求，特别是对建筑物应具备信 息通信，办公自动化，和建筑设备自动控制和管理等一系 列功能的要求而在传统的基础上发展起来的。 智能建筑一语，首次出现于美国联合科技集团TUBS公 司1984年1月在康乃狄格州所建设完成的City Place大楼 的宣传语中。
14.3.3 智能化建筑的实施步骤
智能建筑 的实施步骤， 是使智能建筑 健康发展的一 个重要措施。
14.4 智能化交通
智能化交通，英文简写ITS，智能化交通一般包括 智能化交通一般包括以 智能化交通一般包括 下几个系统： (1)先进交通管理系统； (1)先进交通管理系统； 先进交通管理系统 (2)交通信息服务系统； (2)交通信息服务系统； 交通信息服务系统 (3)车辆控制系统； (3)车辆控制系统； 车辆控制系统 (4)车辆调度系统； (4)车辆调度系统； 车辆调度系统 (5)公共交通系统等。 (5)公共交通系统等。 公共交通系统等 智能交通系统标准体系结构划分为两层，上层为智能 交通系统通用标准，下层为分系统标准。
纪末期）； 纪末期）； • 基于工程数据库技术的集成化CAD系统 系统——CMIS 将 基于工程数据库技术的集成化 系统
CAD/CAM系统的数据库、管理系统、网络通信相结合（21世纪初 系统的数据库、管理系统、网络通信相结合（ 世纪初 系统的数据库 期——今）。 今 CAD应用软件的发展方向： 应用软件的发展方向： 应用软件的发展方向 集成化、图视化、智能化、并行化、标准化。 集成化、图视化、智能化、并行化、标准化。
CAD技术的应用现状： 技术的应用现状： 技术的应用现状 涉及众多学科的高新技术领域。例如： 涉及众多学科的高新技术领域。例如： • • • • 计算机硬件技术、工程设计知识与方法； 计算机硬件技术、工程设计知识与方法； 计算数学、计算力学、计算机图形学； 计算数学、计算力学、计算机图形学； 数据结构和数据库、有限元法； 数据结构和数据库、有限元法； 计算机网络、 计算机网络、仿真技术 。 常用的CAD软件包括： 常用的 软件包括： 软件包括 PKPM 、MIDAS 、SAP 等。 MIDAS SAP
主要应用于航空、 主要应用于航空、桥 梁、建筑等各个工程 领域的结构分析、 领域的结构分析、热 分析、 分析、流体分析 桥梁、大坝、 桥梁、大坝、体育场 馆、工业结构和建筑
pkpm软件界面 软件界面
PKPM系列软件包括有： 系列软件包括有： 系列软件包括有 •结构平面计算机辅助设计软件──PMCAD 结构平面计算机辅助设计软件 •钢筋混凝土排架及连续梁结构计算与施工图绘制软件──PK 钢筋混凝土排架及连续梁结构计算与施工图绘制软件 •多、高层建筑结构三维分析软件──TAT 高层建筑结构三维分析软件 •高层建筑结构动力时程分析软件 高层建筑结构动力时程分析软件──TAT-D •多、高层结构空间有限元分析软件──SATWE 高层结构空间有限元分析软件 •高精度平面有限元框支剪力墙计算及配筋软件──FEQ 高精度平面有限元框支剪力墙计算及配筋软件 •楼梯计算机辅助设计软件──LTCAD 楼梯计算机辅助设计软件
智 能 建 筑 系 统
14.3.2 智能化建筑的系统组成
智能建筑的通信网络系统是保证楼内语音，数据，图像传 输的基础，它同时ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ外部的通信网相连，与世界各地互通信息， 通信网络系统是智能建筑的中枢，是把构成智能建筑的三大子 系统连接成有机的整体的核心。 智能建筑的信息网络系统提供先进的信息处理功能，具有 决策支持体系。 设备自动化系统是采用计算机及其网络技术，自动控制技 术和通信技术组成的高度自动化的综合管理系统，保证建筑物 内舒适，安全的办公环境，同时实现高效节能要求 。
14. 14.3.1 智能化建筑的定义及分类
目前智能建筑还没有确切的定义，但有两个方面的要求 应予满足。 房屋设备用先进的计算机系统监测与控制， (1) 房屋设备用先进的计算机系统监测与控制 ， 并可通 过自动优化或人工干预来保证设备运行的安全、可靠高效。 过自动优化或人工干预来保证设备运行的安全、可靠高效。 (2) 安装了对居住者的自动服务系统。 安装了对居住者的自动服务系统。 智能建筑主要有以下几种类型： 智能建筑主要有以下几种类型： 1、专用办公楼； 专用办公楼； 2、出租办公楼； 出租办公楼； 3、综合性建筑； 综合性建筑； 4、住宅。 住宅。