許相宜

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

1 概述

道路三維設(shè)計的原理是利用原始測量數(shù)據(jù)在軟件中生成數(shù)字地面模型，在最接近原始地面的地形曲面上進行道路的平、縱設(shè)計，根據(jù)設(shè)計要求創(chuàng)建橫斷面模板，并生成道路模型的過程。三維設(shè)計軟件的應(yīng)用可以幫助工程師更簡單、高效的完成道路設(shè)計，并有效的避免一些二維設(shè)計可能出現(xiàn)的疏漏。在進行三維道路設(shè)計和建模之前我們應(yīng)根據(jù)道路的等級、設(shè)計標準及設(shè)計要求合理的選擇三維軟件。利用三維軟件建立的道路模型如圖1所示。

圖1 利用三維軟件建立的道路模型

2 實際應(yīng)用中各軟件的優(yōu)缺點

2.1 Inroads軟件的優(yōu)缺點

Inroads是一款基于Microstation平臺的，專門應(yīng)用于道路設(shè)計的三維軟件，被譽為世界三大道路設(shè)計軟件之一。它通過在軟件中通過幾何線形(Geometry)、橫斷面模板(Templates)及道路表面(Surface)文件的形式分別建立和存儲繪制的平豎曲線、橫斷面及道路模型。Inroads在平豎曲線的設(shè)計中的優(yōu)點有:①可以自動根據(jù)所設(shè)計公路的設(shè)計速度來限制平豎曲線的角度和長度值;②在縱斷面設(shè)計拉坡時，還可以根據(jù)設(shè)計時速自動運算出最適合的豎曲線半徑，以便用戶進行參考和設(shè)計;③創(chuàng)建橫斷面模板時，Inroads在一個虛擬的二維界面之中首先建立所需要的橫斷面的大概結(jié)構(gòu)及形狀，所建立的圖形的每個節(jié)點都附有自己的屬性和相對于相鄰點的位置關(guān)系參照和角度參照，我們可以進入到每個點進行分別設(shè)置，包括對于開挖和回填的端點可以設(shè)置末端條件，以及在處于開挖和回填的臨界點時可以設(shè)置優(yōu)先級等;④用戶可以根據(jù)自己的需要和公路設(shè)計的等級自己設(shè)計橫斷面的形式，并存成單獨的(.itl)格式文件以便于在其它設(shè)計之中使用;⑤Inroads是一款成熟的三維軟件，相比另外兩款軟件更為穩(wěn)定，可以很好的配合Microstation平臺的其它軟件進行三維建模，并通過ProjectWise平臺與其它三維軟件協(xié)同設(shè)計;⑥Inroads可以進行遠距離、大規(guī)模、高等級的公路設(shè)計。它程序之中使用的很多規(guī)范是國外的標準，還沒有根據(jù)我國的設(shè)計標準、原則建立契合我國普遍道路設(shè)計的模式。

圖2 利用Inroads繪制的橫斷面模板

2.2 緯地系列軟件的優(yōu)缺點

緯地系列軟件是我國自主研發(fā)的，基于CAD上使用的道路交通專業(yè)輔助設(shè)計軟件，擁有非常完善且符合我國設(shè)計標準和成果的設(shè)計程序。包括高速公路設(shè)計、立交路線設(shè)計、與公路配套的擋墻和橋涵的設(shè)計、及高速公路和橋梁、隧道相接的設(shè)計，是我國各公路設(shè)計院普遍采用的道路設(shè)計軟件。緯地也是一套比較成熟的公路專業(yè)仿真分析平臺。基于此平臺，用戶可以實現(xiàn)對公路的虛擬仿真分析、安全評價、運行速度分析、空間行車視距分析等。緯地軟件的設(shè)計思路和Inroads有很多類似之處，平縱橫設(shè)計都可以保存為獨立的格式存儲，并且緯地軟件功能強大還體現(xiàn)在很多細節(jié)上，比如建立數(shù)字地面模型的時候緯地可以智能的對三角網(wǎng)進行優(yōu)化，排除錯誤的測量數(shù)據(jù)。緯地軟件適用于各種高等級公路的設(shè)計，其專業(yè)性是很出色的，但是三維手段還不如專業(yè)的三維軟件完善。

2.3 Civil軟件的優(yōu)缺點

Civil 3D是Autodesk公司研發(fā)的可適用于巖土工程、道路交通、地下管網(wǎng)等多領(lǐng)域的土木工程設(shè)計三維軟件。由于這款軟件直接架構(gòu)于CAD上，所以在普遍使用CAD進行設(shè)計繪圖的工程師手中，它是一款很好的輔助軟件。Civil 3D可以利用測量高程點和等高線快速的建立數(shù)字地面模型，在最接近真實地面的數(shù)字地面模型上進行道路的平、縱、橫設(shè)計，生成道路模型，并能方便輸出符合我國標準的設(shè)計圖紙及設(shè)計成果表格。但是在專業(yè)性能方面Civil 3D不如道路專業(yè)設(shè)計軟件全面，比如緩和曲線試算、超高加寬的計算等。所以Civil 3D并不適用于高等級公路的設(shè)計。但是對于低等級的公路、市政道路的設(shè)計，這款軟件卻可以作為優(yōu)選，因其設(shè)計思路簡單清晰，操作十分便捷。

3 結(jié)語

三維設(shè)計為工程師提供的便捷無疑是飛躍性的，三維軟件可以使用Google Earth上集成的海量的地球表面數(shù)據(jù)信息。對于土木工程師來說，如果能在設(shè)計方案的初期階段應(yīng)用Google Earth提供的地形數(shù)據(jù)作為地面測量數(shù)據(jù)，無疑會大大地提高設(shè)計效率。三維道路設(shè)計軟件基于數(shù)字地面模型的基礎(chǔ)上建立真實的道路模型，可以計算出精確的工程量，隨著設(shè)計進度可以在設(shè)計的道路上進行模擬駕駛或飛行，以便查找有無遮擋視線的情況、設(shè)計的是否合理等。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，三維技術(shù)會變得更加全面，更好的為工程師服務(wù)。

［1］房虎.緯地三維道路CAD系統(tǒng)在低等級公路設(shè)計中的應(yīng)用體會［J］.廣西水利水電，2008(05):1－2.