路桥施工测量教材

图形驱动式路桥施工测量计算第3章……（本章大约字数）3.1 路桥施工测量计算的现状与发展随着我国铁路、公路等路桥工程建设事业的飞速发展，各种先进测量仪器设备及现代测绘方法被广泛采用并得到普及，现场对路桥测量技术提出了更高的要求，路桥施工测量工作进入了崭新的IT（Information Techonology）测量时代；能够正确使用现代先进测量仪器设备并借助计算机软件实现现场路桥工程测量计算与信息化管理是现代路桥施工测量技术的重要内容，也是现代路桥施工技术人员需要具备的基本职业技能。

IT测量技术的关键在于相关测量软件的研究与应用。

近几年来，国内出现了许多路桥工程测量放样的计算机软件，为IT测量技术的应用和推广作出了贡献。

然而，目前国内线路施工测量放样计算软件主要采用的是数据驱动计算的软件实现模式，其主要特点是通过数据描述来驱动计算过程，用户操作和交互的主要是数据而不是图形，图形主要是用来实现计算结果的可视化显示。

该模式的主要缺陷在于：(1)难以充分反映现实路桥工程的工程特征、结构特征，计算效率容易受到限制；(2)难以表达一些不便描述、主要是依赖形象思维实现的计算过程和计算意图；(3)工程计算过程的管理机制单调，不利于计算过程的动态管理；(4)不利于各项测量计算功能的集成及计算过程的协同合作。

与数据驱动模式相对应的是图形驱动模式，其基本特点是直接通过创建、操纵有工程属性和专业功能的功能图形对象来实现路桥施工测量数据的提取或处理。

与数据驱动模式相比，图形驱动模式更加符合工程习惯和人脑的形象思维习惯，可以充分描述路桥三维模型的计算特征，是现代路桥施工测量计算模式的一个重要发展方向。

图形驱动模式需要有合适的图形环境，现场通常借助AutoCAD软件进行作图计算，但由于AutoCAD为通用几何图形系统，没有内涵专业关系，因此计算效率较低而且容易出错。

3.2路桥施工计算专家RBCCE简介路桥施工计算专家RBCCE(Road Bridge Construction Calculation Expert)为石家庄铁道大学研发的一款面向路桥施工计算领域的高性能、集成化软件，涵盖了铁路、公路、地铁、隧道、桥涵等线路及其结构物的平面及三维施工测量计算、线路改线、导线与水准平差计算、路基土方自动计量及隧道断面分析等众多领域，各计算功能得到了良好的考证，系统运行稳定可靠。

RBCCE采用了先进的面向功能图形对象建模理论和实现环境，将路桥专业知识、工程习惯、结构特征、工程关系、路桥三维模型转化为人们熟悉的功能图形对象，通过便捷动态的作图过程即可完成路桥施工测量计算，极大简化了路桥施工测量计算过程和实现难度，为路桥施工测量提供了一种新的能够充分挖掘路桥施工测量计算特征的图形驱动式计算方法，表现出良好的易用性及广泛的应用价值，可以适合于广大路桥施工技术人员使用。

有关该软件的学习版可在网站上下载。

图14-38为RBCCE图形界面，有标准的Windows界面，包括菜单条、按钮命令区、图形窗口、页面管理区、状态条等。

系统采用多页面管理机制，用户可以打开数量不限的图形页面，而在每个页面则可以用来完成不同计算任务。

图14-38RBCCE图形界面3.2.1 功能图形对象RBCCE本质上是交互式图形系统，用户通过创建和操作图形对象来实现专业功能的实现。

但RBCCE中图形对象与人们熟悉的AutoCAD 中图形对象无论是在属性行为特征还是在创建方法方法均存在明显差异。

在AutoCAD中，所操纵的图形对象主要是直线、圆、圆弧、矩形、尺寸、文本等基本图形对象，及由它们编辑并合并而成的“图块”对象，这些图形对象本质上属于几何图形对象，它们仅具有几何属性，如打开直线属性对话框，可以查询到该直线的坐标、长度、颜色等几何信息；对几何对象的操作也主要是相关的几何操作，如图形对象选择、删除、分解、合并、移动、拷贝、旋转、镜象、阵列、线段打断、线段修剪与延长等。

利用AutoCAD系的绘图功能，人们可以创建和编辑出任意复杂精细的、满足工程要求的工程图形，但这些工程图形是这些基本几何图形对象的松散集合体，它们缺乏与之相关的工程信息、工程关系和工程习惯等工程特征，同时也没有专业计算功能，不能够帮助用户完成与图形对象相关的专业计算，因而其处理工程问题的效率比较低，而且容易出错。

RBCCE的图形对象是功能图形对象，它是一种由直线、圆、圆弧等图形元素构成的图形整体，除了具有几何属性外，还具有工程属性和专业功能，具有规范的操作方法，功能图形对象间虽彼此独立，但又能够彼此协同合作，共同完成专业任务，表现出一种智能化的能够反映专业问题求解本质特征的一种“活”的图形对象。

协同合作关系是指，当个体功能图形对象的创建或专业功能的实现需要若干其它功能图形对象的共同参与时，则认为这些功能图形对象间存在协同合作关系。

这种协同合作关系通常为用户所熟悉，而且能够被用户所选择和控制，并通过操作才能实现，共同实现某种应用目标。

借助功能图形对象间的协同合作关系，功能图形对象间信息得以互补或相互交流，并可共同高效率地实现各种复杂的工程问题。

3.2.2 RBCCE提供的功能图形对象RBCCE所提供的功能图形对象类型主要包括：●线路交点转折线对象：●线路中线对象：●桩线对象；●指示线对象；●平曲线转折线对象；●纵断面对象；●典型及一般路基横断面对象;●隧道断面对象;●控制点对象;●表格对象。

●桥涵结构物平面对象。

上述功能图形对象抽象于路桥施工图，内涵丰富的路桥三维专业知识及工程关系，容易被为人们所理解和掌握，彼此独立又协同合作，通过便捷的创建、操作和推演这些功能图形来完成各种复杂多样的路桥平面或三维施工测量计算。

图14-39显示了RBCCE系统创建的若干功能图形对象。

图中，①为线路交点转折线对象，打开其对话框，输入线路交点坐标和相关曲线要素，可以创建出线路中线对象②，打开其对话框可以计算出线路中线上的各种中边桩坐标；利用桩线绘制按钮命令，可以绘制出作用于线路中线上具有任意桩号的桩线对象③；而利用桩线对象，可自动创建出等间距的连续桩线，并可以创建出所需要的中边桩坐标表④，还可以在其对话框的“墩台布置”页面输入墩台尺寸、桩号、墩台偏心和转角等参数，创建出考虑偏心和偏角的墩台布置对象⑤等。

墩台布置对象创建后，可以通过绘制指示线⑥，来标注承台布置对象中各个桥桩的中心坐标；要计算某直线与线路中线的交点坐标与桩号，可以通过绘制指示线dLine，其起点捕捉在线路中线与直线交点上，另外一点指向一随机点，则系统可以自动将其转换为作用于交点处的桩线对象，从桩线对象可以得知交点的桩号和坐标，dLine绘制完后将自动消失。

当线路中线绘制完成后，可以在图形系统中的任何位置绘制路基横断面⑦，而打开路基横断面的属性对话框，可以完成输入路基横断面的设计线和原始地面线和施工地面线数据，进行路基横断面的自动带帽计算，实现路基土方自动计量，以及路基横断面上任意点的三维坐标自动计算等专业功能。

也可以通过指示线对象自动计算路基横断面坡口点的三维坐标计算等。

图14-39中，只要绘制指示线对象⑧，其起点捕捉在路基横断面的坡口点，利用其对话框，即可实现路基坡口点三维坐标⑨的自动计算。

图14-39功能图形对象示例3.2.3 RBCCE系统特点（1）图形驱动：通过便捷、形象直观的交互作图过程实现路桥施工测量计算，所操纵的图形为具有工程属性和专业功能的“活”的功能图形对象。

（2）功能丰富：既可以集成传统数据驱动模式所能够提供的专业功能，又可以提供丰富多样的只有在图形环境下才能实现的专业功能和实现方法，所有功能开发来源于现场一线实际工程问题，易于各个步骤计算结果的检查与查询，计算功能力求完备规范。

（3）高性能：能够充分利用图形输入和操作功能，计算过程与操作过程简单、高效，在桥涵结构物平面放样计算及线路三维内外业一体化计算上表现尤为明显，数据输入及转抄少，计算过程符合工程思维习惯；（4）动态性：采用多图形页面管理机制，一个工程项目可以完成任意多个计算任务，表现出很强的计算过程灵活性，可以实现线路施工测量计算全过程的动态管理。

（5）无缝连接：RBCCE图表丰富多样，能够与AutoCAD、EXCELL、WORD等国际通用品牌软件之间实现无缝连接，充分利用国际通用软件强大的编辑打印功能，便捷实现精美图表打印。

3.2.4 RBCCE的主要功能RBCCE系统的线路施工计算功能主要包括以下几个方面：（1）平曲线的计算：通过给定平曲线的线型控制参数计算平曲线要素及创建平曲线中线，平曲线类型主要包括对称型和非对称型单交点平曲线、双交点虚交平曲线、双交点复曲线、卵型曲线、S(C)型曲线、凸曲线、回头曲线等。

（2）线路平面中线的创建：提供多种线路中线创建方法，主要包括交点坐标法、长度转向角法、积木法、强制转化等，可以适应各类线路平面资料的线路中线的创建。

（3）线路平面放样数据计算：主要包括线路中边桩坐标计算，支持坐标法、极坐标法、切线支距法、弦线支距法、偏角法等线路施工放样方法；（4）任意桥涵结构物特征点坐标计算：提供任意几何形状的桥涵结构物特征点坐标的批量计算，并可通过桥涵结构物计算机模拟放样来检验桥涵结构物坐标计算的正确性；（5）线路三维测量计算：提供任意路基横断面三维计算功能，可以实现路面、边坡、桥梁垫石等任意点三维坐标计算与检查，便捷实现路基路面施工测点坐标的自动批量检查，可考虑路基超高、加宽、断链等因素的影响；（6）路基横断面自动带帽与土方自动计量：能够对规则或非规则路横断面的地面三维坐标进行自动带帽计算，自动生成横断面地面线；可以考虑挡墙、护面坡及排水沟的影响，自动形成路基横断面及中间计量横断面，并自动完成路基土方自动计量，实现路基施工测量、放样及土方计量一体化；（7）隧道断面分析与三维坐标计算：提供隧道断面分析功能，便捷实现隧道断面的三维点坐标、超欠挖、炮眼放样、开挖轮廓线任意动态修改、隧道断面上任意点三维坐标计算等隧道断面分析数据的计算。

（8）平差计算：支持附合导线、闭合导线、支导线等导线类型的近似与严密平差计算，以及各等级水准路线平差计算，计算结果以图表形式表达；（9）其它：提供各种线路改线、坐标反算、水平角计算、直线与线路中线交点坐标计算、铁路双线间距计算、线元要素查询、与AutoCAD、EXCELL系统进行数据交换等功能。

另外，RBCCE还可以通过对一些功能图形对象的灵活组合应用来实现灵活多样的测量计算问题，通过这种方式来灵活扩展系统的测量计算功能，以适应现场复杂多样的现场测量计算需求。

3.3桥涵结构物坐标特征点坐标计算简介桥涵结构物特征点坐标计算是路桥施工测量计算的重要内容，一项工程通常需要完成成千上万个桥涵结构特征点坐标计算。