AUTODESK Civil 3D軟件中道路設(shè)計(jì)和建模功能的特性應(yīng)用

趙 威

中交一公局集團(tuán)有限公司海外事業(yè)部

1 引言

BIM軟件Civil3D是Autodesk公司為土木行業(yè)提供的三維設(shè)計(jì)方案解決軟件，適用于多個(gè)不同土木領(lǐng)域。Civil3D 功能非常強(qiáng)大，基于曲面這個(gè)功能能形成三維數(shù)字地形模型。從而可直觀、快速、準(zhǔn)確地計(jì)算土方量、繪制縱橫斷面圖、查看三維模型等功能。同時(shí)Civil3D軟件還有二次接口開發(fā)可接入其他軟件，并具有強(qiáng)大的項(xiàng)目管理功能，為土木建設(shè)工程提供了完整的解決方案。

2 曲面

曲面是這個(gè)軟件最基礎(chǔ)的部分，在以往進(jìn)行路線設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們幾乎沒有聽說過“曲面”這個(gè)詞，當(dāng)然，在了解這款軟件之后也才發(fā)現(xiàn)，它一般表示原始三維地形圖，相當(dāng)于DTM 的功能。其實(shí)曲面這個(gè)詞在CAD 三維空間里有這個(gè)定義，它需要我們?nèi)藶榈挠命c(diǎn)或者面去定義，表示某區(qū)域的三維幾何形態(tài)，然后才能用于計(jì)算面積、體積等參數(shù)。在CIVIL3D里面，曲面則表示一個(gè)三維區(qū)域模型，不過這個(gè)曲面是動態(tài)的，即曲面在被更改后，他會自動更新重新構(gòu)建，而且曲面在曲面特性中可以自行篩選特定的點(diǎn)來構(gòu)建曲面。

但是CIVIL 3D 作為一款比較強(qiáng)大的軟件，它既然可以定義曲面，那么它所能表示的可不止地形，它可以把任意點(diǎn)集合組成曲面，還可以根據(jù)道路元素定義曲面。比如說，在某地形位置有A、B兩條道路交叉，那么在設(shè)計(jì)A路線的時(shí)候，參考曲面為地形曲面，即通過對A路線“戴帽子”與地形曲面相交，生成三維道路模型；然后在設(shè)計(jì)B路線的時(shí)候，參考曲面為地形曲面和A曲面，將A 道路定義成一個(gè)新的曲面，即從基本道路模型中提取的數(shù)據(jù)創(chuàng)建的曲面，以此來與B路線相交。同樣的道路，當(dāng)一個(gè)道路模型生成后，如果對某個(gè)樁號區(qū)間內(nèi)的邊坡進(jìn)行植草或漿砌護(hù)坡，而需要計(jì)算面積的話，則可以定義這段樁號區(qū)間內(nèi)的邊坡為曲面，然后計(jì)算該曲面面積等。這樣就體現(xiàn)出一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)就是：在一個(gè)CAD圖形文件里面可以定義多個(gè)對象（項(xiàng)目），也就是說可以創(chuàng)建多個(gè)曲面、多個(gè)道路等。

如下圖所示為meyo互通地形曲面，它是先由軟件導(dǎo)入測量采集的地形點(diǎn)，構(gòu)網(wǎng)后由若干平三角形組成，通過曲面“定義”功能篩選平三角形最大長度可以過濾掉一些不合適的三角網(wǎng)，下圖中三個(gè)空白區(qū)域內(nèi)沒有地形典故不參與曲面構(gòu)網(wǎng)。

由于該軟件的標(biāo)簽和樣式功能強(qiáng)大，所以我們還可以對不同的曲面采用不同的樣式加以區(qū)分，比如下圖中同樣一個(gè)曲面，分別采用坡面方向、高程、等高線來表示曲面，具有不同的表達(dá)效果，非常直觀。

如果項(xiàng)目地形曲面過大，對于電腦來說運(yùn)行起來非?？D，而該軟件設(shè)置了“遮罩”這種功能，它可以將選定區(qū)域以內(nèi)或以外部分的地形暫時(shí)隱藏起來，節(jié)省計(jì)算時(shí)間以提高電腦運(yùn)行速度。比如說我們建立了一個(gè)全部的地形曲面，但現(xiàn)在想在其中一小部分進(jìn)行道路或場地設(shè)計(jì)故可以用多段線將我們需要的部分包圍起來，然后使用“遮罩”功能將多段線以外的部分隱藏，它還是真是存在的，只不過是為了提高電腦運(yùn)行速度沒有讓它顯示而已。

該軟件還可以對曲面范圍內(nèi)進(jìn)行流域分析，其原理是任何一個(gè)曲面都是由無數(shù)三角網(wǎng)所構(gòu)成，根據(jù)每個(gè)三角網(wǎng)的平面方向，以判定水的流向和匯集區(qū)域，然后系統(tǒng)自動根據(jù)高程變化方向勾勒出跌水線，并根據(jù)樣式形式將其顯示出來。

事實(shí)上，該軟件在曲面樣式中可以隨意設(shè)置需要顯示的信息，如格柵、地形點(diǎn)、三角網(wǎng)等，在需要的時(shí)候打開顯示，不需要的時(shí)候關(guān)閉隱藏即可。另外由于該軟件的標(biāo)簽功能，還可以以自己喜歡的樣式在曲面上標(biāo)示出任意某點(diǎn)的坡率、標(biāo)高等信息，而且是動態(tài)更新的，只要你手動拖動至任意位置，將自動更新到新位置的數(shù)據(jù)。

圖1 Meyo互通地形曲面

3 路線

路線平面設(shè)計(jì)同樣采取交點(diǎn)法、積木法，但該軟件的路線設(shè)計(jì)比較人性化，由于CIVIL 3D是個(gè)面向于對象的軟件，所以在圖中畫出來是什么樣子路線就是什么樣子，你可以自己在軟件中一段一段的自定義路線，也可以利用已經(jīng)定義好的多段線，將其直接定義為路線。它的圖形形式和數(shù)據(jù)是完全匹配的，他與以往路線軟件的最大區(qū)別是：一個(gè)以圖形為對象，一個(gè)以數(shù)據(jù)為對象。

在拉線過程中，按照正常方法一步一步拉線，修改時(shí)可以通過選擇圖元精確修改文件參數(shù)做到修改的目的，也可以直接在圖形上拉取和修改，比如鼠標(biāo)拖動交點(diǎn)、半徑或者曲線中點(diǎn)的位置，樁號實(shí)時(shí)更新，都是非常直觀的。

在“幾何圖形編輯器”中，通過路線柵格視圖，可以打開一個(gè)路線圖元表，在此處將圖元解除鎖定后，可以任意讀取和修改幾何參數(shù)，比如坐標(biāo)、緩和曲線參數(shù)等，也可以將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

平面線性設(shè)計(jì)除了根據(jù)路線創(chuàng)建窗口自己拉線外，它還有一個(gè)非常好用的功能，就是可以直接選取圖元作為路線對象，也就是說可以直接從CAD 圖形文件中讀取這一系列圖元，軟件直接將此圖元轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)路線。

另外，該軟件有個(gè)“快速縱斷面功能”，就是在平曲線設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以實(shí)時(shí)觀測到該路線的地形起伏情況，并且隨平曲線的移動而更新，同時(shí)還可以對平曲線進(jìn)行偏移，同步觀測偏移位置的地形起伏情況。

豎曲線的設(shè)計(jì)同樣也是基本采用交點(diǎn)法，也可以像平曲線那樣隨時(shí)拉動，其過程比較簡單，跟平曲線設(shè)計(jì)一樣也可以為每個(gè)點(diǎn)設(shè)置標(biāo)高標(biāo)簽、坡度標(biāo)簽等，如下是給同一豎曲線設(shè)置的不同樣式，可以給定不同的顏色、線條形式、交點(diǎn)顯示等。

如發(fā)現(xiàn)豎曲線參數(shù)不滿足規(guī)范的指標(biāo)，可以直接在“縱斷面圖元”里進(jìn)行輸入修改。如變坡點(diǎn)高程、變坡點(diǎn)樁號、豎曲線半徑、坡度、坡長等。也可以直接對縱斷面進(jìn)行拖拽操作。數(shù)據(jù)會及時(shí)更新在全景窗口中，同時(shí)，縱斷面標(biāo)簽也會同步更新。

4 裝配

橫斷面設(shè)計(jì)在CIVIL3D 中叫作“裝配”，裝配中的每個(gè)子圖元叫作“部件”，由每個(gè)部件一點(diǎn)點(diǎn)疊加組合形成一個(gè)裝配。這個(gè)功能屬于該軟件的核心功能，實(shí)際上就是根據(jù)寬度來確定超車道、行車道、路肩、分隔帶等在道路橫向上的標(biāo)準(zhǔn)布局。也就是常說的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)。道路的實(shí)際橫斷面往往是通過道路平面和施工橫斷面來反映。

CIVIL 3D 的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，它只能通過給每個(gè)斷面部件編制代碼并建立聯(lián)系關(guān)系，部件是構(gòu)成道路裝配的基本單元。而部件則是由點(diǎn)、連接和造型三種幾何單元組成。我們可以為每一個(gè)幾何單元（點(diǎn)、連接、造型）指定不同的名字以示區(qū)別，這個(gè)名字就稱作為代碼。每一個(gè)幾何單元（點(diǎn)、連接、造型）的代碼可以有多個(gè)，但是這些代碼不可以重復(fù)。

裝配完成后，基本可以開始道路建模了，在建模的過程中，具有相同代碼的幾何單元被連接成為連續(xù)的構(gòu)造。而沒有代碼的幾何單元則不會被連接。橫斷面寬度可以從感官上直接感受出來，但是邊坡坡率在裝配中是固定的角度，需要在特性中更改坡率。

如圖2所示，通過創(chuàng)建道路生成的道路模型又路面和邊坡，可以看到只有兩種元素，分別是線和點(diǎn)，他們分別表示“點(diǎn)”和“連接”，圖2中的道路就是由這些若干元素構(gòu)成的。

圖2 “裝配”組成的道路模型

一般先完成中心線右側(cè)的部件，右擊選擇“鏡像”—單擊裝配中心線，這樣就完成了整幅路的標(biāo)準(zhǔn)裝配，因?yàn)榻^大多數(shù)情況下標(biāo)準(zhǔn)橫斷面是左右對稱的，而且這樣可以省去重復(fù)的工作，不過在特殊情況如左右不對成的時(shí)候，還是需要人為修改。

5 道路

在路線、縱斷面、裝配都完成后，基本可以開始道路計(jì)算了，值得注意的是，在計(jì)算前設(shè)定好各類參數(shù)，而且務(wù)必需要將目標(biāo)曲面放入，然后才能出道路曲面。

同樣的，在生成道路模型后，如果地形曲面、平縱橫等任何一個(gè)對象發(fā)生了變化，軟件還是會提醒你是否重新生成道路，并且會自動在道路名稱的前面增加一個(gè)三角形符號，告訴你現(xiàn)在的道路是已經(jīng)過期的，這是非常方便的。

圖3 道路曲面創(chuàng)建完成

圖4 道路模型

6 結(jié)語

最后，這只是整個(gè)項(xiàng)目道路的其中一部分，所以考慮到計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，在做道路設(shè)計(jì)時(shí)可以在同一個(gè)DWG 文件里面，把道路分成若干段分別設(shè)計(jì)，通過調(diào)整樣式把其余的隱藏掉就行。

CIVIL 3D軟件是一款很強(qiáng)大的軟件，它與其他軟件相比，具有非常直觀的優(yōu)點(diǎn)。目前它在土木行業(yè)所應(yīng)用的只是很小的一部分，其實(shí)它在綜合模型、項(xiàng)目管理、工程量計(jì)算等方面還有廣泛地應(yīng)用前景。相信這款軟件會憑借其強(qiáng)大的功能和人性化的體驗(yàn)，在將來的土木行業(yè)會有更廣闊的應(yīng)用空間。