Power InRoads在水利水电工程道路设计中的应用研究

曾　俊　王静斋　刘武军　张　磊



Power InRoads在水利水电工程道路设计中的应用研究

曾俊王静斋刘武军张磊

摘要三维协同设计越来越广泛地应用到水利水电工程中，但是，目前水利水电工程施工道路的设计还主要依靠专业道路设计软件纬地或海地，且已逐渐不能满足三维协同设计发展的需要。对Bentley旗下的PowerInRoads道路设计模块在水利水电工程中的应用做了初步尝试，从DTM建立、几何线性设计、横断面模板设计以及成果输出等几个方面分析了Power InRoads存在的优缺点。随着三维协同设计在水利水电行业逐步深入，以及PowerInRoads软件逐步完善，Power InRoads在水利水电道路设计中应用前景广泛。

关键词BentleyPower InRoads三维协同设计道路设计

随着水利水电行业对精细化设计需求的日益增加，以及信息技术的发展，基于GIS和BIM的三维协同设计已成为水利水电设计的发展方向和趋势。施工交通是水利水电工程中比较重要的部分，通常分为对外交通和场内交通。目前，水利水电工程中进行道路设计比较常用的是纬地道路或海地道路设计系统，这两款三维道路软件自成体系，设计成果与整个项目的三维协同设计成果兼容性较差。本文主要针对Bentley旗下的Power InRoads软件在水利水电工程道路设计中的实用性进行研究，通过妙隘水库施工道路实例从道路的定线、设计、出图、工程量统计、展示以及与整个工程三维模型的兼容性等各方面具体分析论证。

1　Power InRoads软件简介

Power InRoads软件 （PowerCivil for China是其中文版本）是 Bentley公司 2014年推出基于MicroStation平台的三维道路和场地设计软件，它使用OpenRoads技术，与InRoads、GEOPAK和MX等都能良好结合。其中道路设计模块添加了中国规范（JTG D20—2006《公路路线设计规范》、超高规范、加宽规范等），其参数化全关联智能对象设计方式使工程师从道路定线到最终成图都能够更快速、高效的完成。

Power InRoads软件的文件类型主要有以下几种：（1）表面Surface File（.dtm），数字地面模型，包括原始地表面和设计地表面，DTM是进行道路设计的基础；（2）几何项目 （平、纵线性）Geometry Project File（.alg），用于设计、修改和存储道路的平面曲线、纵曲线等；（3）模板库文件Template Library File（.itl），用于设计、修改和存储道路的标准横断面、挡墙等；（4）项目文件Project File（.rwk），表面文件、几何文件和模板库文件的组合。

2　Power InRoads道路设计实例

妙隘水库位于贵州省铜仁市松桃县妙隘乡境内，松桃河一级支流妙隘河上游。坝址位于平皋村附近，距妙隘乡约2.7 km。妙隘水库至姚家沟弃渣场的道路长约 0.5 km，起点设计高程为435.50 m，终点设计高程为441.00 m，路面宽6.0 m。Power InRoad道路设计步骤：（1）建立工程区域数字地面模型DTM；（2）设计道路几何线性（平、纵线性）；（3）根据道路路面及地质要求设计横断面模板；（4）路廊文件设计（动态关联几何文件和模板文件，即可在道路不同桩号段内选择不同的横断面，同时还能进行道路局部加宽，加高等）；（5）工程量统计、出图及三维展示。

2.1数字地面模型

根据工程所在区域的地形图，利用 Power InRoads地形建模功能建立工程区的数字地面模型，如图1所示。

2.2几何线性设计

2.2.1平曲线设计

利用Power InRoads水平线性设计工具，根据道路等级及规范要求，采用交点法设计道路的平面线性，并利用平面线标注工具，根据工程需要进行标注，如图2所示。

图1　工程区数字地面模型

图2　水平线性设计

2.2.2竖曲线设计

利用Power InRoads垂直线性设计工具，根据道路等级及规范要求，采用交点法设计道路的竖曲线，并利用竖曲线标注工具，根据工程需要进行标注，如图3所示。

图3　竖曲线设计

2.3横断面模板设计

利用Power InRoads模板库工具，设计道路标准横断面。道路宽6 m，两侧开挖坡比1∶0.75，回填坡比1∶1.0，路面结构为7 cm厚沥青混凝土面层+20 cm厚水泥稳定土基层+25 cm厚石灰稳定土底基层。建立该工程的模板文件，该模板可以存储多个标准横断面，根据设计需要选择合适的断面用于道路不同桩号段。

2.4路廊设计

创建一个路廊文件，动态关联平面图、纵断面图和横断面模板文件，把设计横断面赋予相应的桩号，生成道路三维模型。

2.5设计成果输出

2.5.1施工图纸

Power InRoads集成了 InRoads的出图功能，利用已得到的三维道路模型，设置间距并对横断面进行标注，批量生成道路的横断面图（限于图幅大小，选取桩号0+000.000典型断面展示），如图4所示。

图4　桩号0+000.000典型横断面

2.5.2工程量统计

Power InRoads可以分层统计道路各部分工程量，并以表格的形式输出。见表1。

表1　工程量统计表

2.5.3道路三维效果图

Power InRoads内置虚拟现实工具，在设计阶段就可以查看动态三维模型，可以给模型附上合适的材质，加入需要的三维模型，比如车道线、绿地、人行道、交通指示灯、指示牌、汽车、树木、建筑等，可以模拟车辆行驶、行人散步以及飞行模式。实时地查看设计的各个角落，还可以制作成动画，应用于路线方案汇报等。如图5简单展示道路三维效果。

图5　道路三维效果图

3　Power InRoads实用性分析

3.1数字地面模型

Power InRoads软件地形模块（Terrain Model）可以利用已知的几何数据 （地形散点、等高线等）创建工程区域的数字地面模型，并可以对生成的DTM进行修改、编辑等操作，且与 Geopak、InRoads等生成的地面模型相互转化利用。地形模块（Terrain Model）操作简单、功能强大、实用性强，适用于水利水电工程。

3.2几何线性和模板设计

Power InRoads已经建立起基于现行 JTG D20—2006《公路路线设计规范》的专用标准数据库，实现设计者根据控制信息自动进行平面布线和自动进行纵断面拉坡并考虑综合优化的自动化、智能化设计。该功能可以在平行式综合考虑多控制因素的前提下自动完成路线平面和纵断面基础设计，设计者只需要在其基础上稍加修改即可采用。Power InRoads还提供丰富的横断面模板库，可以进行道路、隧洞、桥梁设计，同时设计者可以自定义添加、编辑和修改模板。Power InRoads建立的模型包括二维视图和三维模型，包含完整的设计意图和智能对象，支持动态交互和更新，支持多个方案并存，可随时更改激活方案，进行方案比选。

3.3设计成果输出

（1）成果输出包含道路平面图、纵断面图、参数化横断面图和设计表格等。目前Power InRoads可以根据用户定制的参数，自动标注平面、纵断面和横断面，生成平面图和纵断面图以及批量自动生成用户指定桩号区间的所有横断面，得到间距均匀，排列整齐的横断面图、工程量表等。

（2）Power InRoads是以Bentley的MicroStaion为基础平台，因此，Power InRoads设计的三维道路模型能很好的与MicroStaion或AECOsim建立的整个工程的三维模型融合，并利用三维动画渲染技术，生成具有真实感的三维视觉模型，不仅可以清晰地展示工程建筑的主体结构，还能直观地展示各部分的工作原理及施工过程。

4　结语

Power InRoads在数字地面模型建立、三维模型展示以及与整个项目三维设计成果兼容性等方面具有一定的优势，但是在道路几何线性设计方面相对于纬地或海地软件对中国标准规范支持还不够全面，同时施工图纸想要符合现行规范样式要求定制比较烦琐。Power InRoads道路设计在国内水利水电工程中的应用还不广泛，但是，随着整个水利水电行业三维设计工作的不断推广和深入，以及Power InRoads软件的不断完善（Power InRoads与纬地三维道路设计系统兼容），未来有望成为成熟的水利水电工程施工道路解决方案。

参考文献

［1］郭腾峰，刘建蓓，张明波，等.智能布线技术在公路（改）扩建工程中的应用［J］.公路，2004，24（12）：248-252.

［2］郭腾峰.道路三维集成CAD技术 ［M］.北京：人民交通出版社，2006.

［3］顾风华.使用InRoads进行互通式立交平面设计［J］.江苏交通工程，2001，97（3）：21-26.

［4］梁晖，叶锐.在设计院推广三维设计工作的思考［J］.中国建设信息，2014（10）：34-37.

曾俊男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

王静斋男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

刘武军男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

张磊男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

中图分类号TV222

文献标识码B

文章编号1007-6980（2016）01-0014-03

作者简介

收稿日期（2015-11-14）