土木工程CAD第一章 土木工程CAD概述

第一章土木工程CAD概述

第一節(jié)CAD基本概念第二節(jié)CAD的發(fā)展及其在土木工程中的應(yīng)用

第二章土木工程CAD軟硬件環(huán)境

第一節(jié)土木工程CAD系統(tǒng)硬件環(huán)境第二節(jié)土木工程CAD系統(tǒng)軟件環(huán)境第一節(jié)CAD基本概念

一、什么是CAD

CAD是計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign）的簡稱。它是指以計算機為主要工具和手段進行產(chǎn)品或工程設(shè)計、繪圖、制表和編寫技術(shù)文檔等活動。它特別適用于承擔(dān)設(shè)計過程中機械、繁重的事務(wù)，使設(shè)計人員將更多的精力用于設(shè)計方案的比選和決策上，有利于提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，使勞動密集型產(chǎn)業(yè)逐步被技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)所代替。

二、CAD的特點

1）提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期；2）提高設(shè)計質(zhì)量，優(yōu)化設(shè)計結(jié)果；

3）減輕勞動強度，充分發(fā)揮人智慧；4)有利于設(shè)計工作的規(guī)范化，成果標(biāo)準(zhǔn)化。

三、CAD技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

1)

在飛機和制造業(yè)方面的應(yīng)用

2)

在土木工程方面的應(yīng)用

(1)

道路(2)

橋梁(3)

巖土(4)

房屋建筑

3)

在水利水電方面的應(yīng)用

4)在電子方面的應(yīng)用

5)在船舶制造方面的應(yīng)用

6)其他方面的應(yīng)用

四、CAD技術(shù)涉及到的學(xué)科和領(lǐng)域

CAD技術(shù)作為20世紀公認的重大技術(shù)成果之一，正在深刻地影響著當(dāng)今工業(yè)界的各個行業(yè)和各個工程領(lǐng)域。它涉及到計算機科學(xué)、計算數(shù)學(xué)、計算幾何、計算機圖形學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程、仿真技術(shù)、人工智能等多學(xué)科多領(lǐng)域。

五、CAD系統(tǒng)基礎(chǔ)

CAD系統(tǒng)理論基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)有限元方法計算機圖形學(xué)工程分析圖形圖像處理人機交互數(shù)據(jù)處理和管理軟件技術(shù)

六、CAD系統(tǒng)的組成

CAD系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)外圍設(shè)備主機數(shù)據(jù)庫科學(xué)計算圖形系統(tǒng)第二節(jié)CAD的發(fā)展及其在土木工程的應(yīng)用一、CAD的發(fā)展歷史20世紀中期CAD準(zhǔn)備階段1950年圖形顯示器誕生1958年平板繪圖儀誕生光筆和計算機聯(lián)接首次實現(xiàn)人機交互20世紀60年代CAD試驗階段DAC—I系統(tǒng)CADAM系統(tǒng)60年代到70年代CAD應(yīng)用階段70年代到90年代高速發(fā)展和普及階段微機和工作站繪圖儀和圖形輸入AutoCADMicroStation可視化集成技術(shù)數(shù)據(jù)庫90年代至今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工智能規(guī)劃信息管理規(guī)劃決策支持規(guī)劃設(shè)計CAD技術(shù)二、CAD技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用規(guī)劃工作設(shè)計工作施工工作初步設(shè)計技術(shù)設(shè)計施工圖設(shè)計涵蓋：建筑工程、城市規(guī)劃、市政工程、交通工程、水利水電工程等工程施工技術(shù)工程施工管理施工企業(yè)管理

第三節(jié)

土木工程CAD發(fā)展趨勢

當(dāng)今計算機技術(shù)及相應(yīng)支撐軟件系統(tǒng)的發(fā)展日新月異、更新迅速，大大促進了CAD技術(shù)的發(fā)展。CAD技術(shù)在軟件、系統(tǒng)方面的發(fā)展集中在可視化、集成化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)方面。其具體內(nèi)容包括：圖形仿真、多維空間顯示模型、多媒體技術(shù)、CAD虛擬環(huán)境、圖形支撐系統(tǒng)、（CAD、CAM和CAE）一體化信息集成、工程數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

1.可視化（VisualizationinScientificComputing，簡稱VISC）技術(shù)是國際上于80年代末期提出并發(fā)展起來的一門新技術(shù)，它是將科學(xué)計算過程中及計算結(jié)果的數(shù)據(jù)和結(jié)論轉(zhuǎn)換為圖象信息或幾何圖形，在計算機的圖形顯示器上顯示出來，并進行交互處理。

2.集成化（Integration）技術(shù)主要是實現(xiàn)對系統(tǒng)中各應(yīng)用程序所需要的信息及所產(chǎn)生的信息進行統(tǒng)一的管理。達到軟件資源和信息的高度共享和交換，避免不必要的重復(fù)和冗余，充分提高計算機資源的利用率。

3.智能化技術(shù)是把人工智能的思想、方法和技術(shù)引進CAD領(lǐng)域而產(chǎn)生的?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)基本上都是采用基于算法的技術(shù)，這種方法比較簡單，處理的費用比較低，但處理能力局限性較大，特別是缺乏綜合和選擇、判斷的能力。系統(tǒng)在使用時常常需要較高專業(yè)知識和較豐富實踐經(jīng)驗的設(shè)計人員，通過人機交互手段才能完成設(shè)計。智能化CAD系統(tǒng)是具有某種程度人工智能的CAD系統(tǒng)，它是基于知識的技術(shù)，目前主要通過在CAD系統(tǒng)中運用專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)來實現(xiàn)。

4.網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)利用計算機網(wǎng)絡(luò)資源共享的特點，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的硬件、軟件和數(shù)據(jù)共享，優(yōu)化資源配置，從而達到用較低的開銷獲取較好效果。利用網(wǎng)絡(luò)信息快速傳輸、遠程通訊的特點，將一個復(fù)雜的大型工程分成若干個較小的子工程，分散在幾個不同地點的終端上同時進行設(shè)計，通過網(wǎng)絡(luò)將各子工程數(shù)據(jù)和結(jié)果進行傳輸、交換、更新和匯總，最后完成全部設(shè)計任務(wù)，加快設(shè)計進度，提高設(shè)計效率。

5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種逼真地模擬人在自然環(huán)境中視覺、聽覺、運動等行為的人機界面技術(shù)，它將真是世界的各種媒體信息有機地融合進虛擬世界，構(gòu)造用戶能與之進行各個層次的交互處理的虛擬信息空間。

虛擬技術(shù)的第一個特征是沉浸，讓參與者有身臨其境的真實感覺；第二個特征是交互，它主要通過使用虛擬交互接口設(shè)備實現(xiàn)人類利用自然技能對虛擬環(huán)境對象的交互考察與操作；第三個特征是構(gòu)想，它強調(diào)的是三維圖形的立體顯示。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以用狹小的空間代替廣闊的空間，可以體驗到由于危險、經(jīng)濟代價高昂等原因而達不到的地方，還可以體驗到因大小關(guān)系而無法體驗的事情。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以檢驗設(shè)計的合理性，如建筑物的外觀、道路線形等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在土木工程領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景，如景觀表現(xiàn)系統(tǒng)、交通規(guī)劃系統(tǒng)等。

6.3S技術(shù)3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和遙感(RS)技術(shù)的一種簡稱。GIS、GPS、RS三者關(guān)系日趨緊密結(jié)合，共同構(gòu)成一個對地觀測、處理、分析、制圖和工程應(yīng)用的系統(tǒng)。GIS是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。它將現(xiàn)實世界表達成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象等地理信息，通過對信息的處理、分析來提供多種空間和動態(tài)地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)。

GPS是通過衛(wèi)星通信、測距和導(dǎo)航來獲取地面上靜止點和動態(tài)點的三維空間坐標(biāo)。它是一種全新的測量手段，具有測量精度高、速度快、全天候作業(yè)、不受通視條件和點位限制等優(yōu)點。

RS技術(shù)是綜合了空間技術(shù)、無線電技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和計算機技術(shù)在20世紀60年代發(fā)展起來的一門新技術(shù)。它利用光學(xué)、電子學(xué)、電子光學(xué)傳感器，不經(jīng)與被測物體直接接觸，遠距離接收物體輻射或反射的電磁波信息，經(jīng)過處理分析，從中提取對研究目標(biāo)有用的信息。RS技術(shù)促使攝影測量發(fā)生了革命性的變化，目前已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段，在地理學(xué)和環(huán)境學(xué)方面有著廣泛的應(yīng)用。利用RS技術(shù)可以對災(zāi)害范圍進行實時跟蹤和監(jiān)控。利用衛(wèi)星照片或航片上含有的豐富信息，通過立體觀察和相片判譯來獲取道路沿線的各種地質(zhì)、地貌、水文、建材等資料。

第二章土木工程CAD軟硬件環(huán)境第一節(jié)土木工程CAD硬件環(huán)境

在20世紀80年代國家有關(guān)部委組織專家論證時，曾選用VAX-II中型機，或Apollo小型機來配置CAD系統(tǒng)。自從80年代微型計算機的快速發(fā)展以來，原來要在中、小型計算機上才能實現(xiàn)的技術(shù)都已逐步引入微機領(lǐng)域。90年代，出現(xiàn)了奔騰586機型，其性能完全可以代替小型機。到目前為止，微型計算機系統(tǒng)幾乎可以滿足公路CAD領(lǐng)域內(nèi)的所有任務(wù)。所謂硬件是指計算機系統(tǒng)實際存在的物理設(shè)備，包括計算機本身及其外圍設(shè)備。通常工程CAD微機系統(tǒng)的計算機配置由主機、外存儲器、輸出設(shè)備和輸入設(shè)備四部分組成，如圖2.1所示。顯示器接口主機CPU數(shù)字化儀鍵盤輸入設(shè)備打印機繪圖機輸出設(shè)備圖2.1CAD系統(tǒng)計算機配置光盤外存儲器硬盤軟盤

1.主機

主機主要由中央處理器及內(nèi)存儲器兩部分組成。中央處理器簡稱CPU，它是計算機系統(tǒng)的核心，其主要功能是控制程序的執(zhí)行，完成數(shù)據(jù)的處理和對輸入輸出設(shè)備的控制。CPU主要由運算器和控制器組成。運算器負責(zé)對數(shù)據(jù)的加工處理，包括對數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯的運算?？刂破魇侵笓]與控制計算機各功能部件協(xié)同動作、自動執(zhí)行計算機程序的部件。它把運算器、存儲器以及輸入輸出設(shè)備組成一個有機的整體，其基本功能是解釋指令的執(zhí)行。內(nèi)存儲器是CPU可以直接訪問的存儲器，它用來容納當(dāng)前正在使用的或者經(jīng)常要使用的程序和數(shù)據(jù)。衡量主機的指標(biāo)主要有三項：運算速度、字長和內(nèi)存容量。

（1）運算速度以CPU每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目或可進行浮點運算次數(shù)表示，常以MIPS為單位，即每秒可執(zhí)行一百萬條指令，或用時鐘頻率（主頻）來表示運算速度。目前由Inter公司生產(chǎn)的Intercore2微機的主頻已達到2～4GB。

（2）字長

CPU在一個指令周期內(nèi)能從內(nèi)存提取并進行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)稱為字長。字長越多，則計算機速度越快，計算精度也越高。字長取決于計算機芯片的類型，目前一般微機的CPU為32位,最近美國英特爾公司推出了64位的處理器，用于服務(wù)器和工作站。

（3）內(nèi)存容量是指能夠存放信息的總數(shù)量，通常以為字節(jié)（Byte）為單位，內(nèi)存容量的大小要受CPU地址總線位數(shù)的限制。例如某微機的內(nèi)存容量為64MB，即65536KB，其中1KB=1024個字節(jié)。通常，機器能提供的尋址范圍要大于機器實際所安裝的存儲器容量。例如某微機CPU的地址總線為32位，所能提供的尋址范圍可達232=4GB，主板可支持512MB～1GB的內(nèi)存，但一般實際只安裝32～256MB的內(nèi)存。目前臺式機內(nèi)存容量可達到16GB。

2.外存儲器微機系統(tǒng)常用的外存儲器主要有軟盤、可移動盤、硬盤和光盤存儲器等4種。

（1）軟盤軟盤是計算機廣泛配置的外設(shè)之一，其特點是容量小價格便宜。常用的軟盤有5.25in、3.5in和2.5in等幾種類型。由于軟盤存在容量小，讀盤速度慢，數(shù)據(jù)保存時間短等缺點，目前已被U盤和活動硬盤所替代。

（2）可移動盤包括優(yōu)盤和活動硬盤，是一種可移動外存儲器，與主機的USB插口連接，在Windows2000以上系統(tǒng)中使用，無須驅(qū)動程序可即插即用。常用優(yōu)盤的容量有2G、4G、8G、16G?；顒佑脖P可達到80G～320G存儲量。

（3）硬盤硬盤是計算機系統(tǒng)中重要的外存儲器，其特點是存儲數(shù)據(jù)量大，讀盤速度快，使用頻率高。硬盤的容量和性能是影響計算機系統(tǒng)的兩個重要因素，目前硬盤容量發(fā)展迅速，從幾GB至2TB，硬盤的旋轉(zhuǎn)速度已經(jīng)超過10000r/min。目前市面上流行的硬盤種類繁多，主要有希捷、邁擴、鉆石、鯤鵬、西部數(shù)據(jù)、日立、三星等硬盤。

（4）光盤光盤是一種采用激光技術(shù)制作的存儲器，其特點是存儲數(shù)據(jù)量大，價格便宜，攜帶方便?，F(xiàn)在流行的光盤存儲器主要分兩類：CD(CompactDist)—ROM和DVD(DigitalVersatileDist)—ROM。CD—ROM光盤大致可分成只讀光盤、只寫一次光盤和可讀寫光盤3種。DVD—ROM光盤也稱數(shù)字視頻光碟，是利用MPEG2的壓縮技術(shù)來存儲影像，具有高密度、高兼容性和高可靠性等特點。目前光盤的旋轉(zhuǎn)速度已達10000r/min驚人速度。

3.輸入設(shè)備

用于CAD系統(tǒng)的輸入設(shè)備主要有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等。

（1）鍵盤鍵盤是計算機中不可缺少的輸入設(shè)備，其使用頻率最高。通常微機鍵盤有83、84、101、102、104個按鍵，分為功能鍵、符號數(shù)字鍵、控制鍵和編輯鍵等。微機鍵盤與主機機箱分離，通過標(biāo)準(zhǔn)插頭或PS/2插頭或USB插頭與主機主板相連，二者之間實行半雙工串行通訊。

（2）鼠標(biāo)器鼠標(biāo)器分為光電式和機電式兩種。其控制光標(biāo)移動的原理是把鼠標(biāo)器的移動距離和方向變位脈沖信號送給計算機，再由計算機把信號轉(zhuǎn)換成顯示器光標(biāo)的坐標(biāo)，從而達到指示位置的目的。鼠標(biāo)器按計算機通訊方式又可分為有線鼠標(biāo)和無線鼠標(biāo)兩種。無線鼠標(biāo)包括紅外線型和無線電型。

（3）掃描儀和數(shù)字化儀①掃描儀掃描儀有三種，手持式掃描儀、平板式掃描儀和滾筒式掃描儀。用于CAD系統(tǒng)的掃描儀多為滾筒式掃描儀，也稱圖形掃描儀。掃描儀有三個主要指標(biāo)：

●掃描幅面A0、A1、A2、A3、A4等●掃描速度約1分鐘輸入1張A0圖紙●掃描分辨率用每英寸生成的像素數(shù)目DPI(DotsPerInch)來表示。普通掃描儀的分辨率為300～2400DPI。適用于圖象掃描的小型掃描儀其分辨率可達5347DPI，如日本生產(chǎn)的SMART720掃描儀。

②數(shù)字化儀數(shù)字化儀是讀取圖形信息的輸入設(shè)備，其主要功能是將圖形轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)數(shù)據(jù)并輸入到計算機中。數(shù)字化儀按操作方式可分為自動式和非自動式（手扶跟蹤式）兩大類，人們通常所指的是手扶式跟蹤數(shù)字化儀。數(shù)字化儀主要由數(shù)字化平面板（也稱感應(yīng)板）和定點設(shè)備（也稱定標(biāo)器、游標(biāo)、鼠標(biāo)）兩大部分組成。其圖形數(shù)字化的工作原理是，在感應(yīng)板內(nèi)印刷著正交兩個方向格網(wǎng)陣列的等距平行線路，當(dāng)定標(biāo)器在感應(yīng)板上移動時，定標(biāo)器線圈發(fā)射正弦交流信號，它被格網(wǎng)陣列接收而產(chǎn)生電磁耦合，據(jù)此可以檢測出定標(biāo)器的相位變化，計算出定標(biāo)器的相對位置，并將這種位置信息以數(shù)字信號形式通過計算機接口送入計算機，從而實現(xiàn)對圖形的數(shù)字化。

數(shù)字化儀的種類繁多，一般有點方式、開關(guān)流方式、步進方式、連續(xù)式、增量式等幾種。數(shù)字化幅面有A0～A4幾種。對地形圖進行數(shù)字化時，主要采用點方式和開關(guān)流方式。點方式每次數(shù)字化一個點，其精度高而速度慢。開關(guān)流方式是一種動態(tài)數(shù)據(jù)采樣方法，適用于對等高線的數(shù)字化，其數(shù)據(jù)采樣是連續(xù)、動態(tài)的，數(shù)據(jù)量大，但數(shù)據(jù)采集精度偏低。

4.輸出設(shè)備公路CAD系統(tǒng)的輸出設(shè)備主要有：顯示器、打印機、繪圖機。

（1)顯示器顯示器分3種類型：CRT陰極射線管、液晶顯示器和等離子顯示器。CRT主要用于臺式機，后兩種主要用于筆記本電腦。顯示器的主要性能指標(biāo)有屏幕尺寸、點間距、灰度等級或彩色數(shù)量、對比度、行頻、幀頻、掃描方式和分辨率等。

（2）打印機從打印方式上分打印機可分為擊打式和非擊打式。非擊打式打印機主要有激光打印機和噴墨打印機兩種。

①激光打印機由激光機頭和打印控制器組成。其中激光機頭由激光光源、旋轉(zhuǎn)反射鏡、聚焦透鏡、感光鼓等幾部分組成?？刂破鞯闹饕δ苁墙邮苤鳈C傳來的數(shù)據(jù)與控制碼，經(jīng)過處理后交給激光機輸出。激光打印機是頁輸出設(shè)備，每次印刷一頁，以每分鐘輸出的頁數(shù)來確定印字速度(ppm)，一般每分鐘能印刷8～12頁。

②噴墨打印機噴墨打印機是墨水通過精細的噴頭噴到紙面而產(chǎn)生圖象。由于各著名生產(chǎn)廠所掌握的噴墨專利技術(shù)各不相同，噴墨打印機可分為三類產(chǎn)品：●HP噴墨打印機采用噴嘴后方加熱設(shè)計，使在噴嘴管內(nèi)的墨水能經(jīng)由加熱過程的體積變化所產(chǎn)生的推力而自噴嘴噴出。●CANON噴墨打印機采取氣泡噴墨原理，經(jīng)由在噴嘴管壁上的加熱器加熱產(chǎn)生氣泡，使氣泡前端的墨水被氣泡膨脹擠出噴嘴?！馝PSON噴墨打印機采取電壓式噴嘴技術(shù)，它以薄膜壓電振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，激發(fā)墨水自噴嘴噴出。

（3）繪圖機繪圖機可分為兩大類：筆式繪圖機和無筆繪圖機。

①筆式繪圖機也稱為向量繪圖機，它由控制器和插補器組成?？刂破髦饕袚?dān)與主機交換信息、解釋繪圖命令、處理加工繪圖數(shù)據(jù)等功能，插補器則完成直線補插、速度和加速控制?？刂破髋c插補器之間的信息交換，采用內(nèi)存共享方法實現(xiàn)。

②無筆繪圖機主要類為噴墨繪圖機，其繪圖原理與噴墨打印機相似，是繪制大幅面工程圖的主要設(shè)備。噴墨繪圖機的主要性能參數(shù)有：最大繪圖幅面：國內(nèi)標(biāo)號一般用A0～A4表示，歐洲標(biāo)號則采用A、B、C、D、E。最大繪圖速度：指繪圖機的最大軸向速度，通常在1.5m/s以下。繪圖分辨率：繪圖機驅(qū)動的最小步長，其選則范圍從0.01mm～0.1mm。選用的分辨率越高，繪出的曲線越平滑，但繪圖速度越慢。適用的繪圖紙類型：指能實現(xiàn)最大繪圖速度和最高分辨率時所要求的繪圖用紙。靜電式、熱敏式繪圖機均要求使用特殊的專用繪圖紙。噴墨式繪圖機紙對也有一定的要求，否則不能保證圖形質(zhì)量。接口標(biāo)準(zhǔn)：指與計算機進行連接時的接口選擇類型。一般繪圖機都有RS-232C、DB-25P等多種接口，可以方便地與計算機連接。

5.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)利用通信線路和通信設(shè)備將多臺計算機通過特定的通訊模式連接起來的計算機群，計算機網(wǎng)絡(luò)一般由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成的。計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成了網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)軟件和網(wǎng)路協(xié)議組成了網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)通常采用局域網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)適配器俗稱網(wǎng)卡、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備(中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)和交換機)等組成。

1)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(Server)。它是整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，負責(zé)數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)控制，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供服務(wù)并管理整個網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)CAD系統(tǒng)中主要是小型機或高檔計算機。根據(jù)其負責(zé)的網(wǎng)絡(luò)功能不同可以分為文件服務(wù)器、通信服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器和打印服務(wù)器等類型。2)工作站(Workstation)。工作站又稱客戶機，它是網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量多、分布廣的終端設(shè)備，是用戶進行網(wǎng)絡(luò)操作、實現(xiàn)人機對話的工具。工作站的性能一般低于服務(wù)器，在局域網(wǎng)中，以PC機替代終端為主，其優(yōu)點是它既能作為終端使用又能作為獨立的計算機使用。

3)網(wǎng)絡(luò)適配器(NetworkInterfaceCard,NIC)。又稱網(wǎng)卡或網(wǎng)絡(luò)接口卡，它是局域網(wǎng)中最基本和最重要的設(shè)備之一。網(wǎng)卡在網(wǎng)絡(luò)中有雙重功能，一方面負責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包，并將其解包將數(shù)據(jù)傳輸給本地計算機，另一方面它又將本地計算機的數(shù)據(jù)打包后送入網(wǎng)絡(luò)。在局域網(wǎng)中網(wǎng)卡一般分為服務(wù)器網(wǎng)卡、工作站網(wǎng)卡、筆記本網(wǎng)卡和新型無線卡等。

4)傳輸介質(zhì)。傳輸介質(zhì)是傳輸數(shù)據(jù)信號的物理通道，將網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備連。常用的有線傳輸介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜、光纖線；無線傳輸介質(zhì)有無線電微波信號、激光等。5)中繼器(Repeater)。用于連接同類型的兩個局域網(wǎng)或延伸一個局域網(wǎng)。當(dāng)安裝一個局域網(wǎng)而物理距離又超過了線路規(guī)定長度后，就可以用它來延伸，中繼器也可以收到一個網(wǎng)絡(luò)信號后將其放大發(fā)送到另一個網(wǎng)絡(luò)，從而起到連接兩個局域網(wǎng)的作用。中繼器不能連接兩個不同類型的網(wǎng)絡(luò)，不能將網(wǎng)絡(luò)中的通信分段。6)集線器(Hub)。將網(wǎng)絡(luò)中多臺設(shè)備連接在儀器進行集中管理的重要設(shè)備。其主要功能是對接受到的信號進行再生放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，此外還有對信號的檢錯能力。在小型局域網(wǎng)中，按集線器傳輸信號速度的不同可分為10MB、100MB和10/100MB自適應(yīng)型三類；在規(guī)模較大的局域網(wǎng)中使用1000MB和100/1000MB自適應(yīng)型兩類。7)網(wǎng)橋(Bridge)。是一種數(shù)據(jù)鏈路層上的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，負責(zé)在數(shù)據(jù)鏈路層將信息幀進行存儲和轉(zhuǎn)發(fā)?？捎糜谶B接同構(gòu)局域網(wǎng)，也可用于異構(gòu)網(wǎng)。

8)路由器(Router)。它是網(wǎng)絡(luò)層的互連設(shè)備，能實現(xiàn)局域網(wǎng)之間、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)，在不同的網(wǎng)絡(luò)之間存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組。它能從多條路徑中選擇最佳路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，能夠識別多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，此外還可以利用它來監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流動、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作情況。9)網(wǎng)關(guān)(Gateway)。網(wǎng)關(guān)用來互連完全不同的網(wǎng)絡(luò)，其主要功能是把一種協(xié)議變成另一種協(xié)議，把一種數(shù)據(jù)格式變成另一種數(shù)據(jù)格式，把一種速率變成另一種速率，以求得兩者統(tǒng)一。10)交換機(Switch)。是一種先進的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，目前正在迅速代替集線器，成為組建和升級局域網(wǎng)的首選設(shè)備。集線器只是一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，所有端口爭用一個共享信道帶寬。而交換機是一個多端口的網(wǎng)橋，它為用戶提供獨占的、點對點的連接、所有端口均有獨享的信道寬度，能同時進行多端口的數(shù)據(jù)傳輸，提高效率，減少錯誤和共享沖突。

第二節(jié)土木工程CAD軟件環(huán)境計算機軟件是指計算機程序、方法、規(guī)則和相關(guān)的文檔資料以及在計算機上運行時所必須的數(shù)據(jù)。在CAD系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件則是CAD系統(tǒng)核心。一個完整的CAD系統(tǒng)軟件應(yīng)包括：系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件等三個部分。1.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件通常是與計算機硬件密切相關(guān)的那些比較底層的支持軟件，起著擴充計算機功能、合理調(diào)度與正常運行計算機的作用。它包括操作系統(tǒng)、各種設(shè)備驅(qū)動程序、高級語言編譯系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊軟件等。系統(tǒng)軟件具有兩個明顯的特點：一是公用性，在任何應(yīng)用中都是不可缺少的；二是基礎(chǔ)性，系統(tǒng)軟件是一些底層支持軟件，支撐軟件和應(yīng)用軟件都需要在統(tǒng)軟件的支持下才能運行。

（1）操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)負責(zé)協(xié)調(diào)、統(tǒng)一管理和分配計算機資源，并控制用戶在各個階段對計算機硬件的使用。操作系統(tǒng)種類很多，在微機上常用的操作系統(tǒng)有DOS系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)。DOS系統(tǒng)是早期的磁盤操作系統(tǒng)，現(xiàn)幾乎被Windows操作系統(tǒng)淘汰。Windows操作系統(tǒng)由Microsoft公司于1985年發(fā)布以來（Ver1.0）,迅速在整個計算機領(lǐng)域內(nèi)擴展，1992年發(fā)布了16位的Windows(Ver3.1),現(xiàn)已發(fā)展到32位的WindowsXP、Windows7系統(tǒng)其性能更加優(yōu)越。目前，微軟公司已推出最新版本的Windows8系統(tǒng)，其性能兼容了以前版本的優(yōu)點。

（2）編譯系統(tǒng)和程序設(shè)計語言

簡單地說編譯系統(tǒng)是把用高級語言編寫的程序翻譯成機器指令，并由計算機執(zhí)行這些指令，而程序設(shè)計語言是用于編寫計算機程序的計算機語言。隨著計算機硬件的發(fā)展，計算機語言經(jīng)歷了機器語言、匯編語言、高級程序設(shè)計語言等3個過程。機器語言是用二進制代碼指令(0,1)來表示的計算機能直接識別和操作的機器指令；匯編語言是以符號指令來替代機器指令的符號程序，符號指令不能直接被計算機識別和執(zhí)行，必須將它翻譯成機器語言后才能執(zhí)行，這個翻譯工作由匯編程序來完成；高級語言是比較接近于人類自然語言和數(shù)學(xué)語言，它獨立于機器，通用性強。用高級語言編寫的源程序機器是不能直接識別和執(zhí)行的，必須通過編譯系統(tǒng)將它翻譯成機器語言，才能執(zhí)行。適用于微機土木工程CAD系統(tǒng)的程序設(shè)計語言有C++、Basic、Pascal、Fortran和適用于Windows操作系統(tǒng)下的可視化編程軟件VisualBasic、VisualC++等。

2.支撐軟件

支撐軟件是CAD軟件系統(tǒng)的核心，它是為滿足CAD工作中一些用戶共同需要而開發(fā)的通用軟件。它主要包括計算分析軟件、圖形支撐軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)等。

（1）計算機分析軟件

它主要解決工程設(shè)計中各種數(shù)值計算問題。主要有：●常用數(shù)學(xué)方法程序庫：它提供了諸如解微分方程、線性代數(shù)方程、數(shù)值微分、有限差分，以及曲線曲面擬合等數(shù)學(xué)問題的計算機程序。●有限元結(jié)構(gòu)分析：目前有限元在理論上和方法上均以比較成熟，而且求解的的范圍也日益擴大，除了固體及流體力學(xué)問題外，還應(yīng)用于金屬及塑料成型、電磁場分析、無損探傷等領(lǐng)域，在工程設(shè)計上應(yīng)用十分廣泛。商品化的有限元分析軟件很多，其中有國外開發(fā)的如SAP、ADINA、NASTRAN、ANSYS和國內(nèi)開發(fā)的DDJ、TBSA等，它們均有較強的前后處理功能，能滿足各種不同工程領(lǐng)域的需求。其中，由美國ANSYS公司開發(fā)的大型有限元分析軟件ANSYS已廣泛用于我國工程設(shè)計領(lǐng)域，解決結(jié)構(gòu)分析問題。

●優(yōu)化設(shè)計軟件：優(yōu)化設(shè)計是在最優(yōu)化數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)代計算技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用計算機尋求設(shè)計的最優(yōu)方案。常用于解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、規(guī)劃、決策等問題。隨著優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外已有許多成熟的算法和相應(yīng)的計算機程序。（2）圖形支撐軟件

作為CAD系統(tǒng)的圖形支撐軟件應(yīng)該滿足交互繪圖功能和開放性兩個方面的要求，繪圖功能可通過人機交互方式進行圖形繪制、編輯、尺寸標(biāo)注、文本標(biāo)注、三維建模等操作。開放性包括良好的二次開發(fā)能力、方便的開發(fā)工具、實體擴充機制、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)庫操縱能力。目前，國際上比較流行的通用圖形系統(tǒng)件有AutoCAD、CADkey、ironCAD、Microstation、3D-DCM等。比較流行的三維實體建模軟件有CATIA、ICEM、EUCLID、IDEAS等。此外還有著名的機械設(shè)計和制造領(lǐng)域內(nèi)的軟件UG、Pro/Engineer、SolidWorks、SolidEdge等。

獲取圖形支撐軟件的方式有兩種：一種是開發(fā)有自主產(chǎn)權(quán)的圖形支撐系統(tǒng)，這種方法需要投入大量的人力資源，研制周期長，很高的開發(fā)水平。實力雄厚的軟件公司可以采用這種方法，比如德國的IB&T軟件公司開發(fā)的土木工程設(shè)計軟件CARD/1，具有獨自的圖形平臺；

另一種是選用已有的功能強大、性能穩(wěn)定、具有開放功能的交互式繪圖軟件，這種方法可以充分發(fā)揮人力資源，將主要開發(fā)力量投入在研制CAD應(yīng)用軟件上，國內(nèi)外許多優(yōu)秀CAD應(yīng)用軟件均采用這種方式，如美國的EaglePoint軟件是基于AutoCAD平臺的，挪威的NovaCAD軟件是在Microstation上開發(fā)的。在基于PC平臺的圖形系統(tǒng)中，美國Autodesk公司的AutocAD系統(tǒng)因其功能強大、性能價格比高、易學(xué)易用而被廣泛應(yīng)用。此外AutoCAD還具有開放的體系結(jié)構(gòu)，允許用戶和開發(fā)者在幾乎所有方面對其進行擴充和修改，即進行二次開發(fā)，能最大限度滿足用戶的特殊要求。特別是該軟件提供的各種編程工具和接口，為用戶的二次開發(fā)創(chuàng)造了十分便利的條件。AutoCAD程序開發(fā)是通過AutoCAD應(yīng)用程序接口(API)來實現(xiàn)的，AutoCAD提供的API方式主要有四種:AutoLISP、ADS、ARX、ActiveXAutomation。ActiveXAutomation是從R14起，AutocAD提供的全新開發(fā)技術(shù)。借助ActiveXAutomation的強大功能，開發(fā)者可以在自己的程序中控制和訪問AutoCAD中實現(xiàn)的對象，可以最大限度地利用以前和其它廠商的控件，用VisualBasic、VisualC++等進行系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)。選擇AutoCAD作為橋梁工程CAD集成系統(tǒng)的圖形支撐，不僅具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)和廣闊的推廣前景，而且系統(tǒng)本身具備良好的開放性，能夠滿足土木工程CAD的要求。

(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

土木工程CAD系統(tǒng)要處理大量的設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計模型，為保證這些信息的一致性、完整性、安全性和實現(xiàn)多用戶共享等，公路CAD系統(tǒng)必須具備數(shù)據(jù)庫管理能力。采用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的主要目的是有效地在各功能模塊之間進行數(shù)據(jù)交換和信息管理，為用戶與數(shù)據(jù)之間提供接口。采用核心數(shù)據(jù)庫支撐，系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取前面模塊生成的各種數(shù)據(jù)和信息，通過分析、處理后又將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，供后面模塊和其它軟件訪問。它不用編制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，這樣可以減少數(shù)據(jù)冗余，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使維護和擴充工作變得相對簡單。數(shù)據(jù)庫模型主要有：層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、關(guān)系-對象模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷?。目前，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品可分為兩大類，即桌面數(shù)據(jù)庫和大型數(shù)據(jù)庫。國內(nèi)外比較流行的桌面數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品有Borland公司的DBase和Paradox、微軟公司的F