基于Card/1軟件的路基橫斷面設計*

張新兵，張聚文

(中南大學湖南中大設計院有限公司，湖南長沙 410075)

在國內各相關單位使用的道路設計軟件中，平面、縱斷面設計與出圖均比較成熟和完善，但大部分軟件在路基橫斷面設計方面卻不盡人意，在許多情況下的設計往往不能一次到位，需要對設計圖表進行編輯修改，后續工作量很大，工作效率較低。Card/1是一種通用性及適應性很強的軟件系統，具備深層開放、方便靈活的內部開發語言以及橫斷面數據庫集中管理逐樁橫斷面線的獨特優勢，設計人員可以根據需要進行二次開發，自行解決路基橫斷面設計過程中的許多實際問題。

在鐵路、公路或市政道路的平面、縱斷面確定之后，路基橫斷面設計是相當繁雜的工作。尤其是在地形、地質條件較復雜的山區，各種類型的防護、排水設施等均應在橫斷面設計圖中予以體現，設計時必須綜合考慮，力求使其包含所有需要設計的內容，也就是說需要進行“信息化”設計。

路基橫斷面設計完成之后，各類工程數量的統計也是一項費工、費時的工作。Card/1的橫斷面數據庫(PRDnnn07.crd)對逐樁的各類橫斷面線集中管理，以不同的線編號及點編號來識別各類橫斷面設計線及其特征點，通過二次開發程序調用有關數據信息，可以自動生成與路基橫斷面有關的工程數量清單數據文件以及相應的工程數量表，如路基防護、路基排水、低填淺挖路基處理、填挖交界路基處理、清表挖淤、挖臺階及填前夯實、路面、交通安全設施、植樹綠化等，必要時還可以自動生成路基防護工程工點設計圖［1－3］。上述工作均可在很短的時間內完成，既省時省力，又不易出錯。本文介紹基于Card/1軟件的“信息化”路基橫斷面設計方法，供同行參考。

1 “信息化”橫斷面設計的基本思路

公路、鐵路、市政道路的路基邊坡的設計原則基本相同，主要區別在于路基面的形狀。根據這一特點，只要選擇相應的繪制路基面及路槽線的程序模塊，就可分別進行鐵路、公路及市政道路的路基橫斷面的設計［4－7］。

在橫斷面邊坡參數文件中的每級邊坡設置一個關于邊坡防護類型的識別參數，以不同的數字代表不同的防護類型，如擋土墻、護墻、護坡、骨架護坡、柔性防護網等。路基橫斷面設計時根據該參數調用相關模塊繪制相應的防護工程設計線。［4－7］

在橫斷面設計主程序中設置繪制各類防護、排水工程設計線的模塊，給各類防護、排水工程設計線賦予特定的線編號，給線上的特征點賦予特定的點編號，在后續工作中可以方便地調用相關數據信息。

在核心項目＜Card＞下，建立各類擋土墻參數文件(DTQxxx.cfg)，橫斷面設計時根據墻高自動查取擋土墻的截面尺寸(鐵路、公路的活載相差較大，路肩擋土墻、路堤擋土墻的截面尺寸不同，應分別建立參數文件)。路塹擋墻的墻高根據邊坡高度及埋置深度要求確定，路肩擋土墻及路堤擋土墻的墻高可以按照墻頂高程及埋置深度要求自動調整，也可以在設計項目下建立兩側路肩及路堤擋土墻墻高數據文件，橫斷面設計時自動查取擋土墻的高度。

對于左右不等高路基、分離式路基、半橋半路等特殊型式的路基橫斷面，根據具體情況編制專用程序或模塊進行特殊設計，可以在橫斷面設計圖中體現本斷面全部或主要的設計內容。

2 路基橫斷面設計需要的主要數據文件

路基橫斷面設計需要的外部數據文件包括:橫斷面參數文件HDMCSnnn.crd，，橫斷面地面線文件HDMnnnaa.crd(nnn為軸線號，aa為文件序號，下同)，中樁地面高文件GRAnnnaa.crd，設計高(縱斷面)文件GRAnnnaa.crd，路基面各部分寬度文件及碎落臺、護坡道寬度文件BRTnnnaa.crd，路面橫坡文件QUEnnnaa.crd，兩側邊坡參數文件LISnnnaa.crd，路堤邊溝溝底高程文件GELnnnaa.crd等。其中，公路的行車道寬度文件 BRTnnn01.crd、BRT-nnn02.crd 及橫坡文件 QUEnnn01.crd、QUEnnn02.crd等可運行相關程序自動生成，必要時再對其進行編輯修改。若某些參數不隨樁號變化，則可在橫斷面參數文件HDMCSnnn.crd中直接定義。

路基橫斷面設計需要的參數很多，可讀入相關數據文件或在主程序中直接定義。為了增強可追溯性，便于查對，建議軟件使用者盡量以數據文件的型式明確設計參數。

2.1 橫斷面參數文件HDMCSnnn.crd

公路、鐵路、市政道路的橫斷面參數文件中參數的個數及定義以及路基橫斷面組成寬度不盡相同。

公路橫斷面參數文件中，路基面的有關參數一般定義如下:

設計高文件號，中央分隔帶寬度，中央分隔帶高度，設計高位置(中心、行車道邊緣或曲線內側)，行車道、硬路肩路面厚度;

兩側行車道、硬路肩、土路肩寬度文件號、橫坡文件號、常數值，碎落臺、護坡道寬度文件號、常數值、橫坡等。

鐵路橫斷面參數文件中，路基面的有關參數一般定義如下:

設計高文件號，路拱高度，路拱頂寬，設計高位置(路肩、軌面)，基床換填厚度，軌道高度;

兩側路基寬度文件號、加寬文件號及常數值，碎落臺、護坡道寬度文件號、常數值、橫坡等。

市政道路橫斷面參數文件中，路基面的有關參數一般定義如下:

兩側輔道、主車道的縱斷面文件號;

中央分隔帶、分車綠化帶、輔道、內側綠化帶、非機動車道、人行道標、外側綠化帶標準寬度;

中央分隔帶緣石、分車帶緣石、路側緣石、綠化帶緣石的高度，主車道、輔道平石寬度;

主車道、輔道、人行道路面厚度;

兩側主車道、輔道橫坡文件號及常數值;

道路路幅各組成部分寬度文件號及常數值，如外側綠化帶、人行道、非機動車道、內側綠化帶、輔道、分車綠化帶、主車道、中央分隔帶，碎落臺、護坡道寬度文件號、常數值、橫坡等。

2.2 路基邊坡參數文件(LISnnn01.crd～LISnnn04.crd)

在橫斷面參數文件中，按照左側挖方、左側填方、右側挖方、右側填方的順序，約定路基邊坡參數文件號，當文件號為0時，則邊坡參數采用HDMCSnnn.crd文件中給出的常數值。

橫斷面填、挖邊坡參數均按:樁號，一級邊坡(坡率，高度，平臺寬度，平臺坡度，防護類型);二級邊坡(坡率，高度，平臺寬，平臺坡度，防護類型);三級邊坡(坡率，高度，防護類型)的順序定義。其中，防護類型的識別參數由軟件使用者自行約定，為了資源共享，提高工作效率，建議同一設計單位采用統一的識別參數。對于邊坡級數超過三級的深路塹，可以約定按照第二級或第三級邊坡坡高、坡率開挖或修改程序另行處理。

3 防護、排水工程設計線線編號、點編號的約定

為了便于管理，按照左單右雙的原則，對路肩擋土墻、路堤擋土墻、浸水路堤護坡、路堤骨架護坡、路塹擋土墻、路塹護墻、路塹骨架護坡、路塹邊坡柔性防護網等防護工程設計線，對路堤邊溝、路塹坡頂截水溝、路塹縱向盲溝、各類水溝的鋪砌線等排水工程設計線均賦予特定的線編號，給線上特征點賦予特定的點編號。路塹邊溝、邊坡平臺截水溝則通過橫斷面主設計線(10號線)上特定的點編號識別，如右側路塹邊溝由編號為4，5，6，7的點組成，右側一級平臺截水溝由編號為91，92，93，94的點組成，右側二級平臺截水溝由編號為111，112，113，114的點組成等。

在繪制路基橫斷面設計圖、防護工程設計圖以及計算相關工程數量時，可以在橫斷面數據庫中直接調用相關的數據。如防護工程設計線的最高點編號為100，最低點編號110，則防護高度為zn(xh，100)－zn(xh，110)。如將水溝頂、底各點點號依次定義為101，102，103，104，則溝深為 zn(xh，101)－zn(xh，102)，溝底寬為 abs(tn(xh，102)－ zn(xh，103))，溝頂寬為 abs(tn(xh，101)－zn(xh，104))。

4 路基橫斷面主體設計，生成水溝鋪砌線、路塹縱向盲溝等

在準備好有關數據文件之后，運行橫斷面設計主程序進行路基橫斷面主體設計，生成橫斷面主設計線、路槽線、各類防護及排水設施設計線等，可逐樁檢查，對設計不合理的斷面可修改某些參數重新設計。

在橫斷面主體設計完成之后，根據預先準備好的關于各類水溝的鋪砌型式、厚度、盲溝尺寸等信息的數據文件運行專用程序，即可生成水溝鋪砌線、路塹縱向盲溝設計線等。

5 生成清表挖淤界線、土質臺階開挖線，統計工程數量

預先準備好清表、挖淤分段文件QBTnnn.crd及相應的樁號文件STAnnnaa.crd，明確各路段的清表或挖淤厚度及分段范圍。在橫斷面主體設計完成之后，運行清表挖淤專用程序(選項1－生成20號線)即生成清表挖淤界線(20號線)，由于此時得到的清表挖淤界線在某一斷面是等厚的，與實際情況可能不符(如半填半挖斷面)，因此需要根據地質情況對這些斷面的20號線進行編輯修改。然后再次運行程序(選項2－統計工程數量)，即可得出清表、挖淤分段數量清單文件QBBnnnaa.dat。

在生成清表挖淤界線之后，運行挖臺階程序即可生成土質臺階開挖線(201～230號線，分坡段賦線號)并按事先準備好的樁號文件STAnnnaa.crd分段統計并輸出挖臺階及填前夯實分段數量清單文件 TJBnnnaa.dat。

6 生成路基橫斷面設計圖

在路基橫斷面設計完成之后，進入橫斷面成圖模塊，選擇適當的橫斷面成圖約定文件按照本單位的出圖格式與習慣進行必要的編輯、修改，運行約定文件，即可生成某一樁號范圍的路基橫斷面設計圖，如圖1所示。

圖1 公路、道路及鐵路典型路基橫斷面設計圖Fig.1 Roadbed cross sectional design in road，municipal road and railway engineering

7 生成路基防護工程工點設計圖

目前大多數道路設計軟件都未能解決路基防護工程工點圖的自動出圖問題，在路基防護工程較多的山區公路設計中，這一部分工作往往需要耗費大量的時間和精力。根據Card/1軟件的獨特優勢，筆者編制了“生成路基防護工程工點圖”程序，并按照我院的出圖標準和習慣，在＜Card＞核心項目下建立了路基防護工程專用圖形對象庫FHGCTYT.plt，包括各類擋土墻、護墻、護坡及其組合的橫截面圖，截面尺寸表、工程數量表(文本變量)、設計說明等，在生成路基防護工程工點圖時根據需要自動調用。

路基橫斷面設計完成之后，運行“生成路基防護工程工點圖”程序，即可生成路基防護工程工點圖(如圖2)。在成圖過程中，系統可自動或通過人工干預確定防護工程的起訖樁號、插入變化點、插入相應的圖形對象、填寫工程地質概況、計算工程數量并填表。

圖2 公路路塹擋土墻設計圖Fig.2 The design of road cutting retaining wall

8 統計路基防護、排水工程數量

“生成路基防護工程數量清單”程序由各類功能相近的程序模塊組成，包括統計擋土墻、浸水路堤護坡、路塹護墻、路堤骨架護坡、路塹骨架護坡、路塹柔性防護網、邊坡植草等模塊。

在程序中建立路基防護工程數量清單數據文件FHGCBnnn.dat及關于樁號、防護類型、高度、截面積、墻頂寬度、墻底寬度、埋深、坡面長度，挖基面積等數據的數組，按照某一個或一組橫斷面線號在全線或某一樁號范圍內所有斷面進行搜索并將相應的數值賦予數組變量。在獲取擋土墻及實體護墻護坡的截面積時，直接由Card/1的內部函數［XSAREA 0，xh，，0，?mj(i)］(?=L，左側，?=R，右側)給出，對于窗式護墻及骨架護坡，則按照防護高度由給定的公式計算。

按照“由前往后、先左后右”的順序，在數組變量中查詢是否相鄰斷面均存在某一防護設計線，如相鄰斷面中均存在，則將其歸為一段。如相鄰斷面“前無后有”或“前有后無”，則某一防護的起點樁號或終點樁號必在兩斷面之間，可取兩斷面樁號的平均值或按照預定的原則確定該段防護工程的起點樁號或終點樁號。在確定防護工程的起訖樁號時，還需要讀入“橋隧資料文件”(QZLnnn.crd)以判別該段防護工程是否被橋梁或隧道隔斷，如果是，則應將其分為兩段處理。

在防護工程起訖樁號確定之后，調用計算工程數量的程序模塊計算有關工程數量及其累計值，并按照“序號，起訖樁號，左右，長度，類型，高度，工程數量……”的格式寫入數據文件。在程序中分別調用各程序模塊，則可得出包含各類防護工程數量的數據文件。

“生成路基排水工程數量清單”程序與“生成路基防護工程數量清單”程序相似，由路堤邊溝、路塹邊溝、塹頂截水溝、路塹邊坡平臺截水溝、改渠等模塊組成。

在程序中建立路基排水工程數量清單數據文件PSGCBnnn.dat及關于樁號、溝型、溝深、溝底寬度、溝頂寬度、鋪砌厚度、砌體截面積、挖基面積等數據的數組。按照某一個或一組橫斷面線號在全線或某一樁號范圍內所有斷面進行搜索并將相應的數值賦予數組變量。在獲取水溝鋪砌加固的砌體截面積時，由 Card/1的內部函數［XSAREA 0，xh1(水溝線號)，xh2(鋪砌線號)，?mj(i)］給出，路堤邊溝及截水溝的挖基斷面積由函數［XSAREA 0，55(地面線號)，xh1(水溝線號)，?wj(i)］給出的水溝輪廓線與地面線間的面積加上砌體截面積即可得出。

由于在橫斷面設計時所給定的路堤邊溝和改溝的線編號相同，為了加以區別，可以設定了一個表示標準溝寬的變量(公路、鐵路設計時一般采用統一的標準寬度)，當某一樁號處的溝底寬度大于標準溝寬時，則列入改溝或改渠。

排水工程起訖樁號確定原則與防護工程相同，在起訖樁號確定之后，調用計算工程數量的程序模塊計算有關工程數量及其累計值，并按照“序號，起訖樁號，左右，長度，名稱，結構尺寸，工程數量……”的格式寫入數據文件。在程序中分別調用各程序模塊，則可得出包含各類排水工程數量數據文件。

上述程序尤其適用于公路或鐵路的方案研究階段及初步設計階段的路基防護與排水工程數量的統計，如用于施工圖設計，則應根據實際情況對自動生成的工程數量數據文件進行調整或修正，特別是進行了工點設計的地段，其工程數量應以工點設計圖中的數量為準。

通過二次開發，還可以自動生成低填淺挖路基處理、填挖交界路基處理、路面、交通安全設施、路側植樹等與路基橫斷面有關的工程數量清單數據文件。如使用Card/1 V7.7版，上述二次開發程序生成的各類工程數量清單數據文件XXXnnnaa.dat還需要轉換為相應的“工程數量表”作為設計成果。轉換一般可以通過以下方法實現:一是在預先在Card/1系統中繪制各種標準表格，編程由系統自動生成相應的以“*.plt”為后綴的表格圖形文件，但該文件只能在系統內查看和修改，當工程數量表格內容需要調整或者需要跟外部交流時則很不方便;二是用Excel直接打開XXXnnnaa.dat文件，將相關內容拷貝到各類工程數量的Excel標準表格。如使用Card/1 V8.2及以上版本，則可直接生成“XX工程數量表.xls”文件，更為方便、快捷。

9 結論

采用Card/1軟件可以對路基橫斷面進行“信息化”設計，通過對軟件的二次開發，從橫斷面線數據庫中獲取相關信息，能夠實現路基防護、排水、其他有關工程數量清單文件以及“路基防護工程工點設計圖”自動生成，可大幅度地提高工作效率，減輕設計人員的勞動強度。

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