浅谈国外公路路线计算机辅助设计ＣＡＲＤ／１软件

[摘要]计算机辅助设计(CAD)在工程设计领域的应用，使工程设计的技术手段发生了根本性的变化。在公路设设中，计算机辅助设计技术在公路勘察设计中得到了普遍的应用，并且CAD技术也得到了长足的发展，公路CAD软件及其支撑平台也基本成熟。同时引进了国外优秀的路线设计软件。文章主要介绍德国的CARD／1软件。

[关键词]计算机辅助设计(cAD)；德国CAtLD／1

[作者简介]黎小汉，广西桂东公路管理局工程师，研究方向：公路与桥梁施工、管理和监理。广西梧州。543000

[中图分类号]TP31

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)06-0040-0002

60年前，计算机在运算方面是罕见的机械，由一大堆复杂的齿轮、钝轮和杠杆组成，笨重、麻烦。第二次世界大战期间，机械计算机被真空管计算机所代替，但它同样体积庞大。

1948年，美国贝尔实验室发明了晶体管，于是计算机的命运发生了转折。今天，数千万个晶体管可以被集装于一块只有指甲盖大小的区域内，人们的生活、工作方式发生着巨大变化。

公路路线计算机辅助设计(cAD)就是人类在公路路线设计“智能”的延伸及发展。公路CAD技术作为从事公路行业的必备知识，是设计人员从事公路勘察设计工作的一项基本工具。我国在自主研发CAD技术软件的同时，也积极引进国外同类技术及产品，如目前国际上使用最多且较为先进的就是德国的CARD／1软件。

一、德国CARD／1的特点

德国IBSlT有限公司出品的CARD／1软件系统是一款道路(公路和铁路)勘测设计一体化软件系统。CARD／1软件系统广泛应用于测绘、道路、铁路(磁悬浮列车)和管道的规划、设计和施工。目前，CARD／1系统已经发展到8，0版本，除德文版外，还被译成英文版、中文版、俄文版、波兰文版和匈牙利文版。

(一)高度集成

CARD／l覆盖测绘、道路、铁路、管道设计及施工的全过程。CARD／1是不依赖于其他软件(除操作系统外)就可完成基础数据采集、设计、绘图全过程的软件系统。使用该软件，数据可在应用系统内部高效传递，避免了不同软件之间数据转换的烦琐和出错的可能性。

(二)全面开放

可接受不同来源的数据：已有的平、纵、横断面地面线及设计资料；全站仪数据；航测数据；C-PS数据；既有图扫描数据；激光测量仪数据和其他软件数据。软件提供有国内常用道路工程设计软件数据接口，使设计单位各专业间的协同工作方便、快捷。因此，设计人员可以通过互联网传输数据、资料和图片。绘图控制文件和表格生成程序以源代码方式提供给用户，满足用户的个性化需求，并可进行国际招标文件的编制，有利于我国设计单位参与国际项目的招投标和竞争。CARD／l为用户提供常用的横断面设计源程序，可用于整体式、分离式和台阶式路基设计及截排水沟和挡墙的设计等。

(三)设计与绘图分开

CARD／1的工作过程将设计与绘图分开，设计时只显示与设计相关的信息，设计完成后可通过控制文件产生所需的绘图，设计过程将永久保留。设计调整后，通过绘图控制文件可对绘图进行及时刷新，无需删除原来的图形。

(四)智能化与个性化

CARD／1系统基于数字地面模型，融合了许多模拟、回归分析、自动设计等智能化功能，可使设计者的方案更优、更合理。CARD／1为工程师提供了充分发挥自己智慧和才能的强有力工具，设计者可以按自己的想法设计和出图。

(五)功能精细可靠

经过多年的使用，CARD／1已得到了广大用户的普遍认可。CARD／1整个系统有大小功能1000多项，能满足公路、市政道路和铁路设计各阶段的各种要求，其中包括高速铁路和磁悬浮列车轨道设计。

(六)设计思想先进

CARD／1采用了实用的全站仪野外数据采集、建立地面模型进行道路设计的思想和方法，它可使复杂条件下的多方案比选设计更加方便，使设计的合理性和效率显著提高。

CARD／1路线设计方面采用的是曲线法，其兼容传统的积木法和交点法设计思想，它可以使设计者合理、快速、灵活、方便地达到设计目的。

二、德国CARD／1软件的主要功能

(一)测绘领域

完成测绘工作的三大模块为测量模块、地形图处理模块及数字地面模型处理模块。三个模块相互配合、集中处理测量数据，构成了一个完整的数字地图管理数据库，能够生成多种工程领域所需的地形图。

1，测量模块

以图形交互方式进行工程测量计算，负责传输处理野外勘测数据完成勘测中最基本的工作。它包含的主要处理程序有以下几方面。

(1)放样程序——根据已有的点位及测站坐标计算放样参数。

(2)定向及高程传递程序——用一个或几个联测点的角度、距离计算出被联测点的三维坐标。

(3)基本元素计算程序——根据弧上两点计算弧的圆心、弧长等基本元素的垂直坐标，计算各边形或圆的面积，计算两点之间的斜距和水平距离。

(4)后方交会程序——进行后方交会计算。

(5)前方交会程序——进行前方交会计算。

2，地形图处理模块

建立并管理CARD／1数字地图数据库，为CARD／1系统其他模块的基础。该模块与测量模块在内部交换数据，建立点、线数据库。地形图中等高线来源于数字地面模型(三角网)，等高线间距密度可任意选定，并可进行光滑计算，等高线的标注也较为方便。模块还提供了既有地形图处理功能，它可接收各种比例的光栅扫描图，计算处理后自动跟踪线条，矢量化成为CARD／1数字地图。如果需要还可与数模交换数据，形成数字地面模型，计算出新的等高线。

3，数字地面模型模块

建立、处理三角网数字地面模型，进行工程量计算。该模块为地形图处理模块提供等高线计算基础，具有地面高程内插计算功能，能为设计模块提供路线的纵断面与横断面地面线。

CARD／1数字地面模型的处理是开放的，它能够接收设计数据，形成含有设计道路的数字地面模型。

(二)道路设计领域

在该领域中，软件以三维数字地图数据库为基础，进行道路的三维设计。模块与基本测绘模块的有机结合，使得设计者能够利用CARD／1系统在数字化地图上进行道路设计。

CARD／l系统将道路设计所需的各种平面线形、纵断面坡度组合、横断面形式、超高方式等设计要素归纳为符合设计习惯和思维的“设计目标”概念，进行目标化设计，而不是单纯的绘制线、点等几何图素。设计完成后，CARD／1系统能够自动绘出所需任意比例的平面图、纵断面图、横断面图。再一次修改设计或增加路线方案时，不需手工修改绘图，CARD／1系统能方便地重新自动生成新的设计图纸。

(三)铁路设计领域

铁路设计模块除包括道路设计模块的全部功能外，还针对铁路设计的具体情况，增加了更多适合铁路设计的功能，主要是铁路线形设计模块和道岔设计模块。

1_铁路线形设计模块

缓和曲线段的线形不但有常规的回旋线、三次抛物线、摆线和圆曲线，还增设了适合于高速铁路动力学特性的多种高次曲线线形，如双扭曲线、四次曲线、正弦曲线等。

2，道岔设计模块

可方便、自动地在道岔数据库中选用各种类型道岔，也可建立本国化的道岔数据库，以适应各自国家的设计标准。该模块结合数字化地面模型模块及地形图处理模块可进行复杂的站场设计。此外，灵活的线形计算功能配合强大的横断面开发功能，可很好地进行铁路复线设计及既有线改造工程。

(四)给排水管网设计领域

CARD／l系统可同时进行20余种不同类型的污水、雨水计算，并有能力处理多达30000余个管线给水网络的水力平差计算，容许每个网络中具有1 000多个专门用水单位。软件可进行管网平面图设计，自动或交互式布置管线、检查井、雨水口等，并由程序自动链接，需要时可提取各种比例尺的节点大样图。

CARD／l系统的道路、铁路、管网设计功能，针对不同专业性质，充分归纳了各领域主要工程设计思路，与基本测绘功能结合，形成了一套实用、方便、设计灵活的勘测设计一体化软件系统。

三、结语

目前，我国在公路路线CAD软件的研发和使用方面已经取得了很大的成果，并得到了广泛的推广和应用，如中交第一公路勘察设计研究院立德公司的纬地(HimCAD)软件、东南大学李方软件公司的EICAD软件、中交第二公路勘察设计院的BID-RoM软件等，但与引进的德国的CARD／1软件相比，在设计理念、设计技术、设计功能等方面仍有较大的差距。我国同行如何做好引进、消化、吸收、再创新，未来的路还任重而道远。