道路CAD在工程的應(yīng)用和意義

道路CAD在工程中的應(yīng)用與意義一、道路CAD系統(tǒng)簡介1、 道路CAD發(fā)展綜述計算機在公路工程領(lǐng)域的應(yīng)用起步于20世紀60年代初，但是當時還主要是用于完成一些繁重的計算任務(wù)，如路面結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、路基穩(wěn)定性分析與計算、橋梁結(jié)構(gòu)計算、路基土石方計算以及路線平縱面線形的計算等。到了20世紀80年代，道路CAD系統(tǒng)的發(fā)展更加完善，并逐步向系統(tǒng)化、集成化方向發(fā)展。很多國家建立了由航測設(shè)備、計算機和專用軟件包組成的成套系統(tǒng)，可以完成從數(shù)據(jù)采集、建立數(shù)字地面模型、優(yōu)化設(shè)計到設(shè)計文件編制的全部工作，系統(tǒng)都有成功的圖形環(huán)境支撐，商品化程度很高。20世紀90年代至今，是CAD軟件的商品化快速發(fā)展階段。這段期間公路CAD軟件發(fā)展的特點表現(xiàn)為：軟件支撐平臺向Windows系統(tǒng)過渡，軟件界面及交互性能有所改善；部分軟件自主開發(fā)了專業(yè)的圖形支撐平臺，系統(tǒng)具有較強的針對性和實用性；道路CAD軟件的應(yīng)用深度和廣度都有較大提高，應(yīng)用范圍基本覆蓋了道路初步設(shè)計和施工圖設(shè)計的各個方面（不包括方案設(shè)計、方案評價選優(yōu)等）。簡單來說，道路CAD系統(tǒng)即利用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)進行路線設(shè)計，在數(shù)字地形模型支持下，借助數(shù)學(xué)方法，由計算機初定平面位置；經(jīng)過不斷的人機交互作用，進行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)計算機選擇的最優(yōu)方案和地形數(shù)字模型提供的地形資料完成整個路線平面、縱斷面和橫斷面設(shè)計，以獲得切合實際的最優(yōu)方案。道路CAD領(lǐng)域的軟件最初大致可分為兩種類型：一是適用于結(jié)構(gòu)工程的，如路基，路面，擋墻，橋涵等構(gòu)造物的CAD設(shè)計軟件，另一類是適用于路線工程設(shè)計的。前者偏重于力學(xué)數(shù)值計算，后者為帶狀建筑物，廣泛綿延于地面之上，很多與地形、地物、地質(zhì)水文等有關(guān)的自然地理數(shù)據(jù)是設(shè)計的原始依據(jù)。2、 國內(nèi)外道路CAD技術(shù)發(fā)展狀況（1）國外道路CAD軟件德國CARD/1軟件：勘測、設(shè)計和繪圖的一體化；CARD/1的原意是計算機輔助道路設(shè)計（ComputerAidedRoadDesign）。經(jīng)過了十多年的發(fā)展，原先的CARD/1系統(tǒng)是一個從運用中發(fā)展起來的專門適用于道路測量和設(shè)計的軟件包，現(xiàn)在的CARD/1系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于測繪、道路、鐵路（磁懸浮列車）和管道的規(guī)劃、設(shè)計和施工。主要特點：高度集成CARD/1覆蓋測繪、道路、鐵路、管道設(shè)計及施工的全過程。CARD/1是不依賴于其它任何軟件（除操作系統(tǒng)外）就可完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集、設(shè)計、繪圖全過程的軟件系統(tǒng)。避免了傳統(tǒng)的使用五、六個不同公司的軟件分別解決不同的問題，最后合起來完成一個項目的弊端。全面開放可接受所有來源的數(shù)據(jù)：已有的平、縱、橫斷面地面線及設(shè)計資料；全站儀數(shù)據(jù)；航測數(shù)據(jù)；GPS數(shù)據(jù)；既有圖掃描數(shù)據(jù)；激光測量儀數(shù)據(jù)和其它軟件數(shù)據(jù)。智能化與個性化CARD/1系統(tǒng)基于數(shù)字地面模型，融合了許多模擬、回歸分析、自動設(shè)計等智能化功能，可使工程師的方案更優(yōu)、更合理。功能精細可靠CARD/1整個系統(tǒng)有大小功能1000多項，能滿足現(xiàn)今公路、市政道路和鐵路設(shè)計各階段的各種要求，其中包括高速鐵路和磁懸浮設(shè)計。設(shè)計思想先進CARD/1采用了當前國際上最流行的全站儀野外數(shù)據(jù)采集、建立地面模型進行道路設(shè)計的思想和方法,它可使復(fù)雜條件下的多方案比選設(shè)計輕而易舉，使設(shè)計的合理性和效率顯著提高。CARD/1路線設(shè)計方面采用的是曲線法，兼容傳統(tǒng)的積木法和交點法設(shè)計思想，它可以使工程師們合理、快速、靈活、輕松地達到設(shè)計目的。英國MXRoad軟件：MOSS軟件。公路設(shè)計，平面和環(huán)型交叉，互通式立交，山嶺地區(qū)和沙漠地區(qū)道路設(shè)計，城市道路設(shè)計，路面改建和加寬，公路景觀設(shè)計，礦山工程，鐵路、機場和港口設(shè)計，排水設(shè)計，建筑景觀造型設(shè)計等；主要特點：適用領(lǐng)域廣泛，計有：公路設(shè)計，平面和環(huán)型交叉，互通式立交，山嶺地區(qū)和沙漠地區(qū)道路設(shè)計，城市道路設(shè)計，路面改建和加寬，公路景觀設(shè)計，礦山工程、鐵路、機場和港口設(shè)計，排水設(shè)計，建筑景觀設(shè)計等；適用于多個國家的多種設(shè)計標準；具有完善的三維圖形顯示功能，對幾何形體的圖形顯示與表達具有充分的靈活性；地面數(shù)據(jù)采集手段齊全，用“串”表達的方法即完整又精確；運用人機交互進行線形設(shè)計，包括平面、縱面設(shè)計和幾何要素選擇；各種分析和計算具備多種方法。美國Intergraph公司的InRoads軟件。交通規(guī)劃和設(shè)計的全過程實現(xiàn)了自動化；美國的EaglePoint軟件：該軟件在道路規(guī)劃和設(shè)計子系統(tǒng)中的主要功能是地面模型建立、平面布局設(shè)計、道路要素計算及剖面設(shè)計等幾個主要模塊。適用于道路規(guī)劃和設(shè)計、測量工程、建筑景觀設(shè)計、地理信息系統(tǒng)和地圖測繪等。挪威的NovaCAD軟件：以交通地理信息系統(tǒng)TrafGIS為基礎(chǔ)的多模塊集成系統(tǒng)；它具備公路、鐵路、橋梁與結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整功能。適用于公路設(shè)計的子系統(tǒng)可以進行快速高效的設(shè)計工作，它包含有：線形幾何設(shè)計、交互式的縱斷面設(shè)計、道路用地平面設(shè)計、橫斷面設(shè)計和土石方計算、圖紙繪制、路面設(shè)計、交叉口平面和立面設(shè)計、工程量計算及設(shè)計文件形成等各種主要模塊。加拿大的GWN-ROAD軟件：專事研究開發(fā)運用于市政建設(shè)和土木工程場地設(shè)計的計算機軟件。（2）國內(nèi)道路CAD軟件EICAD：“集成交互式道路與立交設(shè)計系統(tǒng)”，簡稱“EICAD”。是李方軟件公司于2002年10月推向市場的第四代道路計算機輔助設(shè)計產(chǎn)品，是DICAD的升級換代產(chǎn)品。系統(tǒng)主要用于公路、城市道路的各階段設(shè)計，EICAD有路線版、綜合版兩個版本，適應(yīng)用戶的不同需求。綜合版中包含了用于互通立交設(shè)計的命令，包括：積木法、基本模式法、擴展模式法和其他輔助設(shè)計命令等。EICAD應(yīng)用獨創(chuàng)的路線設(shè)計理論一一“新的導(dǎo)線法”和立交匝道線形設(shè)計理論——“復(fù)合曲線模式法”，加上動態(tài)拖動和功能集成的特點，使得設(shè)計者能方便地設(shè)計出任何復(fù)雜的、完美的道路與互通式立體交叉平面線形，如單卵型、雙卵型、復(fù)曲線、虛交及全曲線等平面線形。BID-Road：BID-Road軟件是中交第二公路勘察設(shè)計院研制開發(fā)的公路路線與互通立交輔助設(shè)計系統(tǒng)。支持動態(tài)可視化公路路線及互通式立體交叉的平面、縱斷面、橫斷面的自動（或交互）設(shè)計，路基土石方的自動和交互調(diào)配，路線邊溝的交互式排水設(shè)計以及交互式的擋墻縱向設(shè)計，并可自動生成路線及互通式立體交叉設(shè)計中主要的設(shè)計圖表，建立路線和互通式立體交叉的三維立體模型；完成各種等級、各種路基形態(tài)的公路路線與互通式立體交叉的初步設(shè)計和施工圖設(shè)計。中交西安第一勘測設(shè)計研究院——緯地道路輔助設(shè)計系統(tǒng)HintCAD：HintCAD軟件具有路線、互通式立體交叉、隧道、擋土墻、土石方調(diào)配、虛擬仿真等設(shè)計模塊。同濟大學(xué)道路計算機輔助設(shè)計TJBD軟件系統(tǒng)東南大學(xué)道路CAD軟件（立體交叉設(shè)計）二、道路CAD系統(tǒng)的應(yīng)用與展望1、應(yīng)用通過使用DICAD軟件進行過相關(guān)的設(shè)計，下面主要對其在平面線形設(shè)計方面的應(yīng)用做一些闡述。（1）數(shù)字地形模型采集、生成地面模型地形數(shù)據(jù)采集是指選取構(gòu)造數(shù)模的數(shù)據(jù)點及量取其坐標值的過程，是建立數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)工作。離散型數(shù)字地形模型，簡稱散點數(shù)模。是由隨機分布的離散地形數(shù)據(jù)構(gòu)成，是公路設(shè)計中常用的形式之一?？赏ㄟ^內(nèi)插產(chǎn)生路線設(shè)計所需要的縱、橫斷面地面線資料。例如離散型三角點地面模型12-3三角網(wǎng)式數(shù)字地形模型（2）計算機輔助進行路線平縱橫設(shè)計在數(shù)字地形模型支持下，初定路線平面位置，進行數(shù)字地模的自動查詢，獲取平縱橫設(shè)計數(shù)據(jù)，由計算機完成整個路線設(shè)計工作。平面設(shè)計：路線方案確定以后，設(shè)計者根據(jù)實際地形條件在實地或紙上確定路線平面線形，將平面設(shè)計資料輸入計算機進行處理。輸入交點坐標，平曲線半徑，平曲線類型，緩和曲線長度等。使用Dicad時，平曲線和緩和曲線的設(shè)計可以根據(jù)地面線，相關(guān)的取值規(guī)范由軟件自己來調(diào)整，設(shè)計人員優(yōu)化確定?？v斷面設(shè)計：縱斷面設(shè)計線的確定（1）計算機自動產(chǎn)生道路的最優(yōu)縱斷面；（2）設(shè)計者進行手工拉坡。橫斷面設(shè)計：（1）設(shè)計者根據(jù)路線所經(jīng)地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣候等條件，歸納可能出現(xiàn)的橫斷面形式和處理方式，確定各段的標準設(shè)計橫斷面型式及構(gòu)造物布置型式。（2）計算機自動套用標準橫斷面逐樁進行橫斷面設(shè)計，并可根據(jù)需要顯示在屏幕上。設(shè)計者可在屏幕上修改不合理的設(shè)計斷面。（3）計算機自動提取已存入修改后的數(shù)據(jù)，計算土石方工程數(shù)量，并進行土石方調(diào)配。（4）輸出橫斷面設(shè)計圖和有關(guān)圖表。（3）路線漫游、生成動畫主要用于之后向業(yè)主，或者招標時的展示，更加生動形象。2、展望（1） 現(xiàn)有道路CAD系統(tǒng)存在的問題道路設(shè)計工作是一個從無到有的反復(fù)修正過程。設(shè)計人員根據(jù)所掌握的知識、經(jīng)驗、規(guī)范，通過分析、計算、判斷，多次修改，最后形成一項滿足預(yù)定功能要求的設(shè)計。計算機輔助設(shè)計（CAD）在提高設(shè)計質(zhì)量、加快設(shè)計進度、節(jié)省人力物力上起到不可估量的作用。現(xiàn)有道路CAD系統(tǒng)把需要經(jīng)驗或知識決策的設(shè)計問題留給用戶，因而設(shè)計質(zhì)量的好壞在一定程度上依賴于用戶的經(jīng)驗和知識水平，也就是說,CAD的支持層次較低。這是國內(nèi)外道路CAD系統(tǒng)普遍存在的問題。其次，現(xiàn)有道路CAD系統(tǒng)的各單項功能或單方面功能均是開發(fā)單位針對不同的目的、各自的設(shè)計要求、不同的軟硬件環(huán)境開發(fā)的，在系統(tǒng)的總體性、軟件的通用性、系統(tǒng)接口技術(shù)等方面缺乏良好的總體設(shè)計，雖然各單項（單方面）功能較強，有較大的實用價值，但整個系統(tǒng)功能單一，缺乏標準化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，集成化程度低。因此，現(xiàn)有的道路CAD系統(tǒng)很難有效地支持設(shè)計的全過程。（2） 發(fā)展趨勢道路CAD技術(shù)是CAD技術(shù)在道路設(shè)計領(lǐng)域的具體應(yīng)用，是伴隨著CAD技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。因此，道路CAD技術(shù)在軟件、系統(tǒng)方面發(fā)展的總趨勢也與當前國際上CAD技術(shù)發(fā)展趨勢一致，研究熱點也集中在可視化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面。因此道路CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：道路與橋梁的三維造型和動畫技術(shù)計算機局域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與應(yīng)用數(shù)據(jù)和信息采集新技術(shù)和GPS與GIS、遙感、攝影測量等技術(shù)的應(yīng)用道路工程庫和道路信息系統(tǒng)的建立工程項目管理系統(tǒng)和計算機在道路施工管理與營運等方面的應(yīng)用智能化設(shè)計技術(shù)研究三、DICAD軟件使用感受1、安裝問題起初安裝軟件時的確是花了一段時間的，尤其是安裝網(wǎng)絡(luò)版的時候。DPX這款軟件是基于CAD開發(fā)的，支持Windowsxp/Windows7及AutoCADR14/2000/2002/2004/2005/2006/2007/2008/2009/2010/2011/2012o我們大多數(shù)安裝的都是07版，08版的，可能是我們的電腦性能不夠好。而且xp系統(tǒng)可能比win732位的裝的可能方便一點。一開始說最好安裝在32位的系統(tǒng)上，但是我的64位系統(tǒng)后來不知不覺也安裝成功了，用起來也比較流暢。但是后面在生成收費的三維模型時，收費站總是會整體偏移一些，相關(guān)問題有人也向老師提問過，但是按照模板來，卻還是會有偏移，不知道會不會和系統(tǒng)有關(guān)系。2、 平面線形設(shè)計感受畫平面線形時的最大感受就是方便，尤其是在變線的處理方面。之前在上立交課的時候，老師也給我們展示了不使用軟件，而直接采用CAD的命令來進行線位和邊線的處理，比起軟件來說還是慢很多的。還有一個就是需要涉及的規(guī)范參數(shù)有在軟件中有設(shè)計好，我們只需要根據(jù)經(jīng)驗來進行填寫，選擇即可，或者直接拖動，確定最佳的線位設(shè)計，這個也是加快了我們設(shè)計的速度，省去很多繁雜的步驟。但是我有一個小問題，中間有一些參數(shù)好像我并沒有怎么過多的調(diào)整，比如A1/L1等，不知道會有多大的影響，可能我們的設(shè)計的路線比較簡單，看不出會有什么差別。還有一點就是關(guān)于變化精度的選擇，我沒有試過能到達多精確，不知道具體有沒有一個規(guī)定說要到一個什么程度。做動態(tài)變速車道時有時會到一個死角，就是線位只有一種可能，稍微動一點就沒有了。而且采用變速車道的畫法時，只能成功一個，其他地方總是會突然崩潰，可能還是系統(tǒng)的問題吧，最后采用都是直圓時的車道，畫出來的線形和邊線也很理想。所以總的來說，我覺得這個軟件給我最大的感受就是快捷方便，能夠省去很多重復(fù)繁瑣的步驟。3、 縱斷面拉坡設(shè)計大三的時候上立交課，劉老師也說過縱斷面自動拉坡是他的這個軟件一個比較出色的地方，十分的方便快速，而且我們也能夠自己進行調(diào)整。但是之前讀取資料還是會有一些問題，經(jīng)常有資料沒有讀全，格式不對，項目選擇不對的錯誤，這需要我們自己細心琢磨。讀取完縱橫斷面的資料后，拉坡就會很方便。一般匝道拉縱坡的時候的起點是匝道與主線的分合流點。但是在喇叭處的拉坡起終點處理比較特殊，這是我們需要注意的一個地方。其中我遇到的一個問題是，有一個匝道之前都沒有問題，但是一到拉坡的步驟，拉出來的是直線。最后重新畫了另外的匝道才把問題解決掉，但是印象中并沒有改動太多地方，這也是當初在立交設(shè)計的時候一個困惑的地方。4、橫斷面圖生成這一步驟沒有什么太多問題，只要讀取好地面的數(shù)據(jù)資料，選擇合適的邊坡類型，橫坡等，一般這一步驟很快就可以完成，也是出現(xiàn)問題比較少的一個步驟，只是為了能夠使橫斷面圖邊坡更好看一點，需要把線形移動到合適的位置，中間還是重復(fù)了很多遍，知道確定了最佳的一個位置。5、三維建模下面根據(jù)我在三維建模時候的一些問題及后來的處理解決方法，提一些三維建模的要點處理河