Auto CAD Civil 3D在陸上風電場升壓站總圖進站道路設計中的應用

齊天宇

（中國能源建設集團黑龍江省電力設計院有限公司，哈爾濱 150078）

1 引言

風電場升壓站是將風電機組的輸出電壓升高并輸送至更高等級電力系統的關鍵設施，它是風電場運行的重要組成部分[1]。我國幅員遼闊，升壓站站址難免選在地質條件復雜的場地，這對電力設計院總圖運輸專業進站道路的設計提出了新的挑戰。進站道路是升壓站與現有公路、城市道路或其他工業企業相連接的對外道路，面對較復雜地質條件的進站道路設計是設計人員需要解決的技術問題。

Auto CAD Civil 3D（以下簡稱Civil 3D）是歐特克公司面向土木行業的建筑信息模型（BIM）解決方案，是業界認可的土木工程道路與土石方解決的軟件包，它的三維動態工程模型有助于快速完成道路工程、雨水或污水排放系統的設計[2]。本文介紹應用Civil 3D 在陸上風電場升壓站進站道路的設計流程以及相對于傳統二維進站道路設計的優點，以期為總圖運輸專業設計人員提供一種面對較復雜地形條件風電場升壓站進站道路的設計思路，完成復雜升壓站進站道路的設計。

2 Civil 3D道路設計理念

應用Civil 3D 進行升壓站進站道路設計時，路線、縱斷面和橫斷面等均為設計對象，其向下包含的要素線、縱斷面圖以及橫斷面圖等也都是設計對象，這些設計對象均具有特性和樣式兩種功能屬性，前者可查看對象的信息和參數，后者可管理對象的顯示效果[3]，以路線對象為例，圖1、圖2 為Civil 3D中特性和樣式。而傳統二維設計中圖元的特性信息數量少，缺乏對設計參數的更精確表達。因此，Civil 3D 可以向設計人員提供一種基于BIM 技術的面向對象的設計方法[4]。

圖1 路線特性

圖2 路線樣式

3 Civil 3D升壓站進站道路設計流程

3.1 創建地形曲面

開展升壓站進站道路設計的首要工作是創建地形曲面，Civil 3D 中的地形曲面數據以不規則三角網形式運行、存儲和顯示，設計人員可以使用DWG 格式的地形圖生成廠址區域的曲面對象，地形圖中通常包含高程點、等高線、地形特征線等要素。如果創建的地形曲面中高程對應的坐標信息與真實情況存在差異，可以將有差異的對象批量移動到插入點位置，重新讀取文字對象創建地形曲面。

3.2 平曲線設計

完成地形曲面的創建后，就可以在其上進行平曲線設計，即創建路線對象并進行調整，Civil 3D 內平曲線的設計方法包括交點法和曲線單元法。

交點法是道路設計中常用的方法，在Civil 3D 軟件中可以使用“切線—切線（沒有曲線）”命令直接選取交點并通過直線將交點相連，也可以預先設置圓曲線和緩和曲線的相關參數，再通過“切線—切線（帶有曲線）”命令生成圓曲線和緩和曲線，如圖3 所示。但是交點法在一些地形復雜區域的道路設計中存在不足，構建的線形有時難以符合所在地形約束條件的要求。

圖3 交點法設置圓曲線和緩和曲線

曲線單元法是把平面線型分成多個曲線單元進行組合，Civil 3D 內可創建“固定”“浮動”或“自由”3 種形式的基本單元或單元組，如圖4 所示。其中，“固定”單元可以任意創建和編輯，在創建形式上具有最大的自由度；“浮動”單元的一端受限于“固定”或“浮動”單元；“自由”單元的兩端是根據“固定”或“浮動”單元進行反算，其自由度最低。曲線單元法適用于路線長度較短，地形復雜、環境限制因素較多的道路設計。

圖4 曲線單元形式

3.3 縱斷面設計

縱斷面設計中主要包括縱斷面線和縱斷面圖的設計，Civil 3D 內可以直接由路線剖切地形曲面生成縱斷面，而且路線、縱斷面以及地形曲面相互動態關聯，修改路線位置時，縱斷面也會隨之更新?？v斷面線的設計先通過縱斷面布局工具指定豎曲線類型和參數，然后在縱斷面圖上繪制變坡點位置和高程，如圖5 所示。完成縱斷面設計后，通過編輯“縱斷面圖特性”中的“標簽欄”更新數據。需要更改變坡點位置、豎曲線長度等參數時，可以通過編輯“縱斷面柵格視圖”中的數據實現。

圖5 創建縱斷面菜單

應用Civil 3D 進行道路縱斷面設計全部在一個圖紙文件中，整個過程節省了修改、調用數據的時間，提高了設計效率。

3.4 橫斷面設計

Civil 3D 內的道路橫斷面設計可以總結為裝配式橫斷面設計，其設計原理是將路面、路肩、邊坡以及路緣石等元素視作部件（見圖6），然后將其按順序組裝，再通過調整設計參數滿足實際工程要求。

圖6 道路橫斷面基本部件

除了使用Civil 3D 數據庫提供的部件外，設計人員也可以使用多段線繪制任意幾何形狀，添加所需的點、連接和造型代碼生成新部件，新部件可以保存到數據庫。當數據庫具備相當數量的部件時，升壓站進站道路的橫斷面設計可以靈活地適應各類實際情況，從而提高設計效率。

3.5 土方量計算

完成道路平曲線、縱斷面以及橫斷面設計后就可以生成道路三維模型，通過特性可以查看與道路相關的各種數據。為了計算土方量，首先需要通過特性窗口設置道路邊界，保證道路曲面的正確性；然后設置采樣編組特性確定所需采集數據的道路樁號的位置；最后創建計算材質列表，生成填挖方體積表和土方計算報告。

4 Civil 3D在升壓站進站道路設計中的優勢

傳統陸上風電場升壓站進站道路設計需要應用不同的軟件滿足不同的設計內容，成果保存在不同的卷冊中，當設計需要更改時，每一冊卷冊均需要修改。而通過上文敘述可知，Civil 3D 具有高度的集成功能，在設計對象之間建立動態關系，使設計變更保持一致且同步更新，減少了繪圖工作量，進而提高了工作效率。Civil 3D 不僅包含Auto CAD 的功能，還擁有巖土、交通、地下管網等領域的設計工具，可以同時滿足總圖運輸專業不同設計內容的需求和不同專業之間的設計協同[5]。因此，將Civil 3D 運用到風電場升壓站進站道路設計中具有廣泛的應用前景。

5 結語

隨著設計軟件集成化不斷提高，已可以實現在同一軟件中完成整個設計過程，設計人員也需要充分了解相關軟件的性能，熟練掌握使用方法以應對不同的現實條件。通過簡述Auto CAD Civil 3D 在陸上風電場升壓站進站道路設計流程，向專業設計人員提供一種面對復雜地質條件時升壓站進站道路的設計思路，以期在今后的設計中降低出錯概率，保障設計品質。