摘要：

CATIA是一款3D-CAD工程設(shè)計軟件，由于其3D建模及有限元分析功能，可以作為一種準BIM設(shè)計軟件。本文介紹了CATIA基本功能，及其在土木建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，重點分析結(jié)構(gòu)建模的功能。結(jié)合工程需求和軟件功能，分析了CATIA在土木工程應(yīng)用中的技術(shù)路徑。

1. 引言

CATIA是一款3D-CAD工程設(shè)計軟件，由法國達索公司出品，類比于SolidWorks軟件，應(yīng)用的領(lǐng)域：

• 工程
• 設(shè)計
• 系統(tǒng)工程

在工程領(lǐng)域的應(yīng)用學(xué)科有：

image_1av65ou3hj56r2064m1chs14bm.png-8.8kB

具體業(yè)務(wù)如：

• 機械設(shè)計
• 實體造型
• 模具設(shè)計
• 運動與力學(xué)分析
• 三維建模
• 有限元分析

2. 土建工程領(lǐng)域的應(yīng)用

CATIA在AEC（Architecture，Engineeering，Construction）領(lǐng)域，提供建模、模擬和可視化建設(shè)項目的完整解決方案。

image_1av65te851kpj1qb71t691ao1ihk13.png-6.1kB

2.1 建筑概念設(shè)計

image_1av667mdotib1o31ll68rt11cd1g.png-199.1kB

2.2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

image_1av669r216h8num1vsjovldsm1t.png-215.9kB

2.3 建筑細節(jié)設(shè)計

image_1av66aksm7dvg4kfu71oq51ncu2a.png-118kB

2.4 土木工程設(shè)計

image_1av66cc2p1r1stf7520kvg1dli2n.png-250.9kB

針對土木工程，提供的重要功能有：

• 2D 布局，3D 設(shè)計；
• 參數(shù)化創(chuàng)建CATIA 原生幾何體；
• 云協(xié)作，設(shè)計審核；
• 碰撞干涉檢查；
• 地形建模；
• 捕獲建筑信息模型，允許以行業(yè)格式 (IFC) 導(dǎo)入/導(dǎo)出BIM模型；

CATIA不是真正意義的BIM軟件，但可以導(dǎo)出BIM（Building Infomation Model）模型。
或許可以視為準BIM建模軟件。

3. 橋梁工程的應(yīng)用

CATIA的三維建模和有限元分析，近些年在國內(nèi)橋梁工程中也得到了應(yīng)用，如吉水贛江二橋設(shè)計。

吉水贛江二橋三維模型-CATIA

在此工程中，CATIA準BIM技術(shù)發(fā)揮的作用有：

• 三維可視化，效果圖；
• 多人協(xié)同設(shè)計，三維打印模型；
• 生成二維圖紙，材料數(shù)量表，提高設(shè)計效率；
• 施工模擬動畫，應(yīng)用于施工方案設(shè)計；

4. 土木工程應(yīng)用的技術(shù)路徑分析

4.1 工程需求分析

土木工程，尤其結(jié)構(gòu)工程（房屋、橋梁）設(shè)計中，對BIM技術(shù)的需求主要有：

• 三維設(shè)計二維出圖；
• 有限元模型導(dǎo)出；
• 復(fù)雜構(gòu)造可視化，提前發(fā)現(xiàn)碰撞問題；
• 施工模擬可視化，提前解決施工問題；
• 橋梁三維景觀效果圖；

4.2 CATIA建模功能

CATIA更多應(yīng)用于船舶、汽車等機械行業(yè)，用機械類軟件設(shè)計土木工程，思維上有一定的差別。

從教材上看到CATIA主要建模功能有：

• 二維草圖繪制
• 零部件設(shè)計
• 裝配件設(shè)計
• 工程圖紙生成
  • 生成、修改視圖
  • 尺寸標注
  • 圖紙注解
• 有限元分析
• 運動分析與模擬

由以上功能模塊，可以對機械工程的建模思路有所了解：

• 幾何建模，由2D草圖生成零部件模塊；
• 基本模塊通過參數(shù)化定義，構(gòu)成裝配件；
• 裝配件組成形成設(shè)備、結(jié)構(gòu)的幾何模型；
• 幾何模型施加材料、荷載信息，轉(zhuǎn)換有限元模型分析；
• 三維模型向平面投影，獲得二維視圖、圖紙；

4.3 土木工程應(yīng)用的技術(shù)路徑

結(jié)合工程的需求和軟件建模功能，猜想CATIA在土木工程中的技術(shù)路徑如下：

• 二維草圖繪制構(gòu)件基本元素：板、桿、管；
• 基本元素組合，形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件：梁、柱、組合梁、桁架；
• 基本構(gòu)件裝配成3D結(jié)構(gòu)：框架結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)；
• 3D結(jié)構(gòu)可視化，輸出2D圖紙：三視圖、剖面圖；
• 幾何模型施加材料、荷載信息，轉(zhuǎn)換有限元模型分析；
  • 局部構(gòu)件分析；
  • 整體分析；

但由于結(jié)構(gòu)荷載的分布性，要遵從行業(yè)荷載規(guī)范，布置過程可能很復(fù)雜。進一步的設(shè)計分析可能導(dǎo)出到專用軟件實現(xiàn)：

• 行業(yè)格式 (IFC)導(dǎo)出BIM模型；
• 導(dǎo)出有限元模型；

5. 參考文獻

• 李永君, 戴建國, 盧永成. 吉水贛江二橋主橋的創(chuàng)新設(shè)計[C]// 全國橋梁學(xué)術(shù)會議. 2014.
• http://www.3ds.com/zh/products-services/catia/

本文用時1.5 h。