一種基于三維模型的鐵路站場設計方法初探

肖坤鑫

【摘 要】本文主要介紹了借助Civil 3D 進行鐵路站場設計的一些初步探索經驗。首先，對Civil 3D軟件進行簡要介紹。隨后，文章順序介紹了創建線路平面曲線、縱斷面、標準橫斷面、建立并運用三維模型進行路基土石方計算的詳細步驟，對存在問題作了分析并提出了一些解決思路。最后，對Civil 3D應用于鐵路站場工程設計的可行性做出分析判斷。

【關鍵詞】 Civil 3D 土石方 鐵路 站場 部件 裝配

Civil 3D軟件是由Autodesk公司推出的一款產品，它與AutoCAD軟件的默認文件格式均為DWG格式，Civil 3D中的一些“命令”也與在AutoCAD中的“命令”完全一致。因此將Civil 3D中的三維模型應用到鐵路站場設計中，并輔以一些二次開發來提高工作效率，應是可行的。

1 基于三維模型的土石方計算

1.1 地形處理

在Civil 3D 2012 中，可以通過等高線、文字等圖元創建地形曲面，而且該軟件可與Google Earth互聯互通，圖1中的地形即創建于Google Earth。

圖1 地形及平面圖

創建圖元的過程中應注重各個圖元的命名（如注明左右側），以便在后續的步驟中方便識別。創建的過程中若彈出錯誤或警告，應盡量排除，否則可能會影響后續的結果（下同）。

1.2 創建線路平面曲線

圖1中，地形圖上覆蓋的粗線條代表一個鐵路線路所的平面設計結果，3條細線表示線路所的路基面輪廓。該路基面設計為人字坡，中間的一條細線，即“A-A”連線表示人字坡的分水線，位于兩側的細線表示路基邊緣。

首先，以分水線為基線，通過“從對象創建道路”命令將該多段線轉化為“路線”圖元，并將其特性設置成“中心線”。

將多段線勾勒出來的兩條路基邊線轉化為“偏移路線”。

1.3 設計縱斷面

縱斷面設計可分為兩個步驟，首先通過點擊“ [常用]/[縱斷面圖和橫斷面圖]/[縱斷面圖] /[創建縱斷面圖]”，創建一個空的“縱斷面圖”，之后調出“ [常用]/[創建設計]/[縱斷面] /[縱斷面創建工具]”，進行線路縱斷面設計。

1.4 標準橫斷面設計

標準橫斷面的構建需要借助“裝配”，首先創建一個空的裝配，之后在空裝配標記點的左右兩側分別附著兩個“基本過渡車道”部件，將其“過渡”特性修改為“保留邊坡，更改偏移”。

1.5 生成路基模型及路基曲面

依次點擊“ [常用]/[創建設計]/[道路] /[創建道路]”，啟動命令后，依次選擇已經創建好的基線平面曲線、基線縱斷面及標準橫斷面以創建路基模型，過程中應將左側“基本過渡車道”的邏輯目標設置為“左側”偏移路線，右側同理。

至此，可從上面生成的路基模型切取橫斷面（切取方法詳見下一小節），但只可用來計算基床結構的面積數量，要得到填、挖方總數量，還需進一步將路基模型轉換為曲面（選中路基模型，點擊鼠標右鍵，可找到“道路曲面”一項菜單）。

1.6 切取橫斷面圖

切取橫斷面圖之前，首先需要創建“采樣線”，而創建采樣線的前提又是創建“采樣編組”。所謂的“采樣”其實就是切取橫斷面上的拐點，要在橫斷面圖上反映出哪些圖元，需首先將其納入到采樣對象中去。

1.7 生成土石方報告

生成土石方報告首先應“計算材質”，方法為：點擊“ [分析]/[體積和材質]/[計算材質]”，啟動計算材質對話框，如果是首次啟動，需設置“EG”曲面為1.1小節中下載生成的地形曲面，設置DATUM曲面為1.5小節中生成的路基曲面。如果圖形中不存在代表路基曲面的“道路曲面”，則DATUM曲面下拉列表為空。

通過“總體積表”菜單可查看土石方計算結果表。其中顯示了填方、挖方的總面積。

若將基床表層作為一種“結構”，添加到土石方計算標準中去，還可計算得到基床數量。調用“材質體積表”命令可查看基床體積計算結果。

1.8 存在問題及解決辦法

本文借助“基本過渡車道”得到的基床結構是一個整體，分不出基床表層和底層；而其他車道部件寬度一般都是固定值，也不適應鐵路路基咽喉區寬度變化的設計特點，要得到完全適用于鐵路工程的標準橫斷面，可以通過“部件編輯器”進行設計，也可考慮對Civil 3D進行二次開發。

還有一種思路，即對于同一塊鐵路路基，可以建立幾套路基模型。比如建立第一套模型，將“基本過渡車道”的厚度取值為基床表層的厚度，建立另一套模型，其中“基本過渡車道”的厚度取值為基床表層加基床底層的總厚度，用這兩套模型生成出來的材質數量（基床數量）對應相減，可以間接得出基床底層的數量。

2 其他應用

利用Civil 3D還可以方便地進行取棄土場設計、匯水面積的分析，并且，Civil 3D本身是面向道路設計的，因此，將其用于與鐵路工程相關的道路工程設計完全可行。另外，Civil 3D還可用于綜合管線設計。

3 結語

利用Civil 3D進行鐵路站場設計還是可行的，今后的工作中，立足于Civil 3D，并在其基礎上進行二次開發，可進一步促進鐵路站場設計方法向三維領域發展。希望通過積極的探索，使得三維技術早日在行業中普及開來。

參考文獻：

[1]任耀，戴飛靈，黃偉，吳強，梁勇.AutoCAD Civil 3D 2013 應用寶典[M].上海：同濟大學出版社，2013.