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中外鋼結(jié)構(gòu)材料數(shù)據(jù)庫的建立及應(yīng)用軟件的開發(fā)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （河南鄭州華北水利水電學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)與工程研究所 魏群 彭成山）

    [摘要] 本文介紹了作者開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)材料數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)軟件的成果，該數(shù)據(jù)庫包括了中國及北美鋼結(jié)構(gòu)材料庫的有關(guān)內(nèi)容，并增加了用戶自定義材料的功能，該數(shù)據(jù)庫軟件為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析及圖形的制作等環(huán)節(jié)提供了完全方便的查詢手段及產(chǎn)生二維及三維圖形的方便方法。
    1 引言
    近年來鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)在我國有了可喜的進(jìn)步，充分展現(xiàn)了我國的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)有著發(fā)展?jié)摿薮蟮膹V闊市場。我國20年來的改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，已經(jīng)為鋼結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用創(chuàng)造了極為有利的發(fā)展環(huán)境。隨著社會分工的不斷細(xì)化，鋼結(jié)構(gòu)工程也必將走向?qū)I(yè)化發(fā)展的道路。在這種情況下，將鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析與制作的各個環(huán)節(jié)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)相應(yīng)的專用軟件及鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)及圖形庫也成為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的必要手段。數(shù)據(jù)庫是一種存儲數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的工具，其作用在于組織和表達(dá)信息，數(shù)據(jù)庫就是信息的集合。一個高效、快捷、便利的數(shù)據(jù)庫能夠有效的避免資源的浪費(fèi)，提高數(shù)據(jù)檢索的效率，縮短信息傳播時間。因此，鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的建立有著十分重大的實(shí)際意義。
    我國目前缺乏完整的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫或是僅立足于某個方面，或分散于不同的專業(yè)領(lǐng)域。不同部門間的數(shù)據(jù)庫缺乏連通，就造成不同行業(yè)間，不同部門間相對的孤立，造成其溝通協(xié)調(diào)的不暢通。在實(shí)際工程中，由于缺乏一個較為完整實(shí)用的數(shù)據(jù)庫，使得工程設(shè)計(jì)、施工、管理人員在實(shí)際操作過程中協(xié)調(diào)不便，影響了工作效率?，F(xiàn)行的規(guī)范以及行業(yè)要求，不能夠充分適應(yīng)傳播迅速的信息時代的要求，帶來因信息滯后、理解溝通不暢等造成的種種問題。這些問題對行業(yè)的發(fā)展，乃至其他相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都會產(chǎn)生不利的影響。因此建立一個廣泛適用中國現(xiàn)行規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且與世界鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫相連且相兼容，構(gòu)建廣泛實(shí)用、內(nèi)容完整的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫意義重大，勢在必行。
    完善有效的鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的建立將有助于提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率，有利于信息的交流傳播，可以促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)規(guī)范管理，有助于協(xié)調(diào)各部門間以及部門內(nèi)部間信息交流。鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫包含了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各方面的數(shù)據(jù)以及示意圖，不僅方便查閱引用，而且有利于快速掌握必要的設(shè)計(jì)知識，節(jié)省以往傳統(tǒng)查閱方式的所需的大量人力物力，使設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的效率大為提高。
    2 鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的簡介
    2.1數(shù)據(jù)庫內(nèi)容
    鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的型材和擴(kuò)展建模就是基于原有的文獻(xiàn)的文本數(shù)據(jù)，運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)手段，將其轉(zhuǎn)換成為圖文并茂的，便于操作的，具有良好合作界面的數(shù)據(jù)庫查詢軟件系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫將由國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)型材和國外鋼結(jié)構(gòu)型材兩部分構(gòu)成。
    國內(nèi)部分主要參照國標(biāo)和建筑工業(yè)出版社出版的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》（上下冊）對鋼結(jié)構(gòu)型材分類進(jìn)行，按照其制造工藝的不同分為熱軋、冷彎、鋼板組合和用戶自定義型鋼五個部分，其中前四種又根據(jù)型材的截面形狀不同分為角鋼、槽鋼等類型；國外部分主要參照國外的鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,包括美國AISC的型鋼手冊全部內(nèi)容可以分為：I Profiles、L Profiles、C Profiles、T Profiles、Circular hollow sections、Rectangular hollow sections、Timber Profiles、User defined fixed。在該層節(jié)點(diǎn)下一層又分為多個子節(jié)點(diǎn)，另外對常用的緊固件也進(jìn)行了分類整理，同時增加了用戶自定義截面，材料庫總結(jié)點(diǎn)多達(dá)8千多種類型，其主要分類可見下列節(jié)點(diǎn)總目錄圖（圖1a～1d）。


    2.2 數(shù)據(jù)庫的建立流程
    數(shù)據(jù)庫建立的主要工作流程為：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的收集和Excel數(shù)據(jù)表格建立→繪制型鋼的截面位圖→鋼型材數(shù)據(jù)表格將Excel表格轉(zhuǎn)換成為文本文件→將Excel表格轉(zhuǎn)換成通過VB 建立結(jié)點(diǎn)（treeview）→建立VB同 Acess數(shù)據(jù)庫的連接，實(shí)現(xiàn)VB對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀取→建立成功的查詢系統(tǒng)→數(shù)據(jù)庫的安全保密性設(shè)置→數(shù)據(jù)庫的發(fā)布→根據(jù)數(shù)據(jù)繪制二維或三維圖形。
    建立一個性能良好的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，首先要有依靠信息的全面性來保證它的權(quán)威。信息收集工作的好壞，直接關(guān)系到整個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量和運(yùn)用的效率。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的收集它是一項(xiàng)十分龐大而又繁雜的工程，它是數(shù)據(jù)庫得以利用的關(guān)鍵。為了保證數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量，應(yīng)堅(jiān)持以下原則：
    （1）準(zhǔn)確性 該原則要求所收集到的信息要真實(shí)，可靠。只有依靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集，才能夠保持建立一個正確的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，才能保證我們查詢數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。所以數(shù)據(jù)的收錄數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立成敗的根基，而且搞好設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)。
    （2）全面性 要求所搜集到的信息要廣泛，全面完整。只有廣泛、全面地搜集信息，才能完整地反映管理活動和決策對象發(fā)展的全貌，為決策的科學(xué)性提供保障。本數(shù)據(jù)庫為避免此方面的缺陷，設(shè)置了“用戶自定義”項(xiàng)，當(dāng)給定的型鋼不能夠滿足要求時，可以通過該項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。
    （3）時效性 信息的利用價值取決于該信息是否能及時地提供，即它的時效性。信息只有及時、迅速地提供給它的使用者才能有效地發(fā)揮作用。在運(yùn)用的過程中，我們會根據(jù)型鋼的發(fā)展以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展來更改那些過時的信息，運(yùn)用更有效的存取方式來服務(wù)于用戶。
    我們本次建立數(shù)據(jù)庫所需的數(shù)據(jù)信息主要參照國標(biāo)和中國建筑工業(yè)出版社出版的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》（上下冊）來進(jìn)行，同時還參閱了多種資料文獻(xiàn)，經(jīng)過詳盡的查閱，輸入，審核后完成，除了行刺數(shù)據(jù)外，還包括了常用的設(shè)計(jì)參數(shù)表，包括：
    構(gòu)件的軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φ、柱的長度計(jì)算系數(shù)鋼材的規(guī)格及截面特性、組合界面的特性、緊固件的規(guī)格與尺寸及截面特性構(gòu)件的承載力和設(shè)計(jì)值承載力矩設(shè)計(jì)值、連接承載力設(shè)計(jì)值橫梁的固端彎矩、單跨等截面門式鋼架彎矩剪力計(jì)算公式材料的性能、型鋼的規(guī)線距離和連接尺寸、吊車技術(shù)資料、焊接破口與結(jié)構(gòu)組裝和安裝偏差以及H型鋼等表格數(shù)據(jù)。
    2.3 型材截面的點(diǎn)陣圖的繪制
    將型鋼的截面特性列表同相應(yīng)圖形結(jié)合，更形象地表達(dá)結(jié)構(gòu)型材的特性。本數(shù)據(jù)庫圖形庫為盡力的達(dá)到完美，我們在型材列表框的右側(cè)上方放置相應(yīng)的示意簡圖，以使得用戶在將選才運(yùn)用設(shè)計(jì)前有更直觀的認(rèn)識。
    用系統(tǒng)自帶的畫圖板進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)型材截面圖片繪制。圖片的尺寸設(shè)為143像素X 143像素，描繪了型材截面尺寸和尺寸的標(biāo)注，并且圖形下方的屬性列表（listview）同圖形的尺寸標(biāo)注相對應(yīng)。目前已經(jīng)完成的圖片約111種。
    3 ADO方法的應(yīng)用
    3.1 ADO與ADOX技術(shù)簡介
    ActiveX 數(shù)據(jù)對象 ADO是Microsoft開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的面向?qū)ο蟮男陆涌?。ADO訪問數(shù)據(jù)庫是通過訪問OLE DB數(shù)據(jù)提供程序來進(jìn)行的，提供了一種對OLE DB數(shù)據(jù)提供程序的簡單高層訪問接口。
    ADO技術(shù)提供了采用對象模型的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，它與同樣采用此技術(shù)的
    DAO(數(shù)據(jù)庫訪問對象)技術(shù)相比，提供了更加靈活的技術(shù)以及更加廣泛的應(yīng)用，并將取而代之。
    ADO是用來訪問OLE DB的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)。它是基于OLE DB的模型之上的。但是ADO的對象模型簡化了對對象的操作，因?yàn)樗⒉灰蕾囉趯ο笾g的相互層次作用。大多數(shù)情況下，可以只關(guān)心所要創(chuàng)建和使用的對象，而無須了解其父對象。
    在VB中可通過引用對象庫“Microsoft ActiveX Data Objects 2.5 Library”，來引用ADO。而ADOX是對ADO對象和編程模型的擴(kuò)展，它將ADO擴(kuò)展為包括創(chuàng)建、修改和刪除模式對象，如表格和過程。它還包括安全對象，用于維護(hù)用戶和組，以及授予和撤消對象的權(quán)限。ADOX常用的方法有：添加、創(chuàng)建、刪除、按名稱或序號返回集合的指定成員、更新。
    3.2 鋼結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫界面
    新建數(shù)據(jù)庫界面利用ADO和ADOX對象動態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表（圖2是主界面的形式），這些方法在開發(fā)VB數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序中很有實(shí)用價值，它可以提高數(shù)據(jù)庫程序靈活性。
    在數(shù)據(jù)庫開發(fā)過程中，通常的使用的方法是：先使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(例如：Microsoft Access)或VB中的可視化數(shù)據(jù)管理器建立好數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，然后在程序中通過使用ADODC數(shù)據(jù)庫控件或引用ADO對象與數(shù)據(jù)庫中的表建立連接，再通過數(shù)據(jù)庫感知控件(例如：文本框、DataGrid等)來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的各種操作。但是，在這種開發(fā)過程中，用戶在程序運(yùn)行過程中無法動態(tài)地建立自己所需的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表。
    在程序運(yùn)行過程中建立自己所需的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表，其本質(zhì)就是用代碼(或者說通過編程)來建立數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表，能夠提高程序的靈活性和實(shí)用性。使用ADO開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序時，通過引用對象庫“Microsoft ActiveX Data Objects 2.5 Library”（簡稱ADO）和對象庫“Microsoft ADO Ext 2.1. For DDL Security”（簡稱為ADOX）來完成在程序運(yùn)行過程中動態(tài)地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫和表。ADOX是對 ADO 對象和編程模型的擴(kuò)展，它將 ADO 擴(kuò)展為包括創(chuàng)建、修改和刪除模式對象，如表格和過程。它還包括安全對象，用于維護(hù)用戶和組，以及授予和撤消對象的權(quán)限。


    4 數(shù)據(jù)庫的查詢與制圖功能
    該數(shù)據(jù)庫可方便地嵌入到AUTO CAD的工作環(huán)境之中，利用ADO的節(jié)點(diǎn)表可方便地查到所關(guān)心的型材界面（參見圖3所顯示截面），所有的型材，包括自定義界面材料都已寫出了相應(yīng)的Visual Lisp應(yīng)用程序，因此在CAD屏幕上給定一點(diǎn)，VLisp程序便可根據(jù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)繪制出二維的截面圖形。如果需要三維圖形的繪制，只需要給定二個指定點(diǎn)便可生成該界面的直線式的三維實(shí)體圖形。當(dāng)然若給定曲線路徑，則會生成一個沿該路徑的三維實(shí)體圖形。
    很顯然，這個數(shù)據(jù)庫及軟件系統(tǒng)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制圖中是十分方便和功能強(qiáng)大的工具。值得一提的是，該數(shù)據(jù)庫所提供的自定義截面，也有豐富的參數(shù)調(diào)整功能，所以此系統(tǒng)還可以方便地應(yīng)用于混凝土、鋼筋混凝土及現(xiàn)代復(fù)雜工程的三維建模過程當(dāng)中。

    結(jié)語
    我國的鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)雖然起步較晚，但其迅速發(fā)展的和廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)是不爭的事實(shí)。為促進(jìn)我國鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，本文介紹的開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)型材及擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫，從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)做起，大大的提高鋼結(jié)構(gòu)型材查詢、應(yīng)用的效率，產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。該數(shù)據(jù)庫及制圖系統(tǒng)的研發(fā)，為我國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)用戶提供了快速、簡便、完善的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及易于操作、方便成形的二維及三維制圖系統(tǒng)。隨著此數(shù)據(jù)庫的不斷完善和功能的不斷增強(qiáng)，可以相信，該成果在我國鋼結(jié)構(gòu)工程中得到普及應(yīng)用，發(fā)揮更大的作用。
    * 豆計(jì)龍、薛澤輝、馬榮奎等研究生參加了研究工作。

    參考文獻(xiàn)：
    1. 魏 群，“邏輯產(chǎn)品模型的研究與應(yīng)用”，”新世紀(jì)水利工程科技前沿（院士）論壇“論文集，
    天津大學(xué)出版社，2005；
    2. 魏 群，“CIS/2 鋼結(jié)構(gòu)國際標(biāo)準(zhǔn)及CAD系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用”，第二屆中國國際鋼結(jié)構(gòu)大會文集20北京
    3. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊編輯委員會，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》（上下冊），建筑工業(yè)出版社
    4. 蘇周民，《鋼結(jié)構(gòu)》，中國建筑工業(yè)出版社
    5.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003，中國計(jì)劃出版社


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