计算机3D建模技术在公路桥梁互通立交等中的应用

朱文学

【摘 要】近年来，计算机及其相关技术的发展非常快，三维技术就是其中应用最广的技术之一，在广告、影视、游戏等领域已成为不可或缺的常用技术，而在建筑行业中的推广也收到了很好的效果。随着社会经济的快速发展，城市建设的速度也不断加快，为了满足日益增长的城市生活、生产需要，公路、桥梁、互通立交等工程项目不仅在数量上大幅度增加，而且在规模上呈现出越来越大的趋势，工程成本投入也随之增加。因此，在投入建设前，采用3D技术进行工程项目建模，可以直观地展示工程的建成效果，并对工程设计进行提前审查，找出设计中存在的问题，进行设计方案优化，对于节省工程成本、减少因设计不合理造成的经济损失具有重要意义。文章就3D建模技术在公路桥梁互通立交等中的应用进行了分析，希望该技术能为相关工程的设计提供更大的帮助。

【关键词】3D建模；计算机；公路桥梁；互通立交；技术应用

【中图分类号】TP391 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0205-02

0 引言

3D技術是基于计算机和信息技术而形成的数字模型技术，原本主要用于动画、广告、影视、网络游戏等领域，随着该技术的逐渐成熟，更多行业开始引进和推广。在建筑行业中，3D技术主要用于工程项目的设计建模，其作用是对设计方案进行立体、直观地展现，并对方案进行优化，使工程项目的整体结构和外观更为合理、实用、美观。尤其是在设计结构复杂的工程项目中，如公路、桥梁、互通立交等，3D建模技术对于保证工程设计的合理性，避免设计错误造成的经济效益和社会效益损失方面所起到的作用越来越突出。目前采用3D技术进行建模，主要的应用软件为AUTOCAD、3DMAX、PHOTOSHOP等。本文就这3D建模技术在公路桥梁互通立交等工程项目中的意义、应用方法和流程进行简要介绍。

1 3D建模技术对公路桥梁互通立交等的意义

城市建设与建筑行业的发展与社会经济有密切关系，在我国社会经济快速发展的带动下，城市建设的步伐不断加快，从而促进了建筑行业在工程项目的设计方面不断进行革新，为科学解决城市人口增长、交通压力变大的问题，对于公路桥梁互通立交项目的投入越来越多，旨在提升城市形象、拉动社会投资，形成强大的社会效益和经济效益，最终实现城市发展的目的。与过去相比，公路桥梁互通立交项目已开始向多元性、功能性、美观性转变，其整体结构也随之变得更为复杂，对工程设计和施工人员都提出了更高难度的要求。以往，由于技术条件所限，相关工程的设计及施工部署只能通过平面图纸或手绘图形进行，对于设计的合理性、施工的可预见性缺乏深入的分析。

首先，在设计方面时常会因为对互通立交项目的结构复杂化要求，增加设计的难度，相关设计如果无法满足城市规划的实际需求，最终会导致项目完工交付使用后出现各种问题。比如结构设计达不到荷载要求、无法实现改善城市交通拥堵现象、影响交通的正常秩序、施工技术难以达到设计标准的要求而造成工程项目的整体质量不达标等。

其次，在施工方面，由于设计标准的提升，对于施工工艺及现场施工的流程安排及推进的要求也提出了更高标准。而传统的平面图纸无法直观展现设计思路和意图，在具体操作过程中常会出现进度安排不合理、机械布置及堆场布置混乱、机械碰撞隐患等一系列问题，为施工的顺利开展埋下隐患，造成对后期施工推进的一连串影响。

由于公路桥梁互通立交项目属于市政建设性质，其社会效益和经济效益的体现同等重要。一旦工程出现问题，不仅会使相关的建设成本投入蒙受巨大损失，还会形成较严重的社会影响。而这一类工程一般规模较大，一旦建成发现问题之后也难以拆除，会对城市交通网络形成负面效应。

3D建模技术正好可以有效弥补公路桥梁互通立交项目设计建设过程中的这些缺陷，通过3维建模，将工程的设计及施工部署进行立体直观地呈现出来，使工程设计、施工人员可以有效地进行可行性模拟分析、冲撞分析，并对现场施工单位、部门进行可视化交底，使其各方明确清晰设计意图，为高效准确地完成工程发挥重要作用。

2 3D建模技术在立体交叉中枢纽形式工程中的应用

在城市交通工程项目中，互通立交的应用广泛，并且因为工程所处区域的地理位置和设计需求，形成多种多样的形式，如菱型、枢纽型、单喇叭型、双喇叭型、苜蓿叶型等，下面就3D建模技术在此类型工程建模中的应用进行举例说明。

公路桥梁互通立交建筑的结构，一般情况下都是由主线和匝道2个部分构成，这2个部分的道路、桥梁连接形式较为多样，通过对不同形式的利用形成各个构造物的特点，针对这一类型建筑物的模型，可以分为三大类：连续带状实体模型，即路基、护栏、连续路面标线、人行道、路面结构、桥梁上部结构等结构的模型；离散构筑物实体模型，即路灯、桥墩、栏杆、交通标志牌等结构的模型；面模型，即立交建筑所在地的地面模型。这三大类结构的模型均可采用3DMAX的不同技术完成，如连续带状实体模型可以用放样造型实体完成，离散构筑物实体模型可以用各种基本实体造型编辑生成，针对面模型的制作，3DMAX中也有专门的面模型进行生成。

（1）连续带状实体模型。连续带状实体模型是立交三维实体模型中的主体结构，它体现的是立交建筑的主要框架，建模过程主要通过3个步骤完成。？譹？訛模型放样路径生成。首先，依据材质、结构的区别，将主线和各匝道进行分段，相同的材质、结构可划分为一段，再对这些分段路径进行编号，以便识别。这一部分工作对于立交建筑3D建模的整体定位和快捷性有重要作用。其次，求各路径的三维曲线，将建筑设计方案中对主线与匝道的初步拉坡定线设计生成的平面线位数据、纵断面设计数据，引入模型中，求出设计线的逐桩坐标和逐桩高程，利用LISP程序读出坐标高程，自动生成空间曲线，再对这些空间曲线进行保存，即可完成。？譺？訛模型放样截面生成。利用AUTOCAD绘制不同路径的截面，操作要点是需要以与放样路径相同的尺寸单位进行编制，如果路径截面沿该分段没有变化，则只需绘制一个截面，若路径截面发生变化，则需对变化路径进行横截面生成。将这些横截面文件导入3DMAX，即可生成截面模型SHARP。？譻？訛实体模型生成。由于三维放样路径是以实际的设计坐标和高程在软件中生成，且放样截面也是以实际尺寸进行绘制，因此生成的三维放样实体是以实际定位生成，这有效避免了立交建筑中各种线的复杂组成而导致的定位困难问题，正因为3D技术的这一特点，使得长期困扰立交建模的定位问题得以解决。

（2）离散构筑物实体模型。在立交建筑设计中，离散构筑物所起到的作用是使立交建筑的功能得以有效实现和完善。这些离散构筑物有些是呈规律性分布的，如栏杆、路灯等，有些则没有固定的位置，如交通标志牌、高杆灯等。采用3DMAX对这些构筑物进行模型处理，可得到更精确的模型效果。利用维放变形、扭曲变形、倾斜变形、倒角变形及布尔运算，生成三维实体，再根据离散实体与放样路径之间的关系，进行复制、移動、定位，即可将这些离散实体以准确的定位放置在模型中。

（3）面模型。面模型主要用于直观反应立交建筑的地面与现状地形的结合情况，因此应在地形图上划分坐标网格，利用AUTOCAD软件编制LISP程序，以读取地面坐标和高程灵敏数据，这样即可生成符合实际地形标高的面模型。再对建筑面的不同材质进行渲染，即可生成立交的三维效果、形式、平面与立面的组合关系，全面地反映立交建筑的交通组织方式。再以灯光效果进行处理，即可得到立交建筑的照明设计效果。

3 后期处理

完成渲染输出后，3DMAX在建模中的使命完成，接下来需要采用PS技术进行后期处理。在生成立交三维模型的过程中，有一些不太完美的地方，均可由后期处理进行完善。先用数码相机将建筑周边的环境拍摄下来，再对图片进行包括亮度、对比度、色阶等基础参数的调整，之后通过建立各个图层完成布景布置，最后进行合成即可。也可结合实际需要，对摄像机的高度、角度、位置等进行调整，以达到最佳的视觉效果。还可以在模型中加入景观、绿化设计等。

4 结语

本文对公路桥梁互通立交应用3D建模技术采用包括CAD、3DMAX、VRay、PS等在内的多种制图专业软件进行工程设计模型建立的方法和流程进行了阐述，对计算机建模的常用思路进行了分析，为公路桥梁互通立交项目建模的模型及动画效果的展现提供了一些支持。作为一种新兴的技术，3D建模技术在建筑行业尤其是公路桥梁互通立交工程项目中的应用前景非常广阔，还可由此扩展，实现工程项目景观、路面、路基、施工过程动画等多方面的演示。因此，需要不断深入对该技术的应用研发，进一步实现建筑行业的品质提升。

参 考 文 献

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[责任编辑：陈泽琦]