CATIA在土木工程中的应用浅析

摘要：

CATIA是一款3D-CAD工程设计软件，由于其3D建模及有限元分析功能，可以作为一种准BIM设计软件。本文介绍了CATIA基本功能，及其在土木建筑领域的应用，重点分析结构建模的功能。结合工程需求和软件功能，分析了CATIA在土木工程应用中的技术路径。

1. 引言

CATIA是一款3D-CAD工程设计软件，由法国达索公司出品，类比于SolidWorks软件，应用的领域：

• 工程
• 设计
• 系统工程

在工程领域的应用学科有：

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具体业务如：

• 机械设计
• 实体造型
• 模具设计
• 运动与力学分析
• 三维建模
• 有限元分析

2. 土建工程领域的应用

CATIA在AEC（Architecture，Engineeering，Construction）领域，提供建模、模拟和可视化建设项目的完整解决方案。

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2.1 建筑概念设计

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2.2 结构概念设计

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2.3 建筑细节设计

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2.4 土木工程设计

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针对土木工程，提供的重要功能有：

• 2D 布局，3D 设计；
• 参数化创建CATIA 原生几何体；
• 云协作，设计审核；
• 碰撞干涉检查；
• 地形建模；
• 捕获建筑信息模型，允许以行业格式 (IFC) 导入/导出BIM模型；

CATIA不是真正意义的BIM软件，但可以导出BIM（Building Infomation Model）模型。
或许可以视为准BIM建模软件。

3. 桥梁工程的应用

CATIA的三维建模和有限元分析，近些年在国内桥梁工程中也得到了应用，如吉水赣江二桥设计。

吉水赣江二桥三维模型-CATIA

在此工程中，CATIA准BIM技术发挥的作用有：

• 三维可视化，效果图；
• 多人协同设计，三维打印模型；
• 生成二维图纸，材料数量表，提高设计效率；
• 施工模拟动画，应用于施工方案设计；

4. 土木工程应用的技术路径分析

4.1 工程需求分析

土木工程，尤其结构工程（房屋、桥梁）设计中，对BIM技术的需求主要有：

• 三维设计二维出图；
• 有限元模型导出；
• 复杂构造可视化，提前发现碰撞问题；
• 施工模拟可视化，提前解决施工问题；
• 桥梁三维景观效果图；

4.2 CATIA建模功能

CATIA更多应用于船舶、汽车等机械行业，用机械类软件设计土木工程，思维上有一定的差别。

从教材上看到CATIA主要建模功能有：

• 二维草图绘制
• 零部件设计
• 装配件设计
• 工程图纸生成
  • 生成、修改视图
  • 尺寸标注
  • 图纸注解
• 有限元分析
• 运动分析与模拟

由以上功能模块，可以对机械工程的建模思路有所了解：

• 几何建模，由2D草图生成零部件模块；
• 基本模块通过参数化定义，构成装配件；
• 装配件组成形成设备、结构的几何模型；
• 几何模型施加材料、荷载信息，转换有限元模型分析；
• 三维模型向平面投影，获得二维视图、图纸；

4.3 土木工程应用的技术路径

结合工程的需求和软件建模功能，猜想CATIA在土木工程中的技术路径如下：

• 二维草图绘制构件基本元素：板、杆、管；
• 基本元素组合，形成结构构件：梁、柱、组合梁、桁架；
• 基本构件装配成3D结构：框架结构、桥梁结构；
• 3D结构可视化，输出2D图纸：三视图、剖面图；
• 几何模型施加材料、荷载信息，转换有限元模型分析；
  • 局部构件分析；
  • 整体分析；

但由于结构荷载的分布性，要遵从行业荷载规范，布置过程可能很复杂。进一步的设计分析可能导出到专用软件实现：

• 行业格式 (IFC)导出BIM模型；
• 导出有限元模型；

5. 参考文献

• 李永君, 戴建国, 卢永成. 吉水赣江二桥主桥的创新设计[C]// 全国桥梁学术会议. 2014.
• http://www.3ds.com/zh/products-services/catia/

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