計算機3D建模技術在公路橋梁互通立交等中的應用

朱文學

【摘 要】近年來，計算機及其相關技術的發展非常快，三維技術就是其中應用最廣的技術之一，在廣告、影視、游戲等領域已成為不可或缺的常用技術，而在建筑行業中的推廣也收到了很好的效果。隨著社會經濟的快速發展，城市建設的速度也不斷加快，為了滿足日益增長的城市生活、生產需要，公路、橋梁、互通立交等工程項目不僅在數量上大幅度增加，而且在規模上呈現出越來越大的趨勢，工程成本投入也隨之增加。因此，在投入建設前，采用3D技術進行工程項目建模，可以直觀地展示工程的建成效果，并對工程設計進行提前審查，找出設計中存在的問題，進行設計方案優化，對于節省工程成本、減少因設計不合理造成的經濟損失具有重要意義。文章就3D建模技術在公路橋梁互通立交等中的應用進行了分析，希望該技術能為相關工程的設計提供更大的幫助。

【關鍵詞】3D建模；計算機；公路橋梁；互通立交；技術應用

【中圖分類號】TP391 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0205-02

0 引言

3D技術是基于計算機和信息技術而形成的數字模型技術，原本主要用于動畫、廣告、影視、網絡游戲等領域，隨著該技術的逐漸成熟，更多行業開始引進和推廣。在建筑行業中，3D技術主要用于工程項目的設計建模，其作用是對設計方案進行立體、直觀地展現，并對方案進行優化，使工程項目的整體結構和外觀更為合理、實用、美觀。尤其是在設計結構復雜的工程項目中，如公路、橋梁、互通立交等，3D建模技術對于保證工程設計的合理性，避免設計錯誤造成的經濟效益和社會效益損失方面所起到的作用越來越突出。目前采用3D技術進行建模，主要的應用軟件為AUTOCAD、3DMAX、PHOTOSHOP等。本文就這3D建模技術在公路橋梁互通立交等工程項目中的意義、應用方法和流程進行簡要介紹。

1 3D建模技術對公路橋梁互通立交等的意義

城市建設與建筑行業的發展與社會經濟有密切關系，在我國社會經濟快速發展的帶動下，城市建設的步伐不斷加快，從而促進了建筑行業在工程項目的設計方面不斷進行革新，為科學解決城市人口增長、交通壓力變大的問題，對于公路橋梁互通立交項目的投入越來越多，旨在提升城市形象、拉動社會投資，形成強大的社會效益和經濟效益，最終實現城市發展的目的。與過去相比，公路橋梁互通立交項目已開始向多元性、功能性、美觀性轉變，其整體結構也隨之變得更為復雜，對工程設計和施工人員都提出了更高難度的要求。以往，由于技術條件所限，相關工程的設計及施工部署只能通過平面圖紙或手繪圖形進行，對于設計的合理性、施工的可預見性缺乏深入的分析。

首先，在設計方面時常會因為對互通立交項目的結構復雜化要求，增加設計的難度，相關設計如果無法滿足城市規劃的實際需求，最終會導致項目完工交付使用后出現各種問題。比如結構設計達不到荷載要求、無法實現改善城市交通擁堵現象、影響交通的正常秩序、施工技術難以達到設計標準的要求而造成工程項目的整體質量不達標等。

其次，在施工方面，由于設計標準的提升，對于施工工藝及現場施工的流程安排及推進的要求也提出了更高標準。而傳統的平面圖紙無法直觀展現設計思路和意圖，在具體操作過程中常會出現進度安排不合理、機械布置及堆場布置混亂、機械碰撞隱患等一系列問題，為施工的順利開展埋下隱患，造成對后期施工推進的一連串影響。

由于公路橋梁互通立交項目屬于市政建設性質，其社會效益和經濟效益的體現同等重要。一旦工程出現問題，不僅會使相關的建設成本投入蒙受巨大損失，還會形成較嚴重的社會影響。而這一類工程一般規模較大，一旦建成發現問題之后也難以拆除，會對城市交通網絡形成負面效應。

3D建模技術正好可以有效彌補公路橋梁互通立交項目設計建設過程中的這些缺陷，通過3維建模，將工程的設計及施工部署進行立體直觀地呈現出來，使工程設計、施工人員可以有效地進行可行性模擬分析、沖撞分析，并對現場施工單位、部門進行可視化交底，使其各方明確清晰設計意圖，為高效準確地完成工程發揮重要作用。

2 3D建模技術在立體交叉中樞紐形式工程中的應用

在城市交通工程項目中，互通立交的應用廣泛，并且因為工程所處區域的地理位置和設計需求，形成多種多樣的形式，如菱型、樞紐型、單喇叭型、雙喇叭型、苜蓿葉型等，下面就3D建模技術在此類型工程建模中的應用進行舉例說明。

公路橋梁互通立交建筑的結構，一般情況下都是由主線和匝道2個部分構成，這2個部分的道路、橋梁連接形式較為多樣，通過對不同形式的利用形成各個構造物的特點，針對這一類型建筑物的模型，可以分為三大類：連續帶狀實體模型，即路基、護欄、連續路面標線、人行道、路面結構、橋梁上部結構等結構的模型；離散構筑物實體模型，即路燈、橋墩、欄桿、交通標志牌等結構的模型；面模型，即立交建筑所在地的地面模型。這三大類結構的模型均可采用3DMAX的不同技術完成，如連續帶狀實體模型可以用放樣造型實體完成，離散構筑物實體模型可以用各種基本實體造型編輯生成，針對面模型的制作，3DMAX中也有專門的面模型進行生成。

（1）連續帶狀實體模型。連續帶狀實體模型是立交三維實體模型中的主體結構，它體現的是立交建筑的主要框架，建模過程主要通過3個步驟完成。？譹？訛模型放樣路徑生成。首先，依據材質、結構的區別，將主線和各匝道進行分段，相同的材質、結構可劃分為一段，再對這些分段路徑進行編號，以便識別。這一部分工作對于立交建筑3D建模的整體定位和快捷性有重要作用。其次，求各路徑的三維曲線，將建筑設計方案中對主線與匝道的初步拉坡定線設計生成的平面線位數據、縱斷面設計數據，引入模型中，求出設計線的逐樁坐標和逐樁高程，利用LISP程序讀出坐標高程，自動生成空間曲線，再對這些空間曲線進行保存，即可完成。？譺？訛模型放樣截面生成。利用AUTOCAD繪制不同路徑的截面，操作要點是需要以與放樣路徑相同的尺寸單位進行編制，如果路徑截面沿該分段沒有變化，則只需繪制一個截面，若路徑截面發生變化，則需對變化路徑進行橫截面生成。將這些橫截面文件導入3DMAX，即可生成截面模型SHARP。？譻？訛實體模型生成。由于三維放樣路徑是以實際的設計坐標和高程在軟件中生成，且放樣截面也是以實際尺寸進行繪制，因此生成的三維放樣實體是以實際定位生成，這有效避免了立交建筑中各種線的復雜組成而導致的定位困難問題，正因為3D技術的這一特點，使得長期困擾立交建模的定位問題得以解決。

（2）離散構筑物實體模型。在立交建筑設計中，離散構筑物所起到的作用是使立交建筑的功能得以有效實現和完善。這些離散構筑物有些是呈規律性分布的，如欄桿、路燈等，有些則沒有固定的位置，如交通標志牌、高桿燈等。采用3DMAX對這些構筑物進行模型處理，可得到更精確的模型效果。利用維放變形、扭曲變形、傾斜變形、倒角變形及布爾運算，生成三維實體，再根據離散實體與放樣路徑之間的關系，進行復制、移動、定位，即可將這些離散實體以準確的定位放置在模型中。

（3）面模型。面模型主要用于直觀反應立交建筑的地面與現狀地形的結合情況，因此應在地形圖上劃分坐標網格，利用AUTOCAD軟件編制LISP程序，以讀取地面坐標和高程靈敏數據，這樣即可生成符合實際地形標高的面模型。再對建筑面的不同材質進行渲染，即可生成立交的三維效果、形式、平面與立面的組合關系，全面地反映立交建筑的交通組織方式。再以燈光效果進行處理，即可得到立交建筑的照明設計效果。

3 后期處理

完成渲染輸出后，3DMAX在建模中的使命完成，接下來需要采用PS技術進行后期處理。在生成立交三維模型的過程中，有一些不太完美的地方，均可由后期處理進行完善。先用數碼相機將建筑周邊的環境拍攝下來，再對圖片進行包括亮度、對比度、色階等基礎參數的調整，之后通過建立各個圖層完成布景布置，最后進行合成即可。也可結合實際需要，對攝像機的高度、角度、位置等進行調整，以達到最佳的視覺效果。還可以在模型中加入景觀、綠化設計等。

4 結語

本文對公路橋梁互通立交應用3D建模技術采用包括CAD、3DMAX、VRay、PS等在內的多種制圖專業軟件進行工程設計模型建立的方法和流程進行了闡述，對計算機建模的常用思路進行了分析，為公路橋梁互通立交項目建模的模型及動畫效果的展現提供了一些支持。作為一種新興的技術，3D建模技術在建筑行業尤其是公路橋梁互通立交工程項目中的應用前景非常廣闊，還可由此擴展，實現工程項目景觀、路面、路基、施工過程動畫等多方面的演示。因此，需要不斷深入對該技術的應用研發，進一步實現建筑行業的品質提升。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]