AUTODESK Civil 3D軟件中道路設計和建模功能的特性應用

趙 威

中交一公局集團有限公司海外事業部

1 引言

BIM軟件Civil3D是Autodesk公司為土木行業提供的三維設計方案解決軟件，適用于多個不同土木領域。Civil3D 功能非常強大，基于曲面這個功能能形成三維數字地形模型。從而可直觀、快速、準確地計算土方量、繪制縱橫斷面圖、查看三維模型等功能。同時Civil3D軟件還有二次接口開發可接入其他軟件，并具有強大的項目管理功能，為土木建設工程提供了完整的解決方案。

2 曲面

曲面是這個軟件最基礎的部分，在以往進行路線設計的時候，我們幾乎沒有聽說過“曲面”這個詞，當然，在了解這款軟件之后也才發現，它一般表示原始三維地形圖，相當于DTM 的功能。其實曲面這個詞在CAD 三維空間里有這個定義，它需要我們人為的用點或者面去定義，表示某區域的三維幾何形態，然后才能用于計算面積、體積等參數。在CIVIL3D里面，曲面則表示一個三維區域模型，不過這個曲面是動態的，即曲面在被更改后，他會自動更新重新構建，而且曲面在曲面特性中可以自行篩選特定的點來構建曲面。

但是CIVIL 3D 作為一款比較強大的軟件，它既然可以定義曲面，那么它所能表示的可不止地形，它可以把任意點集合組成曲面，還可以根據道路元素定義曲面。比如說，在某地形位置有A、B兩條道路交叉，那么在設計A路線的時候，參考曲面為地形曲面，即通過對A路線“戴帽子”與地形曲面相交，生成三維道路模型；然后在設計B路線的時候，參考曲面為地形曲面和A曲面，將A 道路定義成一個新的曲面，即從基本道路模型中提取的數據創建的曲面，以此來與B路線相交。同樣的道路，當一個道路模型生成后，如果對某個樁號區間內的邊坡進行植草或漿砌護坡，而需要計算面積的話，則可以定義這段樁號區間內的邊坡為曲面，然后計算該曲面面積等。這樣就體現出一個很大的優點就是：在一個CAD圖形文件里面可以定義多個對象（項目），也就是說可以創建多個曲面、多個道路等。

如下圖所示為meyo互通地形曲面，它是先由軟件導入測量采集的地形點，構網后由若干平三角形組成，通過曲面“定義”功能篩選平三角形最大長度可以過濾掉一些不合適的三角網，下圖中三個空白區域內沒有地形典故不參與曲面構網。

由于該軟件的標簽和樣式功能強大，所以我們還可以對不同的曲面采用不同的樣式加以區分，比如下圖中同樣一個曲面，分別采用坡面方向、高程、等高線來表示曲面，具有不同的表達效果，非常直觀。

如果項目地形曲面過大，對于電腦來說運行起來非常卡頓，而該軟件設置了“遮罩”這種功能，它可以將選定區域以內或以外部分的地形暫時隱藏起來，節省計算時間以提高電腦運行速度。比如說我們建立了一個全部的地形曲面，但現在想在其中一小部分進行道路或場地設計故可以用多段線將我們需要的部分包圍起來，然后使用“遮罩”功能將多段線以外的部分隱藏，它還是真是存在的，只不過是為了提高電腦運行速度沒有讓它顯示而已。

該軟件還可以對曲面范圍內進行流域分析，其原理是任何一個曲面都是由無數三角網所構成，根據每個三角網的平面方向，以判定水的流向和匯集區域，然后系統自動根據高程變化方向勾勒出跌水線，并根據樣式形式將其顯示出來。

事實上，該軟件在曲面樣式中可以隨意設置需要顯示的信息，如格柵、地形點、三角網等，在需要的時候打開顯示，不需要的時候關閉隱藏即可。另外由于該軟件的標簽功能，還可以以自己喜歡的樣式在曲面上標示出任意某點的坡率、標高等信息，而且是動態更新的，只要你手動拖動至任意位置，將自動更新到新位置的數據。

圖1 Meyo互通地形曲面

3 路線

路線平面設計同樣采取交點法、積木法，但該軟件的路線設計比較人性化，由于CIVIL 3D是個面向于對象的軟件，所以在圖中畫出來是什么樣子路線就是什么樣子，你可以自己在軟件中一段一段的自定義路線，也可以利用已經定義好的多段線，將其直接定義為路線。它的圖形形式和數據是完全匹配的，他與以往路線軟件的最大區別是：一個以圖形為對象，一個以數據為對象。

在拉線過程中，按照正常方法一步一步拉線，修改時可以通過選擇圖元精確修改文件參數做到修改的目的，也可以直接在圖形上拉取和修改，比如鼠標拖動交點、半徑或者曲線中點的位置，樁號實時更新，都是非常直觀的。

在“幾何圖形編輯器”中，通過路線柵格視圖，可以打開一個路線圖元表，在此處將圖元解除鎖定后，可以任意讀取和修改幾何參數，比如坐標、緩和曲線參數等，也可以將這些數據導出。

平面線性設計除了根據路線創建窗口自己拉線外，它還有一個非常好用的功能，就是可以直接選取圖元作為路線對象，也就是說可以直接從CAD 圖形文件中讀取這一系列圖元，軟件直接將此圖元轉換成設計路線。

另外，該軟件有個“快速縱斷面功能”，就是在平曲線設計的時候，可以實時觀測到該路線的地形起伏情況，并且隨平曲線的移動而更新，同時還可以對平曲線進行偏移，同步觀測偏移位置的地形起伏情況。

豎曲線的設計同樣也是基本采用交點法，也可以像平曲線那樣隨時拉動，其過程比較簡單，跟平曲線設計一樣也可以為每個點設置標高標簽、坡度標簽等，如下是給同一豎曲線設置的不同樣式，可以給定不同的顏色、線條形式、交點顯示等。

如發現豎曲線參數不滿足規范的指標，可以直接在“縱斷面圖元”里進行輸入修改。如變坡點高程、變坡點樁號、豎曲線半徑、坡度、坡長等。也可以直接對縱斷面進行拖拽操作。數據會及時更新在全景窗口中，同時，縱斷面標簽也會同步更新。

4 裝配

橫斷面設計在CIVIL3D 中叫作“裝配”，裝配中的每個子圖元叫作“部件”，由每個部件一點點疊加組合形成一個裝配。這個功能屬于該軟件的核心功能，實際上就是根據寬度來確定超車道、行車道、路肩、分隔帶等在道路橫向上的標準布局。也就是常說的標準橫斷面設計。道路的實際橫斷面往往是通過道路平面和施工橫斷面來反映。

CIVIL 3D 的標準橫斷面設計比較復雜，它只能通過給每個斷面部件編制代碼并建立聯系關系，部件是構成道路裝配的基本單元。而部件則是由點、連接和造型三種幾何單元組成。我們可以為每一個幾何單元（點、連接、造型）指定不同的名字以示區別，這個名字就稱作為代碼。每一個幾何單元（點、連接、造型）的代碼可以有多個，但是這些代碼不可以重復。

裝配完成后，基本可以開始道路建模了，在建模的過程中，具有相同代碼的幾何單元被連接成為連續的構造。而沒有代碼的幾何單元則不會被連接。橫斷面寬度可以從感官上直接感受出來，但是邊坡坡率在裝配中是固定的角度，需要在特性中更改坡率。

如圖2所示，通過創建道路生成的道路模型又路面和邊坡，可以看到只有兩種元素，分別是線和點，他們分別表示“點”和“連接”，圖2中的道路就是由這些若干元素構成的。

圖2 “裝配”組成的道路模型

一般先完成中心線右側的部件，右擊選擇“鏡像”—單擊裝配中心線，這樣就完成了整幅路的標準裝配，因為絕大多數情況下標準橫斷面是左右對稱的，而且這樣可以省去重復的工作，不過在特殊情況如左右不對成的時候，還是需要人為修改。

5 道路

在路線、縱斷面、裝配都完成后，基本可以開始道路計算了，值得注意的是，在計算前設定好各類參數，而且務必需要將目標曲面放入，然后才能出道路曲面。

同樣的，在生成道路模型后，如果地形曲面、平縱橫等任何一個對象發生了變化，軟件還是會提醒你是否重新生成道路，并且會自動在道路名稱的前面增加一個三角形符號，告訴你現在的道路是已經過期的，這是非常方便的。

圖3 道路曲面創建完成

圖4 道路模型

6 結語

最后，這只是整個項目道路的其中一部分，所以考慮到計算機的運行速度，在做道路設計時可以在同一個DWG 文件里面，把道路分成若干段分別設計，通過調整樣式把其余的隱藏掉就行。

CIVIL 3D軟件是一款很強大的軟件，它與其他軟件相比，具有非常直觀的優點。目前它在土木行業所應用的只是很小的一部分，其實它在綜合模型、項目管理、工程量計算等方面還有廣泛地應用前景。相信這款軟件會憑借其強大的功能和人性化的體驗，在將來的土木行業會有更廣闊的應用空間。