基于功能图形对象的桥梁建模技术研究与实现

摘要

借助计算机进行桥梁设计是现代桥梁设计的有效方法和趋势，其发展的关键在于桥梁设计建模技术的创新，能够反映桥梁设计本质特征的桥梁建模技术，是桥梁计算机辅助设计研究与发展的理论基础，既具有理论价值又具有实用价值。本文建立了一种能够反映桥梁设计特征的图形驱动式桥梁设计建模方法和实现环境，该方法通过创建和操作功能图形对象实现桥梁动态设计过程，有利于高性能、个性化、集成化的桥梁设计软件的开发。本文系统地研究了实现该模式所涉及的面向功能图形对象的建模理论与方法，工程数据模型，及相关的图形系统和工程数据库管理系统，结合具体桥梁问题建立了合适的反映桥梁设计本质特征的桥梁设计通用模型，最后通过实例验证了图形驱动式桥梁建模方法的有效性和适用性。论文的主要内容包括： 1、通过特征线、特征线数组及特征线数组集等抽象数据类型描述功能图形对象数据模型。介绍了这些抽象数据的数据结构及所能施加的操作方法，以及如何用这些抽象数据去描述现实工程数据中的几何拓扑信息及相关的可变长非结构化工程信息的方法。该抽象数据类型避开了复杂工程对象的层次化结构的工程数据的复杂性，是工程数据描述的一种新的功能图形数据模型。 2、研究了功能图形对象的属性行为特征，包括功能图形对象的数据结构、多态显示、独立性、创建和操作方法等。功能图形对象既可以当作一个独立存在的应用程序，同时也可以当做一个应用程序中一个环节，是对图形对象描述的一种有效方式。 3、提出了基于功能图形对象建模技术，它是一种区别于面向对象技术的建模方法学：以功能图形对象为基本建模对象，将工程设计的各个环节抽象为基于功能图形对象的对象模型，功能图形对象间彼此独立又协同合作；通过各功能图形对象间的信息与专业功能的协同，可建立起具有超图结构特征的图形驱动的交互式工程设计模型。 4、建立了面向功能图形对象的实现环境，包括图形系统和相关数据库管理系统。介绍了该面向功能图形对象图形系统的开发策略、系统结构及系统对象模型特征，以及功能图形对象创建和操作、管理的原理；说明了图形系统所具备的面向对象的工程数据库管理功能，图形系统本身融合了面向对象的工程数据库管理系统的功能，表现出广泛的应用价值。 5、采用功能图形对象技术建立起了具有协同合作关系的桥梁设计统一模型。针对桥梁设计的具体特征，介绍了桥梁设计全过程统一设计模型构建的可能性及其基本特征；针对桥梁结构受力分析计算问题，建立了基于功能图形对象的桥梁结构分析计算的对象模型，基于该对象实现了图形驱动式桥梁结构分析实现方法，并能提供个性化和高性能桥梁结构分析方法；提出了基于功能图形对象的桥梁详细设计方法及建模方法，其中各种设计对象、设计关系、设计模式、设计经验及规范信息来自对典型设计范例中设计详图的抽象，还介绍了功能图形对象技术所能提供的多样化的桥梁详细设计方法，如参数化、局部自动、局部自动修改与设计、变形设计、子问题规划分解方法等； 6、建立了变截面悬臂施工连续梁桥设计计算与施工详图设计一体化对象模型。作为建模理论的应用实例，选择了变截面悬臂施工连续梁上部梁体结构的设计计算和详细设计作为建模对象，建立了能够反映该梁体结构特征、易于理解的对象模型，其建模元素包括功能图形对象、对象群及对象群组等；介绍了通过增加该对象模型的一些功能图形对象、对群或群组，或者提供更加丰富的专业功能的多态显示功能，可以得到其它类似悬臂施工结构的一体计算和设计的对象模型；变截面连续梁设计计算与详图设计可以通过操纵功能图形对象快速推演得到，验证了该模型的有效性、可行性和高效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1桥梁设计方法的演变

1.2 CAD技术概况

1.3桥梁CAD技术的发展历史与现状

1.3.1国外情况

1.3.2国内情况

1.4现有桥梁CAD软件分析与发展趋势

1.5桥梁建模技术研究现状

1.5.1基于数据驱动范式的桥梁建模技术

1.5.2基于图形驱动范式的桥梁建模技术

1.6论文的主要研究目的、内容和创新之处

第二章：面向对象的方法学基础

2.1面向对象方法的由来与发展

2.2面向对象的基本概念与特征

2.3面向对象的方法学

2.4面向对象分析建模

2.5建模范型

2.6面向对象方法学在桥梁设计建模中的应用

第三章：功能图形对象的概念与特征分析

3.1特征线数据模型

3.1.1特征线的数据结构

3.1.2基于特征线的运算

3.2特征线数组

3.2.1特征线数组模型

3.2.2基于特征线数组的运算

3.2.3特征线数组集

3.3功能图形对象FGO(Function Graphic Object)

3.3.1功能图形对象的概念及基本特征

3.3.2功能图形对象的规范设计模式

3.3.4功能图形对象的多态显示

3.3.5功能图形对象的独立性机制

3.4功能图形对象的参数创建

3.5功能图形对象的粒度

第四章基于功能图形对象的工程设计建模方法研究

4.1功能图形对象的关系模型

4.1.1协同合作关系的概念

4.1.2协同合作关系模型的描述方法

4.1.3协同合作关系类型

4.2基于功能图形对象的建模方法

4.2.1工程设计问题求解方法分析

4.2.2工程设计对象模型

4.2.3工程设计对象模型的建模信息最小化原则

4.2.4工程设计动态模型

4.3基于功能图形对象工程设计方法的数学意义

4.4基于功能图形对象的工程数据模型

第五章：基于功能图形对象的图形系统的研究与开发

5.1面向功能图形对象的图形系统的研究意义

5.2面向功能图形对象的图形系统的基本要求

5.3面向功能图形对象的图形系统的实现原理

5.3.1系统开发平台的选择

5.3.2系统界面设计

5.3.3系统对象模型

5.4功能图形对象的捕捉方法

5.5功能图形对象的快速更新方法

5.6功能图形对象的开发方法

5.7与AutoCAD集成方法

第六章基于功能图形对象的桥梁设计模型

6.1统一的桥梁对象模型

6.2基于功能图形对象的桥梁结构分析建模方法

6.2.1图形驱动式桥梁结构分析方法

6.2.2图形驱动式桥梁结构分析对象模型

6.2.3图形驱动式个性化桥梁结构分析方法示例

6.3基于功能图形对象的桥梁详细设计建模

6.3.1桥梁详细设计方法现状

6.3.2桥梁详细设计的基本特征

6.4桥梁详细设计对象模型

6.4.1基本思路

6.4.2设计意图的描述和表达

6.4.3图形驱动桥梁详细设计方法分类

6.4.4高性能的桥梁详细设计方法

6.4.5图形驱动式桥梁详细设计方法优点

第七章变截面悬臂施工连续梁桥个性化设计方法与实现

7.1变截面悬臂施工连续梁桥的上部结构设计特征分析

7.2图形驱动式变截面连续梁详细设计方法建模

7.3图形驱动式变截面连续梁详细设计特点

7.4系统实现

第八章结论与展望

参考文献

致谢

博士期间发表的论文