Auto CAD Civil 3D在陸上風(fēng)電場升壓站總圖進(jìn)站道路設(shè)計中的應(yīng)用

齊天宇

（中國能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力設(shè)計院有限公司，哈爾濱 150078）

1 引言

風(fēng)電場升壓站是將風(fēng)電機(jī)組的輸出電壓升高并輸送至更高等級電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，它是風(fēng)電場運行的重要組成部分[1]。我國幅員遼闊，升壓站站址難免選在地質(zhì)條件復(fù)雜的場地，這對電力設(shè)計院總圖運輸專業(yè)進(jìn)站道路的設(shè)計提出了新的挑戰(zhàn)。進(jìn)站道路是升壓站與現(xiàn)有公路、城市道路或其他工業(yè)企業(yè)相連接的對外道路，面對較復(fù)雜地質(zhì)條件的進(jìn)站道路設(shè)計是設(shè)計人員需要解決的技術(shù)問題。

Auto CAD Civil 3D（以下簡稱Civil 3D）是歐特克公司面向土木行業(yè)的建筑信息模型（BIM）解決方案，是業(yè)界認(rèn)可的土木工程道路與土石方解決的軟件包，它的三維動態(tài)工程模型有助于快速完成道路工程、雨水或污水排放系統(tǒng)的設(shè)計[2]。本文介紹應(yīng)用Civil 3D 在陸上風(fēng)電場升壓站進(jìn)站道路的設(shè)計流程以及相對于傳統(tǒng)二維進(jìn)站道路設(shè)計的優(yōu)點，以期為總圖運輸專業(yè)設(shè)計人員提供一種面對較復(fù)雜地形條件風(fēng)電場升壓站進(jìn)站道路的設(shè)計思路，完成復(fù)雜升壓站進(jìn)站道路的設(shè)計。

2 Civil 3D道路設(shè)計理念

應(yīng)用Civil 3D 進(jìn)行升壓站進(jìn)站道路設(shè)計時，路線、縱斷面和橫斷面等均為設(shè)計對象，其向下包含的要素線、縱斷面圖以及橫斷面圖等也都是設(shè)計對象，這些設(shè)計對象均具有特性和樣式兩種功能屬性，前者可查看對象的信息和參數(shù)，后者可管理對象的顯示效果[3]，以路線對象為例，圖1、圖2 為Civil 3D中特性和樣式。而傳統(tǒng)二維設(shè)計中圖元的特性信息數(shù)量少，缺乏對設(shè)計參數(shù)的更精確表達(dá)。因此，Civil 3D 可以向設(shè)計人員提供一種基于BIM 技術(shù)的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法[4]。

圖1 路線特性

圖2 路線樣式

3 Civil 3D升壓站進(jìn)站道路設(shè)計流程

3.1 創(chuàng)建地形曲面

開展升壓站進(jìn)站道路設(shè)計的首要工作是創(chuàng)建地形曲面，Civil 3D 中的地形曲面數(shù)據(jù)以不規(guī)則三角網(wǎng)形式運行、存儲和顯示，設(shè)計人員可以使用DWG 格式的地形圖生成廠址區(qū)域的曲面對象，地形圖中通常包含高程點、等高線、地形特征線等要素。如果創(chuàng)建的地形曲面中高程對應(yīng)的坐標(biāo)信息與真實情況存在差異，可以將有差異的對象批量移動到插入點位置，重新讀取文字對象創(chuàng)建地形曲面。

3.2 平曲線設(shè)計

完成地形曲面的創(chuàng)建后，就可以在其上進(jìn)行平曲線設(shè)計，即創(chuàng)建路線對象并進(jìn)行調(diào)整，Civil 3D 內(nèi)平曲線的設(shè)計方法包括交點法和曲線單元法。

交點法是道路設(shè)計中常用的方法，在Civil 3D 軟件中可以使用“切線—切線（沒有曲線）”命令直接選取交點并通過直線將交點相連，也可以預(yù)先設(shè)置圓曲線和緩和曲線的相關(guān)參數(shù)，再通過“切線—切線（帶有曲線）”命令生成圓曲線和緩和曲線，如圖3 所示。但是交點法在一些地形復(fù)雜區(qū)域的道路設(shè)計中存在不足，構(gòu)建的線形有時難以符合所在地形約束條件的要求。

圖3 交點法設(shè)置圓曲線和緩和曲線

曲線單元法是把平面線型分成多個曲線單元進(jìn)行組合，Civil 3D 內(nèi)可創(chuàng)建“固定”“浮動”或“自由”3 種形式的基本單元或單元組，如圖4 所示。其中，“固定”單元可以任意創(chuàng)建和編輯，在創(chuàng)建形式上具有最大的自由度；“浮動”單元的一端受限于“固定”或“浮動”單元；“自由”單元的兩端是根據(jù)“固定”或“浮動”單元進(jìn)行反算，其自由度最低。曲線單元法適用于路線長度較短，地形復(fù)雜、環(huán)境限制因素較多的道路設(shè)計。

圖4 曲線單元形式

3.3 縱斷面設(shè)計

縱斷面設(shè)計中主要包括縱斷面線和縱斷面圖的設(shè)計，Civil 3D 內(nèi)可以直接由路線剖切地形曲面生成縱斷面，而且路線、縱斷面以及地形曲面相互動態(tài)關(guān)聯(lián)，修改路線位置時，縱斷面也會隨之更新?？v斷面線的設(shè)計先通過縱斷面布局工具指定豎曲線類型和參數(shù)，然后在縱斷面圖上繪制變坡點位置和高程，如圖5 所示。完成縱斷面設(shè)計后，通過編輯“縱斷面圖特性”中的“標(biāo)簽欄”更新數(shù)據(jù)。需要更改變坡點位置、豎曲線長度等參數(shù)時，可以通過編輯“縱斷面柵格視圖”中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)。

圖5 創(chuàng)建縱斷面菜單

應(yīng)用Civil 3D 進(jìn)行道路縱斷面設(shè)計全部在一個圖紙文件中，整個過程節(jié)省了修改、調(diào)用數(shù)據(jù)的時間，提高了設(shè)計效率。

3.4 橫斷面設(shè)計

Civil 3D 內(nèi)的道路橫斷面設(shè)計可以總結(jié)為裝配式橫斷面設(shè)計，其設(shè)計原理是將路面、路肩、邊坡以及路緣石等元素視作部件（見圖6），然后將其按順序組裝，再通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)滿足實際工程要求。

圖6 道路橫斷面基本部件

除了使用Civil 3D 數(shù)據(jù)庫提供的部件外，設(shè)計人員也可以使用多段線繪制任意幾何形狀，添加所需的點、連接和造型代碼生成新部件，新部件可以保存到數(shù)據(jù)庫。當(dāng)數(shù)據(jù)庫具備相當(dāng)數(shù)量的部件時，升壓站進(jìn)站道路的橫斷面設(shè)計可以靈活地適應(yīng)各類實際情況，從而提高設(shè)計效率。

3.5 土方量計算

完成道路平曲線、縱斷面以及橫斷面設(shè)計后就可以生成道路三維模型，通過特性可以查看與道路相關(guān)的各種數(shù)據(jù)。為了計算土方量，首先需要通過特性窗口設(shè)置道路邊界，保證道路曲面的正確性；然后設(shè)置采樣編組特性確定所需采集數(shù)據(jù)的道路樁號的位置；最后創(chuàng)建計算材質(zhì)列表，生成填挖方體積表和土方計算報告。

4 Civil 3D在升壓站進(jìn)站道路設(shè)計中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)陸上風(fēng)電場升壓站進(jìn)站道路設(shè)計需要應(yīng)用不同的軟件滿足不同的設(shè)計內(nèi)容，成果保存在不同的卷冊中，當(dāng)設(shè)計需要更改時，每一冊卷冊均需要修改。而通過上文敘述可知，Civil 3D 具有高度的集成功能，在設(shè)計對象之間建立動態(tài)關(guān)系，使設(shè)計變更保持一致且同步更新，減少了繪圖工作量，進(jìn)而提高了工作效率。Civil 3D 不僅包含Auto CAD 的功能，還擁有巖土、交通、地下管網(wǎng)等領(lǐng)域的設(shè)計工具，可以同時滿足總圖運輸專業(yè)不同設(shè)計內(nèi)容的需求和不同專業(yè)之間的設(shè)計協(xié)同[5]。因此，將Civil 3D 運用到風(fēng)電場升壓站進(jìn)站道路設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

隨著設(shè)計軟件集成化不斷提高，已可以實現(xiàn)在同一軟件中完成整個設(shè)計過程，設(shè)計人員也需要充分了解相關(guān)軟件的性能，熟練掌握使用方法以應(yīng)對不同的現(xiàn)實條件。通過簡述Auto CAD Civil 3D 在陸上風(fēng)電場升壓站進(jìn)站道路設(shè)計流程，向?qū)I(yè)設(shè)計人員提供一種面對復(fù)雜地質(zhì)條件時升壓站進(jìn)站道路的設(shè)計思路，以期在今后的設(shè)計中降低出錯概率，保障設(shè)計品質(zhì)。