AUTODESK Civil 3D软件中道路设计和建模功能的特性应用

赵 威

中交一公局集团有限公司海外事业部

1 引言

BIM软件Civil3D是Autodesk公司为土木行业提供的三维设计方案解决软件，适用于多个不同土木领域。Civil3D 功能非常强大，基于曲面这个功能能形成三维数字地形模型。从而可直观、快速、准确地计算土方量、绘制纵横断面图、查看三维模型等功能。同时Civil3D软件还有二次接口开发可接入其他软件，并具有强大的项目管理功能，为土木建设工程提供了完整的解决方案。

2 曲面

曲面是这个软件最基础的部分，在以往进行路线设计的时候，我们几乎没有听说过“曲面”这个词，当然，在了解这款软件之后也才发现，它一般表示原始三维地形图，相当于DTM 的功能。其实曲面这个词在CAD 三维空间里有这个定义，它需要我们人为的用点或者面去定义，表示某区域的三维几何形态，然后才能用于计算面积、体积等参数。在CIVIL3D里面，曲面则表示一个三维区域模型，不过这个曲面是动态的，即曲面在被更改后，他会自动更新重新构建，而且曲面在曲面特性中可以自行筛选特定的点来构建曲面。

但是CIVIL 3D 作为一款比较强大的软件，它既然可以定义曲面，那么它所能表示的可不止地形，它可以把任意点集合组成曲面，还可以根据道路元素定义曲面。比如说，在某地形位置有A、B两条道路交叉，那么在设计A路线的时候，参考曲面为地形曲面，即通过对A路线“戴帽子”与地形曲面相交，生成三维道路模型；然后在设计B路线的时候，参考曲面为地形曲面和A曲面，将A 道路定义成一个新的曲面，即从基本道路模型中提取的数据创建的曲面，以此来与B路线相交。同样的道路，当一个道路模型生成后，如果对某个桩号区间内的边坡进行植草或浆砌护坡，而需要计算面积的话，则可以定义这段桩号区间内的边坡为曲面，然后计算该曲面面积等。这样就体现出一个很大的优点就是：在一个CAD图形文件里面可以定义多个对象（项目），也就是说可以创建多个曲面、多个道路等。

如下图所示为meyo互通地形曲面，它是先由软件导入测量采集的地形点，构网后由若干平三角形组成，通过曲面“定义”功能筛选平三角形最大长度可以过滤掉一些不合适的三角网，下图中三个空白区域内没有地形典故不参与曲面构网。

由于该软件的标签和样式功能强大，所以我们还可以对不同的曲面采用不同的样式加以区分，比如下图中同样一个曲面，分别采用坡面方向、高程、等高线来表示曲面，具有不同的表达效果，非常直观。

如果项目地形曲面过大，对于电脑来说运行起来非常卡顿，而该软件设置了“遮罩”这种功能，它可以将选定区域以内或以外部分的地形暂时隐藏起来，节省计算时间以提高电脑运行速度。比如说我们建立了一个全部的地形曲面，但现在想在其中一小部分进行道路或场地设计故可以用多段线将我们需要的部分包围起来，然后使用“遮罩”功能将多段线以外的部分隐藏，它还是真是存在的，只不过是为了提高电脑运行速度没有让它显示而已。

该软件还可以对曲面范围内进行流域分析，其原理是任何一个曲面都是由无数三角网所构成，根据每个三角网的平面方向，以判定水的流向和汇集区域，然后系统自动根据高程变化方向勾勒出跌水线，并根据样式形式将其显示出来。

事实上，该软件在曲面样式中可以随意设置需要显示的信息，如格栅、地形点、三角网等，在需要的时候打开显示，不需要的时候关闭隐藏即可。另外由于该软件的标签功能，还可以以自己喜欢的样式在曲面上标示出任意某点的坡率、标高等信息，而且是动态更新的，只要你手动拖动至任意位置，将自动更新到新位置的数据。

图1 Meyo互通地形曲面

3 路线

路线平面设计同样采取交点法、积木法，但该软件的路线设计比较人性化，由于CIVIL 3D是个面向于对象的软件，所以在图中画出来是什么样子路线就是什么样子，你可以自己在软件中一段一段的自定义路线，也可以利用已经定义好的多段线，将其直接定义为路线。它的图形形式和数据是完全匹配的，他与以往路线软件的最大区别是：一个以图形为对象，一个以数据为对象。

在拉线过程中，按照正常方法一步一步拉线，修改时可以通过选择图元精确修改文件参数做到修改的目的，也可以直接在图形上拉取和修改，比如鼠标拖动交点、半径或者曲线中点的位置，桩号实时更新，都是非常直观的。

在“几何图形编辑器”中，通过路线栅格视图，可以打开一个路线图元表，在此处将图元解除锁定后，可以任意读取和修改几何参数，比如坐标、缓和曲线参数等，也可以将这些数据导出。

平面线性设计除了根据路线创建窗口自己拉线外，它还有一个非常好用的功能，就是可以直接选取图元作为路线对象，也就是说可以直接从CAD 图形文件中读取这一系列图元，软件直接将此图元转换成设计路线。

另外，该软件有个“快速纵断面功能”，就是在平曲线设计的时候，可以实时观测到该路线的地形起伏情况，并且随平曲线的移动而更新，同时还可以对平曲线进行偏移，同步观测偏移位置的地形起伏情况。

竖曲线的设计同样也是基本采用交点法，也可以像平曲线那样随时拉动，其过程比较简单，跟平曲线设计一样也可以为每个点设置标高标签、坡度标签等，如下是给同一竖曲线设置的不同样式，可以给定不同的颜色、线条形式、交点显示等。

如发现竖曲线参数不满足规范的指标，可以直接在“纵断面图元”里进行输入修改。如变坡点高程、变坡点桩号、竖曲线半径、坡度、坡长等。也可以直接对纵断面进行拖拽操作。数据会及时更新在全景窗口中，同时，纵断面标签也会同步更新。

4 装配

横断面设计在CIVIL3D 中叫作“装配”，装配中的每个子图元叫作“部件”，由每个部件一点点叠加组合形成一个装配。这个功能属于该软件的核心功能，实际上就是根据宽度来确定超车道、行车道、路肩、分隔带等在道路横向上的标准布局。也就是常说的标准横断面设计。道路的实际横断面往往是通过道路平面和施工横断面来反映。

CIVIL 3D 的标准横断面设计比较复杂，它只能通过给每个断面部件编制代码并建立联系关系，部件是构成道路装配的基本单元。而部件则是由点、连接和造型三种几何单元组成。我们可以为每一个几何单元（点、连接、造型）指定不同的名字以示区别，这个名字就称作为代码。每一个几何单元（点、连接、造型）的代码可以有多个，但是这些代码不可以重复。

装配完成后，基本可以开始道路建模了，在建模的过程中，具有相同代码的几何单元被连接成为连续的构造。而没有代码的几何单元则不会被连接。横断面宽度可以从感官上直接感受出来，但是边坡坡率在装配中是固定的角度，需要在特性中更改坡率。

如图2所示，通过创建道路生成的道路模型又路面和边坡，可以看到只有两种元素，分别是线和点，他们分别表示“点”和“连接”，图2中的道路就是由这些若干元素构成的。

图2 “装配”组成的道路模型

一般先完成中心线右侧的部件，右击选择“镜像”—单击装配中心线，这样就完成了整幅路的标准装配，因为绝大多数情况下标准横断面是左右对称的，而且这样可以省去重复的工作，不过在特殊情况如左右不对成的时候，还是需要人为修改。

5 道路

在路线、纵断面、装配都完成后，基本可以开始道路计算了，值得注意的是，在计算前设定好各类参数，而且务必需要将目标曲面放入，然后才能出道路曲面。

同样的，在生成道路模型后，如果地形曲面、平纵横等任何一个对象发生了变化，软件还是会提醒你是否重新生成道路，并且会自动在道路名称的前面增加一个三角形符号，告诉你现在的道路是已经过期的，这是非常方便的。

图3 道路曲面创建完成

图4 道路模型

6 结语

最后，这只是整个项目道路的其中一部分，所以考虑到计算机的运行速度，在做道路设计时可以在同一个DWG 文件里面，把道路分成若干段分别设计，通过调整样式把其余的隐藏掉就行。

CIVIL 3D软件是一款很强大的软件，它与其他软件相比，具有非常直观的优点。目前它在土木行业所应用的只是很小的一部分，其实它在综合模型、项目管理、工程量计算等方面还有广泛地应用前景。相信这款软件会凭借其强大的功能和人性化的体验，在将来的土木行业会有更广阔的应用空间。