计算机辅助设计方案及示例

第6章计算机辅助设计及示例

教学要点

技能要点

计算机辅助设计及示例；平面设计模块、纵断面设计模块、横断面设计模块、挡土墙设计模块、涵洞设计模块、土石方调配模块和图表输出模块；平交口设计、交通岛设计、平交口模型、路脊线、边线和平交口范围；喇叭型立交、主线、被交线、匝道、线位数据图、连接部图、总体布置图和纬地软件。

引例 计算机辅助设计在道路设计领域得到广泛应用，国内外有许多专业应用软件，

如CARD/1、MOSS 、纬地、EICAD 和DICAD 等软件。这些专业软件具有强大

的平纵横三维设计功能，使设计人员从繁杂的计算过程中解放出来，设计时间

短、快，所设计图表清晰，便于设计人员修改。同时由于计算机的快速发展，

高效、动态、实时的道路设计成为可能。6.1 计算机辅助设计

6.1.1计算机辅助设计发展状况

计算机辅助设计

上世纪世纪70年代我国开始进行路线优化技术研究，有关高等院校及科研设计单位先后编制了有关的路线优化程序。上世纪80年代，各单位开始开发研制路线辅助设计系统。随着计算机软硬件水平的提高，我国相继出现了许多高质量的道路设计软件，如纬地、鸿业、EICAD 和DICAD 等。这些软件目前在道路CAD 设计过程中得到应用，极大地促进我国道路设计事业的发展，产生巨大的经济和社会效益。6.1.2道路辅助设计系统的组成

计算机辅助设计

用计算机及外围设备帮助设计工程师

进行工程和产品的原始数据采

集、设计、绘图等工作。CAD 系

统由硬件和软件两部分组成。硬

件包括计算机<主机、显示器、硬

盘等）和外围设备<打印机、绘图

机、数字化仪和图形扫描仪

等），见图 6.1。 CAD 系统的软

件包括：操作系统<如WINDOWS 、OS / 2 、UNIX

等）、语言环境<如C 、FORTRAN 等）和支撑软件<如AutoCAD , Micro

Station 等）。目前道路CAD 系统的主机平台主要有小型机和PC 机两种，小型机工作站主要有HP , SUN , VAX 等。MOSS, INROADS 就是建立在小型机平台上的系统，国内多以PC 机作为工作平台。一个典型的PC 机系统的主要组成如图6.2所示。6.1.3道路设计对CAD 软件的要求

道路设计有以下特点：

1）原始资料复杂。道路设计的原始数据中包括数据和图形，且数据的随机性较大，如地形图、地质资料等。

2）设计对象的离散性。如：地形是一个离散的三维体，在设加宽的缓和曲线段上，道路边线是一条变化曲线，无法用独立的常规方程来描述，道路边坡则是一个不规则曲面．这就造成了软件建模复杂。 3）各部分设计有一定的次序，但也常有交叉。并且数据输入、输出贯穿于整个设计过程。因此对道路CAD 软件就提出如下要求：<1）功能性要求，道路CAD 软件应能完成设计任务，同时还要求满足数据和图形的输人、输出及编辑、修改。

<2）可靠性要求，道路设计往往涉及的参数繁多，操作随意性大，对系统的纠错和出错保护提出了很高的要求。

<3）可定制性要求，不同设计单位设计的习惯不同，要求设计软件可定制或修改，以适应不同设计单位使用。

<4）易使用性要求，软件的易使用性是相对的，同一个软件，对于不同的用户，感觉也不尽相同。因此在满足功能要求的前提下，操作方式和人机界面应设计得尽可能简洁、直观。同时强大的在线帮助系统也是必须的。<5）可维护性要求，软件维护是软件生命周期中的重要一环，同时也是减少和解决软件在使用过程中的问题，当规范及外部条件发生变化时，能及时进行维护更新。6.1.4道路 CAD 系统的基本功能

道路CAD 系统应具备以下功能：

1）纸上定线或实地测设的数据可通过键盘、数字化仪、航测或电子手簿等方式输入计算机的技术；

2）建立和使用数字地形模型

3）进行平、纵、横线形的人机交互设计与修改设计；

图6.1 CAD 系统硬件组成 图6.2 系统的组成

4）工程数量的计算和土石方动态调配；

5）平、纵、横断面设计图绘制；

6）各种成果表格文件输出；

7）涵洞的设计和绘制；

8）挡土墙的设计和绘制；

9）路线结构线透视图及全景透视图的绘制。

6.1.5道路 CAD 系统基本工作方式

道路CAD系统的各个模块按如下方式工作：

1.平面设计模块

平面设计过程中，设计工程师在大比例尺<1：2000以上）地形图上确定道路导线位置，其后采用人机对话方式逐个完成曲线设计，在设计过程中或设计完成以后，设计工程师可对原设计进行修改，模块还可提供所定的平面方案对应的纵、横断面的信息，并可输出纵、横断面地面线略图。对实地定线所得的平面设计方案，模块可提供平面移线设计功能，最后可绘制平面设计图。

2.纵断面设计模块

纵断面设计模块的基本工作方式为：将实测地形数据输入计算机或利用数模获得的纵断面数据，设计工程师可进行纵坡设计，以人机对话方式对设计方案进行检查、修改，直至满意，最后即可绘制纵断面设计图。计算机能显示与纵断面当前方案所对应的挖填高度等数据，供工程师检查修改作参考。同时可以结合平纵设计和自然水系等情况，确定桥梁和涵洞的位置。

3.横断面设计模块

横断面设计模块工作方式为：手工输入横断面数据或利用数模获得横断面数据，设计工程师根据各路段的具体情况定义各段的标准设计横断面，计算机根据标准横断面自动进行横断面设计。因此计算机自动设计完成后，工程师即在屏幕上对横断面逐个进行连续显示检查，当发现不合理的设计即暂停显示，进行修改，而后再接着连续显示检查，直到全部断面都满意为止。最后计算机计算土石方工程数量，绘制横断面设计图并输出有关数据成果。

4.土石方调配模块

在人工设计中通常采用逐桩调配，计算工作量大，调配的结果偶然性大，整体考虑不易做到合理。采用计算机调配土石方，可以动态观测土石方调配，利用在横断面设计输出的土石方数据，直接计算并输出Excel 或word 格式的土石方计算表，方便用户打印输出和进行调配、累加计算等工作。系统可在计算中自动扣除大、中桥，隧道以及路槽的土石方数量，并考虑到松方系数、土石比例及损耗率等影响因素。最后输出土石方数量与调配表。

5.涵洞设计模块

涵洞设计模块主要依靠部颁标准图进行设计，可完成板涵、拱涵、圆管涵中由不同进口形式组合而成的20余种涵洞的设计、绘图。基本工作方式为：输人设计所必须的参数，如：涵洞与路线交角、路线纵坡、超高与加宽值、涵洞的跨径、净高、涵底设计标高等基础数据，模块根据这些数据自动绘图，工程师在屏幕上对图幅稍加修改后，可绘制涵洞设计图，同时向打印机输出工程数量。

6.挡土墙设计模块

挡土墙设计模块通常具有较强的人机交互功能，设计工程师输入相应挡土墙设计基础尺寸和路线设计数据，通过显示典型横断面检查挡土墙高度是否合理，如不合理则可修改，高度、地质等基础数据确定后，计算机自动绘制图表，设计工程师可以对图形进行修改编辑，即可绘制挡土墙设计图，同时计算工程数量并输出。

7.设计表格输出模块

该模块的功能就是向打印机输出路基设计表、土石方计算表、直线及曲线一览表等多种设计表格，能直接复印装订成册。设计工程师只要输入表格名称及打印起迄点，计算机即自动打印。