塞爾維亞GCM軟件在道路工程設計中的應用

王宗鵬

中交公路規劃設計院有限公司，北京 100088

隨著中塞兩國在交通基礎設施領域合作的不斷加強，中國企業逐漸參與塞爾維亞工程設計中，熟悉及掌握當地常用設計軟件，能夠更好地適應當地設計習慣及出圖標準，從而為融入當地設計市場創造有利條件。GCM（Gavran Civil Modeller）是一款塞爾維亞本地的基于Autodesk CAD平臺的道路設計軟件，經過多次升級優化，當前在巴爾干地區的應用已十分廣泛。該軟件依托數字地面模型、平面設計、縱斷面設計、橫斷面、放坡等功能模塊，對三維點、線、面進行創建與編輯，構建由多個三維面組合形成的三維道路模型，并實現出圖及工程量計算。GCM相較于國內主流道路設計軟件，組成道路模型的基本單元為三維面，可實現針對三維面的創建與編輯，特別是在復雜空間構型建模上具有優勢，在一定程度上能夠實現精細化建模。同時，該軟件能夠滿足當地道路出圖要求，例如GCM橫斷面出圖采用了“刀”的概念，能夠實現多個模型在同一斷面的聯合顯示。文章將結合GCM的主要功能模塊，介紹GCM軟件的主要功能特點及使用方法，突出其在道路設計中的應用優勢。

1 數字地面模型

GCM通過三維點構建三維面，由多個三維面組合形成地面模型。三維點作為最基本要素，可由三維多段線或點文件導入。地面模型通過（.srf）文件進行存儲、編輯及調用。地面模型中，需對不同的地物三維面采用不同的圖層進行區分，以便于在后期的設計中實現分圖層編輯。地面模型構建完成后，可對其進行簡單的分析與處理，比如生成等高線、分析水文特性等。GCM中的數字地面模型如圖1所示。

圖1 GCM中的數字地面模型

2 平縱面設計

平面設計模塊集合了平面布線、路線存儲、標注、查詢功能，路線平面通過（.hcl）文件進行存儲、調用。縱斷面設計模塊集合了切割地面線、豎曲線設計、縱斷面圖生成、標注、查詢等功能。GCM軟件平、縱面設計模塊與一般道路設計軟件類似，使用方法較為簡單。

3 橫斷面設計

橫斷面設計是GCM區別于其他軟件的重要功能模塊，能夠充分體現GCM軟件使用特點。首先設定標準路基斷面及完成超高設計，生成路面模型，然后在路面模型基礎上添加邊坡或者支擋結構，道路模型完成后即可橫斷面出圖。

3.1 設定標準路基

軟件含標準路基斷面及超高設置模塊，可在指定樁號處設置路寬及路面橫坡。在歐洲地區高等級道路中，對于路面水多采用封閉式管道排水系統，需收集、處理路表水。GCM據此開發了CSC設計模塊，通過編寫和應用CSC文件，使得軟件能夠根據硬路肩邊緣不同的工況如填挖和高低位置關系，分別添加不同的土路肩形式，例如當橫坡朝向外側時，其土路肩需設置排水緣石收集路面水；而橫坡朝向內側時，外側土路肩則采用正常形式。CSC設計模塊是GCM軟件區別國內軟件的重要內容之一，此處對CSC文件的應用限于道路模型“表皮”的構建，在后續逐樁橫斷面圖繪制過程中會詳細介紹該功能的重要作用。

3.2 路面建模

在平、縱及標準路基設計完成后，即可利用3D model模塊生成含有路面及路肩的三維路面模型。該路面模型由獨立的三維面構成，與上文所述的由三維面組合而成的地面模型本質上是一致的。當前，國內外主流道路設計軟件已經將道路模型進行了整合，對組成道路模型的三維實體進行了集成，道路模型本身關聯平、縱、路基模板、超高等設計信息，更新較為便捷。由于GCM中的道路模型呈現“散裝”的狀態，組成道路模型的三維面與平、縱、橫的設計信息沒有關聯，其優勢在于增加了設計的靈活度，設計者得以在最基本的三維面層次上實現對模型的編輯，缺點在于無法在設計調整后快速更新模型。GCM中的路面模型如圖2所示。

圖2 GCM中的路面模型

3.3 放坡設計

GCM軟件含有豐富的三維點空間位置關系編輯命令，比如兩個三維點之間線性內插、三維點移動至指定三維面上等。多個三維點之間串接即形成了三維點串，三維點串可進行合并、拆分、生成3D線等操作。軟件放坡設計的核心是以三維點串為放坡線，通過制定放坡規則及目標地面模型，進行放坡設計。對于常規的道路邊坡設計，可以生成沿路肩邊緣的三維點串。針對復雜空間構型段落，例如隧道洞口段，則可以通過生成輔助三維點生成放坡邊線，構建邊坡模型。靈活使用GCM軟件放坡功能，可以實現諸多軟件難以構建的三維模型，在具有良好展示效果的同時，還可以實現精細化設計。GCM創建的隧道洞口模型如圖3所示。

圖3 GCM創建的隧道洞口模型

3.4 擋墻建模

擋墻建模是通過編制相應模板實現的，該模板由多條直線組合而成，其編制自由度較高。編制模板首先需要定義基點即導入點的位置，然后對組成模板的每條直線進行編號，為了實現高程控制，需對每條直線的端點進行編號。模板編制完成后，即可沿指定路線的指定位置進行模板定義，軟件可實現自動放樣融合，進而實現變截面設計。例如塞爾維亞地區常用的樁板墻，則可通過對直線節點進行高程定義，即將指定的節點關聯特定豎曲線，從而實現變墻高。

3.5 橫斷面出圖

GCM橫斷面出圖采用了“刀”的概念，類似于Civil 3D中的采樣線，即在路線切線的垂直方向假設存在一條“刀”，去切割CAD模型空間的三維實體，切割完成后保存數據并據此繪制橫斷面。通過該功能，能夠實現不同道路模型、不同三維實體之間的聯合顯示，比如分離式路基的橫斷面顯示就變得十分簡單。

切割完成后即得到了道路“表皮”的橫斷面圖，按照當地習慣，逐樁橫斷面圖還需逐層顯示道路結構層，且墊層需體現最小橫坡限值。目前，國內主流設計軟件均難以實現上述橫斷面出圖標準，Civil 3D利用部件編輯器可以編制具備一定判斷功能的路基裝配模板，并可定制本地化出圖樣式。

CSC設計模塊的開發是為了實現橫斷面圖中復雜路面結構層的自動化繪制。CSC文件根據有無中分帶分為兩種形式，分別為T型無中分帶、M型有中分帶。T型CSC含有四種工況，分別為填方高側、填方低側、挖方高側、挖方低側，M型CSC有六種工況，較T型增加中分帶低側、中分帶高側。每種工況的基本繪圖單元都是點與線，通過命令代碼的形式定義點、線的位置參數、圖層參數及相互之間的位置關系，涉及路面橫坡和寬度的信息可以進行參數化定義，對于固定的參數可以直接定義為常數。例如在定義路面結構各層橫向分界線時，分界線的橫坡和寬度需要調取路面橫坡和寬度，從而決定結構層厚度的豎向參數可以采用常數的形式直接定義。最終，表示各種工況斷面的代碼共同拼裝，同時定義地面線所在的圖層名稱，即可完成整個CSC文件的編制。

應用CSC時，只需要在軟件中定義橫斷面圖中表示路面的圖元，而后調用CSC文件并指定應用橫斷面圖的范圍即可，其應用效果如圖4所示。

圖4 應用CSC繪制路面結構層

4 工程量計算

GCM軟件中，工程量計算是基于逐樁橫斷面圖中的圖元得到的，也正因如此，逐樁橫斷面圖中的圖元需按照其所屬類型規劃圖層。道路工程量計算類型可分為兩類，一類為長度數值，例如指定清表線所在的圖層，利用工程量計算中的Surface模塊得出逐樁橫斷面圖中清表的寬度；另一類為面積數值，例如指定基層上表面所在的圖層以及下表面所在的圖層，利用工程量計算中的Volume模塊得出橫斷面圖中基層的面積。相鄰斷面的長度數值均值乘以斷面間距可得到面積數值，相鄰斷面的面積數值均值乘以斷面間距可得到體積數值。

5 輔助功能

GCM同時含有多個輔助功能，如運行速度模塊，主要功能是讀取平、縱設計數據模擬出運行速度曲線，可用于超高設計及視距檢驗，需要注意的是該運行速度模擬結果與國內軟件模擬結果存在一定差異；再比如模擬駕駛模塊，可選擇多種類型車輛，模擬出車輛行駛過程中的包絡線，以檢驗轉彎半徑是否滿足要求。

6 結束語

總之，采用GCM軟件不僅能夠實現精細化的建模，還能夠貼合當地設計習慣，在塞爾維亞道路設計領域具有獨特優勢。與此同時，相較于國內主流道路設計軟件，該軟件存在操作繁雜，道路模型過于碎片化，模型調整、更新效率較低的缺點。中國企業為拓展塞爾維亞乃至巴爾干地區道路設計市場，需要掌握并使用該軟件。為了進一步提高軟件的使用效率，有必要針對該軟件進行優化，在宏觀層面，應著重提高各個功能模塊整合程度，在一定程度上簡化操作步驟；整合道路模型，增強其于平縱橫信息的關聯性，從而使得模型更新更為便捷；對于最為靈活的放坡設計，應將放坡后的模型關聯放坡參數，以便于后期更改。相較于目前國內外主流的道路設計軟件，經過適當優化整合后的GCM仍然具備一定競爭力。