计算机工程与科学
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施工中模板工程的计算机设计

  1 前言随着高层建筑的迅速发展,现浇钢筋混凝土结构日益增多,由此带动模板工程在材料、形式、构造和施工工艺上的全面发展。模板工程已经成为与工程成本、工程质量、施工进度和施工安全息息相关的重要因素。模板工程的结构体系化、材料多样化和使用多能化是当前发展趋势,由此出现了专业的模板公司。高层建筑的许多模板工程都是由这些专业的模板公司来完成,以保证模板的科学型、安全性和合理性。过去,模板设计停留在图板上,主要依靠人工完成,计算量多,绘制量大,重复环节多,费时费力,效率很低;现在,有了模板工程的计算机设计软件,可简化许多繁琐的工作。特别是配板设计,取决于流水段的划分、构件的几何特征、模扳的规格标准、施工方式和工程造价等许多因素,组配上需要多次进行尝试和分析,不仅繁琐复杂,而且难以精确评估,手工几乎无法完成,必须依靠计算机技术。


  2 模板工程设计软件的模型目前,现浇钢筋混凝土结构所采用的模板技术已经从散支散拆的木模板向工业化、多样化和体系化的模板发展,形成了组合式、工具式和永久式三大系列。通过分析,我们选择目前被广泛使用的组合式钢模板,把它作为计算机模板工程设计软件的研究对象,模拟组合式钢模板的整个设计过程,这叫做构造计算机设计模型。内容包括:研究人机关系,建立逻辑联系,最后推出有文字、有数据、有二维图形和三维图形等所需的信息,。


  2.1 人机关系模板设计一般包括方案选择、技术设计、图形绘制和材料统计等主要环节,整个设计过程可归结为重复性工作和创造性工作两个部分。计算机存储量大、运算速度快和精确度高,可进行各种复杂的、枯燥的计算和画图等重复性工作;而人类具有创造性的思维,能根据已有的知识和经验,按照实际情况和具体目标,作出判断和选择对策,是创造性的工作。因此要充分考虑了人机配合的方式和效率,把人机的特点有机地结合起来,实现了简便和直观的图形设计,具体方式:


  (1)人工干预方式;(2)人机交互方式;(3)计算机自动方式。


  系统可通过用户的界面图形、操作程序和控制手段,将各个设计环节和不同的工作方式有机地结合起来,模拟模板人工设计的工作进程,使设计者按照熟悉的工作方式进行设计和决策,有利于提高工作效率和设计质量。


  2.2逻辑联系把数字通过一定的关系转化为文字、表格和图形,然后进一步深化,在屏幕上建立可以被操作和被控制的基本单元。它具有基本内容,包括知识更深的文字、表格和图形,图形可为二维平面和三维实体。如:墙、梁、板、柱等钢筋混凝土构件,平模、填充板和角模等各种规格和类型的模板,支撑、螺栓和吊钩等配件。基本图形用几何数据和属性信息来描述。几何数据有形状、尺寸和几何特征;属性信息有名称、编号、材料和其他相关对象。对象和对象可以通过这种逻辑关系相互转换,以得到所需的不同信息,可操作控制和自动控制。整体模型的构造是将每个设计环节的主要过程抽象成系统的操作对象。在模板设计中,可以调用墙、梁、板、柱,可以是平模、填充板和角模,也可以是支撑、螺栓和吊钩,通过数据交流转变成控制程序,各操作对象可调用和控制相关的基本图形,以得到所需的信息。


  3 模板工程设计软件的模型实现3.1 基本原理系统研制要按照软件工程的设计思想,经过研究、分析、系统设计、程序编制和软件测试等阶段,在一定的计算机语言和图形环境下,采用模块化设计方法,将整个系统按设计进程划分为平面设计、方案设计、技术设计、材料统计和标准组合钢模板数据库这五个模块,各模对以相应的操作程序以便使用。系统综合地应用了交互式图形学、数据库和人工智能技术,将图形实体与数据对象链接起来,建立了图数一体化的管理机制,通过交互技术和智能处理的有机结合,实现了图形交互设计过程中的智能化和自动化。


  3.2 图形交互设计图形交互设计是由用户和计算机通过传递一定的信息所进行的圈形操作过程,主要具有以下技术特点:


  (1) 有用户界面图形采用Windows图形界面,主要以窗口、按钮、菜单三要素组成,与AutoCAD界面融为―体。屏幕布局和操作手段不仅遵循人的认知规律,也符合设计者的操作习惯。


  (2)人机通讯方式系统采用交互式的图形操作方式,综合了菜单、问答和命令语言三种用户与系统的通讯模式。


  (3)图形交互技术实现人机之间的信息传递,主要包括语言交互和图形交互。


  (4)容错处理在设计中,用于处理用户在操作过程中出现错误。


  3.3 图数一体化管理模板设计需要存储和处理大量数据,各种对象的定义、操作、程序和模块之间的连接,实际都关系到数据和数据流的管理。问题在于如何在数据管理中实现几何图形和属性数据的相互转换,将图形对象和设计参数集成―体,这是实现图形交互设计的关键所在。利用AutoCAD图块实体可包含属性特征的功能:


  (1)对不规则的图形对象和各种设计图,可将这类数据存储在信息实体中,相当于把一个包含不可见属性的块而放在一个冻结的图层上。由于该图层不能生成其他实体,也不能被修改,所以不会出现数据丢失的问题,这样信息实体与图形实体一一对应,可形成图形和数据之间的双向链接。


  (2)对于形状规则的图形对象可定义为块的实体并用块的属性来描述相应的设计参数。修改图形对象,相应的参数和属性会随之改变,而其中某些参数的改变还会自动修改相关的对象。例如:修改摸板设计时,若通过交互作图修改角模,其边长和夹角等数据会被自动修改,这时只要拾取相邻的模板,系统就会根据新的角模数据自动修改该模板的长和高等并改变图形。


  4 模板工程设计软件的智能辅助人工智能是指计算机系统模仿、延伸和扩展人的思维,实现某些脑力劳动自动化的过程。在设计中,参数确定和方案选择由设计人员凭借知识和经验完成,辅助决策系统自动形成候选方案并提供评价原则和标准,将智能化主要体现在结构平面图的生成、流水段的划分、模板的布置等辅助设计中。通过对各类知识的获取和提炼,针对不同的设计环节确定不同的决策。例如,流水段的划分必须根据结构平面的对称和模板量的相等这两个标准,以保证模扳流水的连续性和均衡性;模板组合优先选用符合标准模数的板块,后用非标板补齐;板块排列顺序尽量对称,并“按非标板和不同尺寸板最少”的原则进行优化;模板与穿墙螺栓的位置必须对称、均匀;支撑布置应满足刚度和稳定性要求。


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