一种基于三维模型的铁路站场设计方法初探

肖坤鑫

【摘 要】本文主要介绍了借助Civil 3D 进行铁路站场设计的一些初步探索经验。首先，对Civil 3D软件进行简要介绍。随后，文章顺序介绍了创建线路平面曲线、纵断面、标准横断面、建立并运用三维模型进行路基土石方计算的详细步骤，对存在问题作了分析并提出了一些解决思路。最后，对Civil 3D应用于铁路站场工程设计的可行性做出分析判断。

【关键词】 Civil 3D 土石方 铁路 站场 部件 装配

Civil 3D软件是由Autodesk公司推出的一款产品，它与AutoCAD软件的默认文件格式均为DWG格式，Civil 3D中的一些“命令”也与在AutoCAD中的“命令”完全一致。因此将Civil 3D中的三维模型应用到铁路站场设计中，并辅以一些二次开发来提高工作效率，应是可行的。

1 基于三维模型的土石方计算

1.1 地形处理

在Civil 3D 2012 中，可以通过等高线、文字等图元创建地形曲面，而且该软件可与Google Earth互联互通，图1中的地形即创建于Google Earth。

图1 地形及平面图

创建图元的过程中应注重各个图元的命名（如注明左右侧），以便在后续的步骤中方便识别。创建的过程中若弹出错误或警告，应尽量排除，否则可能会影响后续的结果（下同）。

1.2 创建线路平面曲线

图1中，地形图上覆盖的粗线条代表一个铁路线路所的平面设计结果，3条细线表示线路所的路基面轮廓。该路基面设计为人字坡，中间的一条细线，即“A-A”连线表示人字坡的分水线，位于两侧的细线表示路基边缘。

首先，以分水线为基线，通过“从对象创建道路”命令将该多段线转化为“路线”图元，并将其特性设置成“中心线”。

将多段线勾勒出来的两条路基边线转化为“偏移路线”。

1.3 设计纵断面

纵断面设计可分为两个步骤，首先通过点击“ [常用]/[纵断面图和横断面图]/[纵断面图] /[创建纵断面图]”，创建一个空的“纵断面图”，之后调出“ [常用]/[创建设计]/[纵断面] /[纵断面创建工具]”，进行线路纵断面设计。

1.4 标准横断面设计

标准横断面的构建需要借助“装配”，首先创建一个空的装配，之后在空装配标记点的左右两侧分别附着两个“基本过渡车道”部件，将其“过渡”特性修改为“保留边坡，更改偏移”。

1.5 生成路基模型及路基曲面

依次点击“ [常用]/[创建设计]/[道路] /[创建道路]”，启动命令后，依次选择已经创建好的基线平面曲线、基线纵断面及标准横断面以创建路基模型，过程中应将左侧“基本过渡车道”的逻辑目标设置为“左侧”偏移路线，右侧同理。

至此，可从上面生成的路基模型切取横断面（切取方法详见下一小节），但只可用来计算基床结构的面积数量，要得到填、挖方总数量，还需进一步将路基模型转换为曲面（选中路基模型，点击鼠标右键，可找到“道路曲面”一项菜单）。

1.6 切取横断面图

切取横断面图之前，首先需要创建“采样线”，而创建采样线的前提又是创建“采样编组”。所谓的“采样”其实就是切取横断面上的拐点，要在横断面图上反映出哪些图元，需首先将其纳入到采样对象中去。

1.7 生成土石方报告

生成土石方报告首先应“计算材质”，方法为：点击“ [分析]/[体积和材质]/[计算材质]”，启动计算材质对话框，如果是首次启动，需设置“EG”曲面为1.1小节中下载生成的地形曲面，设置DATUM曲面为1.5小节中生成的路基曲面。如果图形中不存在代表路基曲面的“道路曲面”，则DATUM曲面下拉列表为空。

通过“总体积表”菜单可查看土石方计算结果表。其中显示了填方、挖方的总面积。

若将基床表层作为一种“结构”，添加到土石方计算标准中去，还可计算得到基床数量。调用“材质体积表”命令可查看基床体积计算结果。

1.8 存在问题及解决办法

本文借助“基本过渡车道”得到的基床结构是一个整体，分不出基床表层和底层；而其他车道部件宽度一般都是固定值，也不适应铁路路基咽喉区宽度变化的设计特点，要得到完全适用于铁路工程的标准横断面，可以通过“部件编辑器”进行设计，也可考虑对Civil 3D进行二次开发。

还有一种思路，即对于同一块铁路路基，可以建立几套路基模型。比如建立第一套模型，将“基本过渡车道”的厚度取值为基床表层的厚度，建立另一套模型，其中“基本过渡车道”的厚度取值为基床表层加基床底层的总厚度，用这两套模型生成出来的材质数量（基床数量）对应相减，可以间接得出基床底层的数量。

2 其他应用

利用Civil 3D还可以方便地进行取弃土场设计、汇水面积的分析，并且，Civil 3D本身是面向道路设计的，因此，将其用于与铁路工程相关的道路工程设计完全可行。另外，Civil 3D还可用于综合管线设计。

3 结语

利用Civil 3D进行铁路站场设计还是可行的，今后的工作中，立足于Civil 3D，并在其基础上进行二次开发，可进一步促进铁路站场设计方法向三维领域发展。希望通过积极的探索，使得三维技术早日在行业中普及开来。

参考文献：

[1]任耀，戴飞灵，黄伟，吴强，梁勇.AutoCAD Civil 3D 2013 应用宝典[M].上海：同济大学出版社，2013.