Auto CAD Civil 3D在陆上风电场升压站总图进站道路设计中的应用

齐天宇

（中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司，哈尔滨 150078）

1 引言

风电场升压站是将风电机组的输出电压升高并输送至更高等级电力系统的关键设施，它是风电场运行的重要组成部分[1]。我国幅员辽阔，升压站站址难免选在地质条件复杂的场地，这对电力设计院总图运输专业进站道路的设计提出了新的挑战。进站道路是升压站与现有公路、城市道路或其他工业企业相连接的对外道路，面对较复杂地质条件的进站道路设计是设计人员需要解决的技术问题。

Auto CAD Civil 3D（以下简称Civil 3D）是欧特克公司面向土木行业的建筑信息模型（BIM）解决方案，是业界认可的土木工程道路与土石方解决的软件包，它的三维动态工程模型有助于快速完成道路工程、雨水或污水排放系统的设计[2]。本文介绍应用Civil 3D 在陆上风电场升压站进站道路的设计流程以及相对于传统二维进站道路设计的优点，以期为总图运输专业设计人员提供一种面对较复杂地形条件风电场升压站进站道路的设计思路，完成复杂升压站进站道路的设计。

2 Civil 3D道路设计理念

应用Civil 3D 进行升压站进站道路设计时，路线、纵断面和横断面等均为设计对象，其向下包含的要素线、纵断面图以及横断面图等也都是设计对象，这些设计对象均具有特性和样式两种功能属性，前者可查看对象的信息和参数，后者可管理对象的显示效果[3]，以路线对象为例，图1、图2 为Civil 3D中特性和样式。而传统二维设计中图元的特性信息数量少，缺乏对设计参数的更精确表达。因此，Civil 3D 可以向设计人员提供一种基于BIM 技术的面向对象的设计方法[4]。

图1 路线特性

图2 路线样式

3 Civil 3D升压站进站道路设计流程

3.1 创建地形曲面

开展升压站进站道路设计的首要工作是创建地形曲面，Civil 3D 中的地形曲面数据以不规则三角网形式运行、存储和显示，设计人员可以使用DWG 格式的地形图生成厂址区域的曲面对象，地形图中通常包含高程点、等高线、地形特征线等要素。如果创建的地形曲面中高程对应的坐标信息与真实情况存在差异，可以将有差异的对象批量移动到插入点位置，重新读取文字对象创建地形曲面。

3.2 平曲线设计

完成地形曲面的创建后，就可以在其上进行平曲线设计，即创建路线对象并进行调整，Civil 3D 内平曲线的设计方法包括交点法和曲线单元法。

交点法是道路设计中常用的方法，在Civil 3D 软件中可以使用“切线—切线（没有曲线）”命令直接选取交点并通过直线将交点相连，也可以预先设置圆曲线和缓和曲线的相关参数，再通过“切线—切线（带有曲线）”命令生成圆曲线和缓和曲线，如图3 所示。但是交点法在一些地形复杂区域的道路设计中存在不足，构建的线形有时难以符合所在地形约束条件的要求。

图3 交点法设置圆曲线和缓和曲线

曲线单元法是把平面线型分成多个曲线单元进行组合，Civil 3D 内可创建“固定”“浮动”或“自由”3 种形式的基本单元或单元组，如图4 所示。其中，“固定”单元可以任意创建和编辑，在创建形式上具有最大的自由度；“浮动”单元的一端受限于“固定”或“浮动”单元；“自由”单元的两端是根据“固定”或“浮动”单元进行反算，其自由度最低。曲线单元法适用于路线长度较短，地形复杂、环境限制因素较多的道路设计。

图4 曲线单元形式

3.3 纵断面设计

纵断面设计中主要包括纵断面线和纵断面图的设计，Civil 3D 内可以直接由路线剖切地形曲面生成纵断面，而且路线、纵断面以及地形曲面相互动态关联，修改路线位置时，纵断面也会随之更新。纵断面线的设计先通过纵断面布局工具指定竖曲线类型和参数，然后在纵断面图上绘制变坡点位置和高程，如图5 所示。完成纵断面设计后，通过编辑“纵断面图特性”中的“标签栏”更新数据。需要更改变坡点位置、竖曲线长度等参数时，可以通过编辑“纵断面栅格视图”中的数据实现。

图5 创建纵断面菜单

应用Civil 3D 进行道路纵断面设计全部在一个图纸文件中，整个过程节省了修改、调用数据的时间，提高了设计效率。

3.4 横断面设计

Civil 3D 内的道路横断面设计可以总结为装配式横断面设计，其设计原理是将路面、路肩、边坡以及路缘石等元素视作部件（见图6），然后将其按顺序组装，再通过调整设计参数满足实际工程要求。

图6 道路横断面基本部件

除了使用Civil 3D 数据库提供的部件外，设计人员也可以使用多段线绘制任意几何形状，添加所需的点、连接和造型代码生成新部件，新部件可以保存到数据库。当数据库具备相当数量的部件时，升压站进站道路的横断面设计可以灵活地适应各类实际情况，从而提高设计效率。

3.5 土方量计算

完成道路平曲线、纵断面以及横断面设计后就可以生成道路三维模型，通过特性可以查看与道路相关的各种数据。为了计算土方量，首先需要通过特性窗口设置道路边界，保证道路曲面的正确性；然后设置采样编组特性确定所需采集数据的道路桩号的位置；最后创建计算材质列表，生成填挖方体积表和土方计算报告。

4 Civil 3D在升压站进站道路设计中的优势

传统陆上风电场升压站进站道路设计需要应用不同的软件满足不同的设计内容，成果保存在不同的卷册中，当设计需要更改时，每一册卷册均需要修改。而通过上文叙述可知，Civil 3D 具有高度的集成功能，在设计对象之间建立动态关系，使设计变更保持一致且同步更新，减少了绘图工作量，进而提高了工作效率。Civil 3D 不仅包含Auto CAD 的功能，还拥有岩土、交通、地下管网等领域的设计工具，可以同时满足总图运输专业不同设计内容的需求和不同专业之间的设计协同[5]。因此，将Civil 3D 运用到风电场升压站进站道路设计中具有广泛的应用前景。

5 结语

随着设计软件集成化不断提高，已可以实现在同一软件中完成整个设计过程，设计人员也需要充分了解相关软件的性能，熟练掌握使用方法以应对不同的现实条件。通过简述Auto CAD Civil 3D 在陆上风电场升压站进站道路设计流程，向专业设计人员提供一种面对复杂地质条件时升压站进站道路的设计思路，以期在今后的设计中降低出错概率，保障设计品质。