一種基于三維模型的鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)方法初探

肖坤鑫

【摘 要】本文主要介紹了借助Civil 3D 進(jìn)行鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)的一些初步探索經(jīng)驗(yàn)。首先，對(duì)Civil 3D軟件進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。隨后，文章順序介紹了創(chuàng)建線路平面曲線、縱斷面、標(biāo)準(zhǔn)橫斷面、建立并運(yùn)用三維模型進(jìn)行路基土石方計(jì)算的詳細(xì)步驟，對(duì)存在問(wèn)題作了分析并提出了一些解決思路。最后，對(duì)Civil 3D應(yīng)用于鐵路站場(chǎng)工程設(shè)計(jì)的可行性做出分析判斷。

【關(guān)鍵詞】 Civil 3D 土石方 鐵路 站場(chǎng) 部件 裝配

Civil 3D軟件是由Autodesk公司推出的一款產(chǎn)品，它與AutoCAD軟件的默認(rèn)文件格式均為DWG格式，Civil 3D中的一些“命令”也與在AutoCAD中的“命令”完全一致。因此將Civil 3D中的三維模型應(yīng)用到鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)中，并輔以一些二次開(kāi)發(fā)來(lái)提高工作效率，應(yīng)是可行的。

1 基于三維模型的土石方計(jì)算

1.1 地形處理

在Civil 3D 2012 中，可以通過(guò)等高線、文字等圖元?jiǎng)?chuàng)建地形曲面，而且該軟件可與Google Earth互聯(lián)互通，圖1中的地形即創(chuàng)建于Google Earth。

圖1 地形及平面圖

創(chuàng)建圖元的過(guò)程中應(yīng)注重各個(gè)圖元的命名（如注明左右側(cè)），以便在后續(xù)的步驟中方便識(shí)別。創(chuàng)建的過(guò)程中若彈出錯(cuò)誤或警告，應(yīng)盡量排除，否則可能會(huì)影響后續(xù)的結(jié)果（下同）。

1.2 創(chuàng)建線路平面曲線

圖1中，地形圖上覆蓋的粗線條代表一個(gè)鐵路線路所的平面設(shè)計(jì)結(jié)果，3條細(xì)線表示線路所的路基面輪廓。該路基面設(shè)計(jì)為人字坡，中間的一條細(xì)線，即“A-A”連線表示人字坡的分水線，位于兩側(cè)的細(xì)線表示路基邊緣。

首先，以分水線為基線，通過(guò)“從對(duì)象創(chuàng)建道路”命令將該多段線轉(zhuǎn)化為“路線”圖元，并將其特性設(shè)置成“中心線”。

將多段線勾勒出來(lái)的兩條路基邊線轉(zhuǎn)化為“偏移路線”。

1.3 設(shè)計(jì)縱斷面

縱斷面設(shè)計(jì)可分為兩個(gè)步驟，首先通過(guò)點(diǎn)擊“ [常用]/[縱斷面圖和橫斷面圖]/[縱斷面圖] /[創(chuàng)建縱斷面圖]”，創(chuàng)建一個(gè)空的“縱斷面圖”，之后調(diào)出“ [常用]/[創(chuàng)建設(shè)計(jì)]/[縱斷面] /[縱斷面創(chuàng)建工具]”，進(jìn)行線路縱斷面設(shè)計(jì)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)橫斷面的構(gòu)建需要借助“裝配”，首先創(chuàng)建一個(gè)空的裝配，之后在空裝配標(biāo)記點(diǎn)的左右兩側(cè)分別附著兩個(gè)“基本過(guò)渡車道”部件，將其“過(guò)渡”特性修改為“保留邊坡，更改偏移”。

1.5 生成路基模型及路基曲面

依次點(diǎn)擊“ [常用]/[創(chuàng)建設(shè)計(jì)]/[道路] /[創(chuàng)建道路]”，啟動(dòng)命令后，依次選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的基線平面曲線、基線縱斷面及標(biāo)準(zhǔn)橫斷面以創(chuàng)建路基模型，過(guò)程中應(yīng)將左側(cè)“基本過(guò)渡車道”的邏輯目標(biāo)設(shè)置為“左側(cè)”偏移路線，右側(cè)同理。

至此，可從上面生成的路基模型切取橫斷面（切取方法詳見(jiàn)下一小節(jié)），但只可用來(lái)計(jì)算基床結(jié)構(gòu)的面積數(shù)量，要得到填、挖方總數(shù)量，還需進(jìn)一步將路基模型轉(zhuǎn)換為曲面（選中路基模型，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，可找到“道路曲面”一項(xiàng)菜單）。

1.6 切取橫斷面圖

切取橫斷面圖之前，首先需要?jiǎng)?chuàng)建“采樣線”，而創(chuàng)建采樣線的前提又是創(chuàng)建“采樣編組”。所謂的“采樣”其實(shí)就是切取橫斷面上的拐點(diǎn)，要在橫斷面圖上反映出哪些圖元，需首先將其納入到采樣對(duì)象中去。

1.7 生成土石方報(bào)告

生成土石方報(bào)告首先應(yīng)“計(jì)算材質(zhì)”，方法為：點(diǎn)擊“ [分析]/[體積和材質(zhì)]/[計(jì)算材質(zhì)]”，啟動(dòng)計(jì)算材質(zhì)對(duì)話框，如果是首次啟動(dòng)，需設(shè)置“EG”曲面為1.1小節(jié)中下載生成的地形曲面，設(shè)置DATUM曲面為1.5小節(jié)中生成的路基曲面。如果圖形中不存在代表路基曲面的“道路曲面”，則DATUM曲面下拉列表為空。

通過(guò)“總體積表”菜單可查看土石方計(jì)算結(jié)果表。其中顯示了填方、挖方的總面積。

若將基床表層作為一種“結(jié)構(gòu)”，添加到土石方計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中去，還可計(jì)算得到基床數(shù)量。調(diào)用“材質(zhì)體積表”命令可查看基床體積計(jì)算結(jié)果。

1.8 存在問(wèn)題及解決辦法

本文借助“基本過(guò)渡車道”得到的基床結(jié)構(gòu)是一個(gè)整體，分不出基床表層和底層；而其他車道部件寬度一般都是固定值，也不適應(yīng)鐵路路基咽喉區(qū)寬度變化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，要得到完全適用于鐵路工程的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面，可以通過(guò)“部件編輯器”進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可考慮對(duì)Civil 3D進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

還有一種思路，即對(duì)于同一塊鐵路路基，可以建立幾套路基模型。比如建立第一套模型，將“基本過(guò)渡車道”的厚度取值為基床表層的厚度，建立另一套模型，其中“基本過(guò)渡車道”的厚度取值為基床表層加基床底層的總厚度，用這兩套模型生成出來(lái)的材質(zhì)數(shù)量（基床數(shù)量）對(duì)應(yīng)相減，可以間接得出基床底層的數(shù)量。

2 其他應(yīng)用

利用Civil 3D還可以方便地進(jìn)行取棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)、匯水面積的分析，并且，Civil 3D本身是面向道路設(shè)計(jì)的，因此，將其用于與鐵路工程相關(guān)的道路工程設(shè)計(jì)完全可行。另外，Civil 3D還可用于綜合管線設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

利用Civil 3D進(jìn)行鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)還是可行的，今后的工作中，立足于Civil 3D，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可進(jìn)一步促進(jìn)鐵路站場(chǎng)設(shè)計(jì)方法向三維領(lǐng)域發(fā)展。希望通過(guò)積極的探索，使得三維技術(shù)早日在行業(yè)中普及開(kāi)來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任耀，戴飛靈，黃偉，吳強(qiáng)，梁勇.AutoCAD Civil 3D 2013 應(yīng)用寶典[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2013.