Civil3D軟件在肯尼亞基布韋濟(jì)到基圖伊公路項(xiàng)目設(shè)計中的應(yīng)用

屈曉飛

（中國電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300384）

本項(xiàng)目位于肯尼亞東部省，分為3個合同段，即LOT1合同段路線起于基布韋濟(jì)鎮(zhèn)附近的A109（內(nèi)羅畢—蒙巴薩公路）交界處，向北經(jīng)由伊庫薩、穆托莫、伊坎加（IIkanga）基圖伊、卡巴提、米格歪尼，總長約191.71 km，為國際A類主干道。LOT2合同段起于預(yù)建設(shè)的基圖伊旁道終點(diǎn)與B7交匯處，經(jīng)由馬查科斯至卡巴蒂市場，終點(diǎn)至坎達(dá)維亞，總長約166.72 km，為國際A類主干道。LOT3合同段起于姆溫吉鎮(zhèn)向北38公里的坎達(dá)維亞市場，向北經(jīng)過特瑟庫魯，至本項(xiàng)目終點(diǎn)至烏蘇埃尼鎮(zhèn)，總長約113.57 km。

已開工項(xiàng)目為LOT1標(biāo)段，項(xiàng)目設(shè)計路基寬度11 m，道路保留區(qū)寬度為60 m，局部保留區(qū)寬度減少至40 m，為國際A類主干道。本項(xiàng)目的主要目標(biāo)是改善肯尼亞人們的整體經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。該目標(biāo)可通過在蒙巴薩港和埃塞俄比亞南部之間提供更快、更安全、更經(jīng)濟(jì)的路線（就車輛運(yùn)行成本而言）而實(shí)現(xiàn)。

本設(shè)計根據(jù)肯尼亞高速公路局需求對境內(nèi)公路進(jìn)行施工設(shè)計，采用Civil3D軟件與GPS-RTK數(shù)據(jù)結(jié)合，對線路的走向、土方工程量進(jìn)行計算，提前對方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，減小了項(xiàng)目施工期的工作量和資金投入。

1 工程概況

本項(xiàng)目公路設(shè)計長度約為192 km，寬度為11 m，設(shè)計時速為100 km/h，公路典型橫斷面如圖1所示。

圖1 公路典型橫斷面

按照《肯尼亞道路設(shè)計手冊，要求平曲線曲線之間，直線的最小長度和直線的最大長度都應(yīng)符合《合同3》道路長度的設(shè)計范圍。

設(shè)計速度60 km/h，最小水平半徑為160 m；

設(shè)計速度80 km/h，最小水平半徑350 m；

設(shè)計速度100 km/h，最小水平半徑600 m。

按照《道路設(shè)計手冊》（豎曲線），對于不同的設(shè)計速度和地形類別，道路項(xiàng)目豎向定線設(shè)計使用的最大梯度如表1所示。

表1 道路項(xiàng)目豎向定線設(shè)計最大梯度

平坦地形類的道路路段的設(shè)計速度為100 km/h；起伏地形類的道路路段的設(shè)計速度主要為80 km/h；在市區(qū)/周圍地區(qū)的設(shè)計速度降至50 km/h。

2 Civil3D公路設(shè)計

Civil3D是國際通用的土木工程道路和土石方解決的軟件包，可加快設(shè)計理念的實(shí)現(xiàn)工程，通過本公路工程項(xiàng)目設(shè)計，總結(jié)應(yīng)用思路。

Civil3D思路如圖2所示。

圖2 Civil3D思路

2.1 地形數(shù)據(jù)獲取

本工程中的地形數(shù)據(jù)根據(jù)肯尼亞高速公路局提供控制點(diǎn)，經(jīng)檢查復(fù)核無誤后，采用GPS-RTK技術(shù)采集而成。

2.2 3D數(shù)字地形模型的建立與分析

三維數(shù)字地形模型是CIVIL3D設(shè)計的基礎(chǔ)，必須在三維數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)上建立相關(guān)的土木工程模型。用于創(chuàng)建3D數(shù)字地形模型的數(shù)據(jù)源包括高程數(shù)據(jù)，例如測量的文本點(diǎn)、3D輪廓、DEM文件和tiff文件。三維地形模型的創(chuàng)建可以直觀反映項(xiàng)目位置的地形，還可以直觀反映測量誤差點(diǎn)。

建立數(shù)字地形模型后，可以進(jìn)行相關(guān)分析，例如高程分析、坡度分析、方向分析、集水區(qū)分析等。分析圖例和高程數(shù)據(jù)參數(shù)具有相關(guān)性，可以實(shí)時更新。分析模型的建立有助于工程技術(shù)人員制定設(shè)計方案。

地形曲面如圖3所示。

圖3 地形曲面

2.3 路線圖和縱斷面設(shè)計

在Civil3D軟件中，提供了多種路線創(chuàng)建方法，包括通過現(xiàn)有CAD對象創(chuàng)建路線，通過CAD圖形元素擬合創(chuàng)建路線以及通過Civil3D獨(dú)特的路線布局工具創(chuàng)建路線。該項(xiàng)目使用路線布局工具創(chuàng)建路線。路線布局工具可實(shí)現(xiàn)公路設(shè)計中常用的異形路線的創(chuàng)建，例如S曲線的繪制、轉(zhuǎn)彎曲線和其他線型。

根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計習(xí)慣，將基于Civil3D軟件模板定制路線樣式和標(biāo)簽樣式，以確保平面路線、垂直截面和標(biāo)簽樣式符合繪圖習(xí)慣。

創(chuàng)建路線后，可以根據(jù)路線自動創(chuàng)建包含地線的垂直剖面圖；在輪廓視圖的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建所需的設(shè)計輪廓；與路線調(diào)整方法相同，可以通過兩種方式修改設(shè)計輪廓，即幾何圖形和布局全景圖；添加配置文件標(biāo)簽以及添加和修改路由標(biāo)簽的方法相同。

道路縱斷面如圖4所示。

圖4 道路縱斷面

2.4 路基標(biāo)準(zhǔn)截面設(shè)計

道路裝配如圖5所示。

圖5 道路裝配

路基的標(biāo)準(zhǔn)橫截面在Civil3D中稱為裝配，組裝由一系列零件組成，組件可以理解為具有參數(shù)和邏輯判斷功能的組件。組件由三部分組成，即點(diǎn)、連接和形狀，可以為點(diǎn)和連接設(shè)置相關(guān)參數(shù)，包括尺寸參數(shù)和邏輯關(guān)系判斷。

2.5 土方工程量計算

通過上述步驟計算材質(zhì)工具生成土方工程量表，獲得當(dāng)前設(shè)計方案所需要的工程量，按照同樣方式，可以對各段平面線路和豎曲線進(jìn)行調(diào)整，供項(xiàng)目建設(shè)時進(jìn)行比選，以便采用最經(jīng)濟(jì)合理的方式通過。

2.6 土方調(diào)配

通過道路設(shè)計的方案，可創(chuàng)建和編輯土方調(diào)配圖在縱斷面中顯示土方，比較縱向調(diào)土體積和外運(yùn)體積，平衡點(diǎn)是凈挖方體積與填方體積相等處的樁號。

土方調(diào)配如圖6所示。

圖6 土方調(diào)配

在土方調(diào)配圖中，平衡點(diǎn)位于凈體積為零的平衡線上，圖中顯示調(diào)土及外運(yùn)的體積，箭頭說明了縱向調(diào)土距離。

3 結(jié)語

通過Civil3D技術(shù)的應(yīng)用，減少了人工修改，避免了錯誤的修改和遺漏，提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，為項(xiàng)目管理決策提供了技術(shù)支持。設(shè)計階段的三維信息模型，在項(xiàng)目的生命周期中將設(shè)計階段的信息擴(kuò)展到建造、運(yùn)營以及維護(hù)階段。