橋梁工程三維協同設計專業數據管理

馮洋 郝雪麗 馮明碩

摘要：隨著橋梁結構規模的擴大、專業數據成幾何倍數的增長，急需橋梁協同設計從而提高設計工作的效率和質量。基于目前國內、外研究成果本文提出了橋梁工程三維協同設計專業數據管理模式，以期建立數據與工程屬性的對應關系，為多群體協同設計奠定基礎。其中管理的核心是數據同源、信息標準和協同設計;實現需通過基于實現多層體系架構，VPM平臺及結構，骨架、參數化與關聯設計等模塊。分析表明，協同設計的數據變換模塊在不增加設計群體的工作量情況下，能夠大幅度提高橋梁設計群體的工作效率，從而在一定程度上提高了橋梁設計的總體效率。

關鍵詞：橋梁工程;三維設計;協同管理;數據管理

1 引言

隨著我國高速路網的建設，橋梁向著大跨徑、復雜體系進化，并得到了廣泛的應用，從橋梁工程的設計周期來看，隨著結構規模的擴大設計周期開始成倍的延長，設計周期直接帶來了橋梁工程專業數據成幾何倍數的增長。急需橋梁協同設計從而提高設計工作的效率和質量。

目前國內、外研究成果中具有代表性的為瑪麗·盧·馬赫爾[1]以面向對象的EDM數據庫管理系統為核心，設計了基于代理的三維協同設計系統;金泰成[2]等在協同設計中引入多層次模型和存取控制技術;王少平等[3]以工程知識數據庫和系統組件數據庫為核心設計了液壓傳動系統協同設計平臺。

基于此，本文提出了橋梁工程三維協同設計專業數據管理模式，以期建立數據與工程屬性的對應關系，為多群體協同設計奠定基礎。

2 三維協同設計管理技術

橋梁工程的三維協同設計管理技術是以數據庫為中心進行管理的，管理中遵循以下原則。

數據同源。土木建筑工程項目中，如同土木建筑設計企業內部，各部門各專業的參與人員之間往往都是相互依賴的，一方需要其他方的圖紙、文檔的同時，所提出的變更（修改）對其他方都可能產生重要的影響。項目參與人員越多問題就越復雜，如果沒有采用協同工作的方式進行管理，項目中各部門各專業的參與方就很容易呈現部分無序的行為。以上就是保證數據同源的重要性。因此數據同源是橋梁工程三維協同設計管理的核心。

信息標準。土木建筑行業想要保證協同設計的順利進行，第二個重要問題就是信息標準的制訂。從國內外三維數字化技術研究現狀中可知，為了實現整個建筑行業協同這個目標，三維數字化技術的核心問題就是建筑全壽命周期過程中的信息共享與轉換。從1997年的IFC、CAD、三維協同研究到2013年的IFC 4，IFC標準不斷完善并被采納為國際標準（ISO 16739）。IFC標準是描述建筑行業模型表達的最重要的數據存儲標準，另外同時研究的還有描述建筑行業流程的數據交換標準IDM和描述建筑行業鏈接已有數據庫的數據詞典標準IFD。圖1中的IFC、IDM、IFD就是解決信息標準的方向，是三維數字化技術的重要突破。

協同設計。對于設計企業，應該清醒客觀的認識到土木建筑行業由于其不同于機械行業的綜合性、個性，體量大，復雜，不確定性，施工現場的人工調整，在過去很少采用機械行業的三維CAD方式。而異形結構的出現帶來了大量二維不能解決的問題，這就必須引入三維CAD甚至三維數字化技術來指導施工或管理。土木建筑行業覆蓋面廣、牽涉專業多的特點直接凸顯了協同設計的重要性。采用三維或數字化軟件，設計過程中的頻繁變更依然會出現，而且由于三維CAD和數字化軟件的模型數據文件更加龐大，是二維CAD數據文件的數十倍甚至上百倍，各專業有效模型文件版本管理的實施難度更大，對企業網絡和硬件性能的要求大為提高，各專業之間更需要采用協同設計的管理手段。

3 橋梁工程三維協同設計管理的實現

3.1基于實現多層體系架構

系統基于IIOP實現多層體系構架，如圖1所示。該系統能保證平臺的應用服務器可支持多個應用服務器的荷載均衡和高使用性。

3.2VPM平臺及結構

VPM平臺意為虛擬產品生命周期管理。VPM既能滿足協同設計又能滿足虛擬產品生命周期管理的解決方案。基于VPM的協同設計可以提高設計效率，保護企業知識，加快企業創新速度，提高企業創新能力。VPM是以設計產生的數據為核心，實現對產品相關的數據、過程進行一體化集成管理的技術。

3.3骨架、參數化與關聯設計

骨架、參數化、關聯設計是三維技術的主要優勢之一，采用這一技術可以使設計參數的更改或在可控范圍內的設計結構型式變更變得異常容易，參數的調整可帶來全局性的結構變化，基于設計參數和設計結構型式的后續工作均無需重復勞動，可大大提高設計效率，減少設計更改過程中的設計失誤。充分發揮參數化、關聯性的優勢。通過對專業技術知識的收集，總結設計流程，分解結構組成，列舉結構型式，歸納設計參數，使標準的結構參數化，非標準的結構盡量標準化，不能標準化的結構，定制面向操作的動作模板。

4 結論

橋梁協同設計的核心是群體間的信息共享，同時也是促進橋梁設計效率提高所必須關注的主要問題。本文以橋梁工程設計群體之間的協同為例，提出了信息實時共享所涉及的基于實現多層體系架構，VPM平臺及結構，骨架、參數化與關聯設計等模塊。分析表明，協同設計的數據變換模塊在不增加設計群體的工作量情況下，能夠大幅度提高橋梁設計群體的工作效率，從而在一定程度上提高了橋梁設計的總體效率。

參考文獻

[1]Maher M L，Liew P S，Gu N，et al.An agent approach to supporting collaborative design in 3D virtual worlds[J].Automation in Construction，2005，14（2）：189-195.

[2]Kim T，Cera C D，Regli W C，et al.Multi-Level modeling and access control for data sharing in collaborative design[J].Advanced Engineering Informatics，2006，20（1）：47-57.

[3]Wang S，Wang H，Wang F，et al.Reliability-Based Collaborative Design Platform for Hydraulic Actuation System[J].Product Realization，2009：1-24.