运用MICROSTATION—INROAD软件实现道路设计的方法研究

第３Ｏ卷第３期　兰州交通大学学报　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．３　２０１１年６月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｊｕｎｅ　２０１１　文章编号：１００１—４３７３（２０１１）０３－０１２４—０５　运用ＭＩＣＲＯＳＴＡＴＩＯＮ—ＩＮＲＯＡＤ软件　实现道路设计的方法研究　杨　博　（西南交通大学交通运输学院，四川成都６１００３１）　摘要：目前，在计算机辅助设计领域出现了许多公路选线设计软件，并在很多设计院所得到了不同程度的应用，　工程设计与规划中基于地形图的三维虚拟技术越来越受到设计人员的重视．本文通过公路设计案例，对如何使用　ＩｎＲｏａｄｓ软件进行公路线路辅助设计进行了说明，其独特的组件设计能力，有效且准确的解决复杂的几何设计难　题，可提供广泛的设计、分析、成图输出和报表打印功能，并可提供完整的线路工程解决方案．　关键词：数字地面模型；线路平面设计；纵断面设计；土方量计算　中图分类号：Ｕ４１２．３　文献标志码：Ａ　当前中国公路和铁路设计院在面对新世纪信息　ｊｅｅｔ）的几何设计数据由４个相对的数据库进行　化、标准化、ｗＴＯ国际化的市场竞争压力下，公路　管理，即地面模型（ＤＴＭ）和设计模型数据库（Ｓｕｒ—　铁路设计的计算机化已成为刻不容缓亟待解决的重　ｆａｃｅ）、几何设计数据库（Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）、路基横断面模　要问题．在计划建设项目中，高速公路、铁路和　板数据库（Ｔｅｍｐｌａｔｅ）以及道路描述数据库（Ｒｏａｄ—　地铁轻轨等交通建设项目占有很大比重．Ｂｅｎｔｌｅｙ　ｗａｙ）．项目进行设计时，每一个几何设计中下分若　ＩｎＲｏａｄｓ作为目前国际上较为先进的道路工程设计　干个平面方案设计，而每个平面设计方案又可以包　软件，具备强大而多样化的功能，适用于多种形式的　含多个纵断面设计方案和超高设计方案，ＩｎＲｏａｄｓ　设计和复杂缓和曲线的情况．ＩｎＲｏａｄｓ软件从初期　通过这种树型结构，有效的把一个工程管理起来，为　阶段的可行性研究到最后设计阶段的施工图作业，　公路线路设计提供了强大的功能（见图１）ｌ＿１］．　基本上可以进行各种型式的公路设计及工程前期规　划，并且在国外广泛地应用于公路线路及道路立交　的设计，大大地提高了线路规划的工作效率．　１　ＩｎＲｏａｄｓ软件系统框架及功能　ＩｎＲｏａｄｓ软件部分功能的实现是基于Ｍｉ—　ｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ或ＡｕｔｏＣＡＤ平台之上．其中，文件管理　包括数据和项目文件的输入输出；系统参数设置提　供系统参数、窗口属性和设计结果的显示等的修改；　图１　ＩｎＲｏａｄｓ系统总体框架　设计成果管理部分则提供对设计成果的编辑、查询　Ｆｉｇ．１　ＩｎＲｏａｄｓ　ｓ￣ｔｅｍ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　功能，并可按要求形成设计成果报告；应用模块部分　本文通过完成一条公路主干道以及连接此段线　是ＩｎＲｏａｄｓ系统的主体，包含了从数字地面模型建　路的四条出入匝道的线路平纵断面设计、土石方工　立、道路几何设计、三维道路模型建立等一系列功能　程量计算等内容的设计案例，以说明ＩｎＲｏａｄｓ软件　模块．ＩｎＲｏａｄｓ软件提供了较好的管理方式，一个工　在公路线路设计过程中的地形数据导人、平纵断面　程对应一个项目文件，一个完整的公路项目（ｐｒｏ一　设计、路面模型设计和土石方量计算等各环节的操　作步骤．　收稿日期：２０１１—０２—２０　作者简介：杨博（１９８７一），男，甘肃武都人，硕士生　第３期　杨博：运用ＭＩｃＲ０ｓＴＡＴ１０Ｎ—ＩＮＲＯＡＤ软件实现道路设计的方法研究　１２５　２建立数字表面模型　进行线路几何设计前先要建立线路范围内的数　平面线形设计中有交点法和模块法两种设计方法．　一般条件下的线路设计常采用交点法，即先布设一　系列的交点，然后设置曲线参数，再把这些交点用缓　字地面模型，用来反映原地面的地形情况．ＩｎＲｏａｄｓ　可以直接利用航测得到的数字化地面模型（ＤＴＭ），　或从矢量化后的数字地形图上读取地形特征数据并　和曲线圆弧顺滑地连接起来．ＩｎＲｏａｄｓ中除了可以　设计常规的“缓和曲线＋圆曲线＋缓和曲线”（ＳＣＳ　型）的组合线，还可以设计“缓和曲线＋圆曲线＋缓　和曲线＋圆曲线＋缓和曲线”（ＳＣＳＣＳ）型的组合　线ｌ２］．在此过程中，ＩｎＲｏａｄｓ可以增加、删除交点，也　可以移动交点、曲线，并且全部以动态显示，避让构　造物很方便．　导人新建的地形表面中，即使用矢量图上的高程点　形成等高线，再加上断裂线（如：公路、河流等）生成　数字化地面模型．　１）新建存放地形数据的空白地面表面．　２）分别导人包含有坐标点和高程信息的等高　线、断裂线等地形数据．　３）利用创建表面三角网功能将地形数据三角　网化．　１）在几何设计库中新建线路平面线形的几何　项目　２）根据设计要求在已有的地形图上添加线路　平曲线的顶点．　４）借助ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ软件平台，使用ＩｎＲｏａｄｓ　三角网功能拟合数字地面并生成等高线地形图．　３）在顶点处进行曲线半径设置并绘制曲线，完　成线路平面线形设计（见图２）．　４）根据设计标准，利用ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ软件的绘　图功能绘制出线路平面图．　３线路几何设计　３．１线路平面设计　线路设计时首先要确定平面线形，ＩｎＲｏａｄｓ在　５）根据需要使用里程设置功能在线路平面中　心线上标注线路里程．　图２线路平面线形设计　Ｆ唔２　Ｇｒａｐｈｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　３．２线路纵断面设计　创建纵断面线形．　线路的纵断面是沿平面线形的垂直剖面，其设　计是通过中心线的纵面图来确定的，它的展开是通　过设计一系列的坡道，这些坡道通过对称的抛物曲　２）在创建窗口中修改适当显示参数后将纵断　面线形绘制于ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ软件中．　３）在纵断面图上添加线路竖曲线顶点（变坡　点）．　线相连接．ＩｎＲｏａｄｓ的纵断面设计程序建立在三维　数字地面模型（ＤＴＭ）基础上，从ＤＴＭ上根据平面　线形剖切出地面线，然后在此基础上根据已有的线　４）根据设计标准定义竖曲线半径等参数，绘制　线路纵面线形．　５）使用批注功能对相应纵面线形进行批注，标　示竖曲线半径及长度等（见图３）．　３．３横断面及路面设计　横断面模板是路面设计中的一部分，是用来描　述道路宽度，横向坡度和其他道路设计相关内容．道　路宽度依赖于行车道宽度，车道数量，中间带型式和　路坡度及长度进行纵断面设计．纵断面设计中Ｉｎ－　Ｒｏａｄｓ有圆和抛物线两种竖曲线形式，具体设计时　提供曲线长度法、ｒ值法和不对称长度法等设计方　法［３］．而且可以运用批注的方式将竖曲线上的半径、　长度等数据清楚地显示出来．　１）在几何设计库中激活相应的线路几何项目　１２６　兰州　交通大学学报　第３Ｏ卷　西行出口　暑　坦　图３　ＩｎＲｏａｄｓ纵面线形绘制与批注　Ｆｉｇ．３　ＩｎＲｏａｄｓ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　路肩宽．对于一个路段，模板定义了横断面组成部分　的坡度和宽度，横断面组成部分包括主体，路堑和路　堤坡度，超高范围点，超高支点以及其他部分．模板　建立之后，经过拼装，就可以进行横断面设计和计算　了．其中包括制作好的道路模板、道路挡墙模板、路　肩模板和末端条件，用户可以自己创建模板，也可以　在现有模板的基础上进行更改．　１）进入建模器新建横断面模板．　２）在模板库中选择合适的模板或者根据需要　通过添加顶点、简单约束和末端条件等制作线路横　断面模板（见图４）．　图５线路模板与地面模型拟合　Ｆｉｇ．５　Ｍｏｄｅｌ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｌａｔｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｌｉｎｅ　５）在路面设计器中创建地形以及线路三角网，　并形成线路三维模型图．　４土方估算　除水平和垂直视图外，第三种视图也是设计的　一部分，即截面视图．截面视图或剖面的建立．截面　视图是垂直于每一里程点中心线的剖面图，它是平　面图的垂直剖面，并且以路基底面为界，以保证挖土　和填土高点能被定位．每一站点填挖工程的截面区　图４根据要求建立线路模板　可以在土方工程的计算中建立和使用．计算体积的　Ｆｉｇ，４　Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌｉｎｅ　ｔｅｍｐｌａｔｅ　基本土方工程方法是平均截面法：Ｖ一２０（Ａ１＋　创建完线路模板后，在路面设计器中将模板与　Ａ２）／２，假设站间距离为２０　ｍ．　符合平面线形的数字地形进行拟合，窗口右半区显　１）激活当前要生成横断面的线路，使用Ｉｎ—　示横断面模板目前所在里程与数字地形表面的作用　Ｒｏａｄｓ中的创建横断面功能，选择相应的参数，软件　情况；左上半区显示路廊平面图与目前查看模板所　会按每隔２０　１ＴＩ的距离自动生成所有线路的横断　在位置；左下半区显示线路纵面线形与数字地形纵　面，并以不同颜色标示填方与挖方面积，形成最终设　断面和模板目前所在位置．　计图（见图６）．　３）在路面设计器中将横断面模板与地面模型　２）在土方量功能中选择适当的土方计算方法　拟合（见图５）．　进行计算．　４）根据要求设置路面的平面曲线超高参数并　３）在批注选项中定义需要显示的各项参数，软　重新拟合（计算超高渐变值是考虑减少汽车在给定　件会自动标注出各个界面面积及填挖方量，并生成　车速下绕一条曲线行驶时承受的一定量的离心力）．　报表（见图７和图８）．　第３期　杨博：运用ＭＩＣＲＯＳＴＡＴＩＯＮ—ＩＮＲＯＡＤ软件实现道路设计的方法研究　１２７　鼬　｜　嚣攀　嚣　薰纛　誉　鬻鍪鍪器嚣嚣薹　薰藿　耄　嚣　茹　：＝＝　嚣　嚣嚣　黧一　鬯　豢　嘲稍　溢　图６完成线路设计图　Ｆｉｇ，６　Ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ　５结语　目前，国内工程设计行业中ＣＡＤ技术已得到　了大面积的推广应用，并且随着数字测绘矢量地形　图的使用日趋普及，工程设计与规划中基于地形图　的三维虚拟技术越来越受到设计人员的重视，并且　引入三维设计思想也是今后设计发展的必然趋　圈７线路横断面及填挖方示意　势［４］．作为Ｂｅｎｔｌｅｙ软件公司开发的功能完备的工　７　Ｓｄｌａｍ￣ｄｉｊ　ｏｆＱ＇ＯＳＳ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｅａｒｆｌｎｖｏｒｋ　程通用设计软件系统，ＩｎＲｏａｄｓ系列软件广泛的适　用于从数字地形、道路勘测到道路设计、道路桥涵、　Ｉ＝ｌ蛳醚　嘲蛹壤　鞲　Ｏ　一　道路排水、轨道线路等运输系统建设的应用．因此，　媳　∞鞋　ＩｎＲｏａｄｓ软件应用前景十分广阔，其先进的设计理　蚺　簪　钒繁　鲁嚷峨　。　｜鹣峨蛳喊　蛳峨蟋鼙溉　。　ｊ　Ｉ　’　念，可视化的设计方法，可靠的数据结构使设计过程　翻■Ｉ碴辩Ｆ．１确艇ｆｌ霸嘲．．ａ　ｒ舳ｌ枷脚　蕾ＩｌＩ哺ｐ啉－．辑　・峨－ｔ啭Ｉ函聃蜘　拳蠢ｌ疆畦　效率更高，有着良好的经济效益．其独特的组件设计　ｌ　娜曝蛹峨啭黼髓一蕈　冀　蛳　能力，可以符合专业的工程设计标准，有效且准确的　，一・　¨ｔ　・　．ＳＩａｌ￣ｎ　畦甜雌ＩＩＩＩｌＩ一・・一・　・—～“・　解决复杂的几何设计难题，可提供广泛的设计、分　Ｂｍｍｌｉｍ，”一　・　．Ｃｕｔ．　・一”　一－　。｜，・－．　・　・一・一　－　、Ｓ嘶嘲啪｛Ｉ：ｅｃ￣ｒ　瞄　Ｖｏｌｕｍｅ＾噼嘲糖ｄ　Ｆ蠹曲－ｆ＾哺．Ｖ酣聃　＾啦懈瞻ｄ　析、成图输出和报表打印功能，并可提供完整的线路　ｏ　１　ｌ１８　姗　疆∞　Ａｏ０～０　工程解决方案．　参考文献：　［１］潘晓东．ＩｎＲｏａｄｓ在道路三维设计中的运用ＥＪ］．江苏交　通工程，１９９７（１）：２４—２７．　［２］顾风华．ＩｎＲｏａｄｓ在公路工程前期规划中的应用［Ｊ］．交　通与计算机，２００１，１９（１）：１８—２０．　１－３］朱新松．Ｉｎｒｏａｄｓ在互通式立交三维建模中的应用［Ｊ］．　江苏交通工程，１９９９（６）：６１—６３．　图８线路填挖方量部分报表　［４］彭晓川．新建铁路站场横断面辅助设计软件开发探讨　Ｆｉｇ，．８　Ｐａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅ　ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｒｅｐｏｒｔ　［Ｊ］．兰州交通大学学报，２００９（６）：１１—１３．　１２８　兰州　交通大学学报　第３Ｏ卷　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａｎ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　ｆｏｒ　Ｒｏａｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｂｙ　Ｕｓｉｎｇ　ＭｉｃｒｏＳｔａｔｉｏｎ－ＩｎＲｏａｄｓ　ＹＡＮＧ　１３ｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｒａｆｆｉｃ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ，ＣＡＤ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ａ　ｌａｒｇｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎ—　ｓｉｏｎａｌ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｍａｐ—ｂａｓｅｄ　ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐａｉｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｂｙ　ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ．Ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＩｎＲｏａｄｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ａ　ｂｒｉｅｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａ　ｈｉｇｈ—　ｗａｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｏｎ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｕｓｅ　ＩｎＲｏａｄｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｌｉｎｋ－ｍｄｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｒｏｕｔｅｓ．Ｉｔｓ　ｕｎｉｑｕｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍａｐｐｉｎｇ　ｏｕｔ　ａｎｄ　ｒｏａｄ—ｌｉｎｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒ—　ｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｍｏｄｅｌ；ｌｉｎｅ　ｐｌａｎｅ　ｄｅｓｉｇｎ；ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ；ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　．址　．．‘ＩＬ　．‘　Ｌ　—　．‘止“　．‘止．　．址．ＳＩＬ．址．‘也．５止．工止　．‘　．；‘Ｌ．‘　．‘‘Ｌ　（上接第１１５页）　Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　３Ｄ　Ｔｅｒｒａｉｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ＤＵ　Ｌｉ—ｘｉａ，ＨＡＯ　Ｚｈｉ—ｂｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｉｍｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｌ￣ｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔａｃｔ：ＬＯＤ　ａｌｒｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｅｒｒａｉｎ．Ｔｈｉｓ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｄｏｐｔｓ　ｖｉｅｗ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｏｗｎ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｅｆｏｒｅ　ｅａｃｈ　ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ，ｎｏｄｅ　ｅ—　ｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗ・　ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｏｗｎ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｕｐ——　ｄａｔｅ　ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ．Ｅａｃｈ　ｎｏｄｅ　ｉｓ　ｓｐｌｉｔ　ｕｎｔｉｌ　ｉｔ　ｃａｎ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｄｅｔａｉｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｄｖａｎｃｅｄｌｙ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ．Ｍａｋｉｎｇ　ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｏｎ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌｅｖｅｌｓ　ｏｆ　ｄｅｔａｉｌ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｓｍ．Ｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｉｓ　ＯｐｅｎＧＬ．Ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｇｒａｐｈｉｃｓ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｅｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ａｇｏｒｉｔｈｍ