基于CAD的道路照明智慧合桿軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 磊,郭政青,曹禮鵬,王詩薇,白婷玉,閔俊浩

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,城市道路上諸如照明路燈、道路監(jiān)控、交通信號燈、電信基站等桿件的數(shù)量也在不斷增加。這些功能桿件的布設(shè)通常是以單桿單用方式為主,導(dǎo)致同一路口存在多個(gè)桿體,嚴(yán)重影響了市容市貌。道路交叉路口繁多的桿件嚴(yán)重壓縮了車輛、行人的通行空間。駕駛員在駕駛過程中,會(huì)在同一地點(diǎn)看到多個(gè)桿件,獲取的信息更是多達(dá)數(shù)十條,增加了駕駛員對信息的識別難度。桿件的重復(fù)建設(shè)導(dǎo)致大量資源的不必要浪費(fèi),不符合新時(shí)代對資源有效利用的要求。此外,目前政府投資將桿件工程作為不同的市政道路子項(xiàng)進(jìn)行建設(shè),驗(yàn)收后移交相關(guān)部門進(jìn)行后續(xù)的管理和維護(hù),這使得運(yùn)營管理無法取得良好的集聚效益。該模式建設(shè)的桿件明顯不具備功能擴(kuò)展性,維修維護(hù)需政府持續(xù)投入,無運(yùn)營收益價(jià)值等能力。

對城市道路交通標(biāo)志、智能交通設(shè)備、照明設(shè)施、路名標(biāo)識等市政設(shè)施桿件進(jìn)行梳理與整合,取消不必要的桿件,整合可以合并設(shè)置的基礎(chǔ)設(shè)施,對于城市集約化建設(shè)、提升道路公共服務(wù)設(shè)施的管理、保障道路交通出行安全性具有重要意義。現(xiàn)階段,北京、上海、天津、杭州等城市已經(jīng)嘗試通過試點(diǎn)建設(shè)方式來運(yùn)用“多桿合一”技術(shù)[1-2],促使城市的精細(xì)化治理水平得到進(jìn)一步提升。從目前智慧城市爆發(fā)的階段性特征來看,智慧合桿有著明顯的優(yōu)勢[3]。在智慧合桿新基建布局腳步愈來愈快的今天,智慧合桿具有統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理、開放共享的特性,完全符合智慧城市建設(shè)的戰(zhàn)略構(gòu)想[4]。

從目前的合桿項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來看,智慧合桿設(shè)計(jì)需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)照明工程、監(jiān)控工程、安全設(shè)施、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)需求,綜合選定桿件樣式及設(shè)置位置。桿件位置、桿件型式、桿件搭載設(shè)備選擇是智慧合桿設(shè)計(jì)的重要工作內(nèi)容。合桿設(shè)計(jì)多為重復(fù)性勞動(dòng),設(shè)計(jì)煩瑣,各專業(yè)內(nèi)外部聯(lián)系緊密,需花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行內(nèi)部專業(yè)溝通協(xié)調(diào)。路線專業(yè)資料的局部調(diào)整,往往會(huì)導(dǎo)致一定范圍內(nèi)所有綜合桿件相關(guān)布設(shè)的整體變化,從整體效益上看很不經(jīng)濟(jì)。此外,在智慧合桿桿件設(shè)計(jì)中還需對合桿桿件進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。在智慧合桿設(shè)計(jì)過程中,桿件材料、桿件形式、桿件配置元件、預(yù)埋深度的不同等問題給桿件及基礎(chǔ)受力計(jì)算帶來難度。根據(jù)對設(shè)計(jì)行業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn),當(dāng)前還沒有針對合桿設(shè)計(jì)開發(fā)繪圖類的軟件,目前設(shè)計(jì)手段以手工CAD制圖為主,存在設(shè)計(jì)周期長、效率低等問題。在生產(chǎn)任務(wù)壓力大、設(shè)計(jì)周期短的情況下,目前的設(shè)計(jì)手段難以滿足業(yè)主給定的設(shè)計(jì)時(shí)限要求。隨著道路里程和平交口數(shù)量的增加,智慧合桿設(shè)計(jì)耗費(fèi)時(shí)間會(huì)更長,這嚴(yán)重制約了設(shè)計(jì)效率。

綜上,開發(fā)一款可解決合桿設(shè)計(jì)中存在的交叉設(shè)計(jì)難、溝通成本大、人工耗時(shí)長、圖紙質(zhì)量低等問題的設(shè)計(jì)軟件迫在眉睫。為此,本文細(xì)致地分析了智慧合桿的設(shè)計(jì)需求,開發(fā)了一款可實(shí)現(xiàn)高效率繪制道路智慧合桿的設(shè)計(jì)軟件。

1 總體設(shè)計(jì)

智慧合桿設(shè)計(jì)軟件旨在提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率,降低各專業(yè)溝通協(xié)調(diào)成本,達(dá)到準(zhǔn)確、靈活、快速的設(shè)計(jì)目的。軟件采用分段設(shè)計(jì)的思想,將相鄰兩平交口之間的道路范圍作為一個(gè)功能單元,根據(jù)道路功能需求,確定標(biāo)志標(biāo)牌、電子警察、人行信號燈等所需桿件組件及設(shè)置樁號范圍等。智慧合桿設(shè)計(jì)軟件主要包含以下模塊:系統(tǒng)模塊、識圖模塊、布桿模塊、計(jì)算模塊、圖庫模塊、統(tǒng)計(jì)與出圖模塊以及為三維建模如BIM預(yù)留的擴(kuò)展功能模塊,如圖1所示。智慧合桿軟件在開發(fā)各模塊的過程中,積極利用公司已有道路設(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng),與公司數(shù)據(jù)系統(tǒng)融合。開發(fā)平臺以中望CAD為主,同時(shí)考慮國產(chǎn)CAD在開發(fā)過程中的適用性,積極考慮所開發(fā)的智慧合桿設(shè)計(jì)軟件與AutoCAD的適應(yīng)性問題。

圖1 智慧合桿總體設(shè)計(jì)

軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能:路線識別、圖層識別、樁號自動(dòng)生成、區(qū)域自動(dòng)布桿、手動(dòng)局部調(diào)桿、合桿樣式選擇與管理、燈桿方向統(tǒng)一調(diào)整、字體角度統(tǒng)一調(diào)整、合桿桿件結(jié)構(gòu)計(jì)算、合桿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算、合桿桿件統(tǒng)計(jì)、圖紙打印等。

2 系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

2.1 路線導(dǎo)入

用戶選擇路線數(shù)據(jù),將需要進(jìn)行燈具布設(shè)的道路路線CAD文件導(dǎo)入智慧合桿設(shè)計(jì)軟件,完成預(yù)處理工作。系統(tǒng)支持多種路線數(shù)據(jù)文件,包括緯地路線、鴻業(yè)路線、EICAD、DICAD、海地路線等,無路線數(shù)據(jù)時(shí),支持系統(tǒng)提取圖上中線。

2.2 繪制中線

根據(jù)用戶導(dǎo)入的原始道路CAD文件,系統(tǒng)可以繪制出道路主線的所有中線,完成里程符號控制、道路編號控制、百米符號控制等。

2.3 繪制燈桿

設(shè)置燈桿規(guī)格、燈具功率、燈頭類型。根據(jù)繪制的中線信息,用戶選擇繪圖控制來確定繪制模式。用戶可以選擇全線繪制模式并確定燈桿間距,對于特殊路段可選擇單點(diǎn)繪制。系統(tǒng)自動(dòng)繪制燈具完成后,CAD圖紙上顯示燈桿編號、類型、樁號等信息。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的燈桿規(guī)格、燈具功率、燈頭類型和繪制的道路中線信息,自動(dòng)完成燈桿和燈具的平面布設(shè),并與項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián),方便后期的自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì),如圖2所示。

圖2 智慧合桿模型構(gòu)建

2.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)智慧合桿軟件系統(tǒng)中建立的燈桿模型,系統(tǒng)與有限元計(jì)算平臺軟件邁達(dá)斯進(jìn)行無縫連接,自動(dòng)建立配置的照明燈桿有限元模型,實(shí)現(xiàn)精確的結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算。此外,系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)法蘭盤、地腳螺栓等細(xì)部構(gòu)件的精確計(jì)算,分析所構(gòu)建的模型在結(jié)構(gòu)受力上是否滿足要求。系統(tǒng)支持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳圖出圖及計(jì)算報(bào)告的輸出,作為模型結(jié)構(gòu)可靠的說明依據(jù)。

2.5 繪制電纜、人手孔

將用戶選擇的電纜類型、設(shè)置的電纜與道路邊線距離等數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng),系統(tǒng)自動(dòng)完成燈桿電纜布設(shè),CAD圖紙上顯示電纜信息。系統(tǒng)可自動(dòng)在燈桿平面位置系統(tǒng)完成手孔井布設(shè),而道路平交口處需根據(jù)道路信息人為布設(shè)人井,CAD圖紙上顯示人孔/手孔編號、樁號信息。

2.6 出圖

完成智慧合桿設(shè)計(jì)后,系統(tǒng)對當(dāng)前平面圖上的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)匯總,計(jì)算相關(guān)燈桿數(shù)量和電纜數(shù)量,并且將數(shù)據(jù)存放到項(xiàng)目文件中,方便后期進(jìn)行表格輸出。在燈桿、電纜、人/手孔平面布設(shè)后,系統(tǒng)可根據(jù)需要生成用戶所需項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)報(bào)表,如圖3所示。

圖3 智慧合桿模型出圖

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了基于CAD的道路照明智慧合桿軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)能極大地提升快速化、標(biāo)準(zhǔn)化市政公路照明桿件的布設(shè)。系統(tǒng)支持自動(dòng)生成平面布設(shè)后的燈桿樁號,燈桿、燈具、電纜及人/手孔數(shù)量完成自動(dòng)算量與輸出,可實(shí)時(shí)修改圖紙、數(shù)量,并反饋重新計(jì)算修改后的數(shù)據(jù),完成自動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)量并輸出。

基于CAD的道路照明智慧合桿軟件系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下顯著的進(jìn)步:(1)道路照明桿件的自動(dòng)化布置。智慧合桿設(shè)計(jì)軟件通過模板化配置,實(shí)現(xiàn)快速參數(shù)選定。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定要求自動(dòng)完成桿件、電纜、手/人孔等項(xiàng)目布設(shè),相較于現(xiàn)有技術(shù),實(shí)現(xiàn)了更高程度的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。(2)系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)修改圖紙和數(shù)量,并反饋重新計(jì)算修改后的數(shù)據(jù),支持圖紙輸出,提高了設(shè)計(jì)的靈活性和實(shí)用性。