基于Card/1軟件的路基橫斷面設(shè)計*

張新兵，張聚文

(中南大學(xué)湖南中大設(shè)計院有限公司，湖南長沙 410075)

在國內(nèi)各相關(guān)單位使用的道路設(shè)計軟件中，平面、縱斷面設(shè)計與出圖均比較成熟和完善，但大部分軟件在路基橫斷面設(shè)計方面卻不盡人意，在許多情況下的設(shè)計往往不能一次到位，需要對設(shè)計圖表進行編輯修改，后續(xù)工作量很大，工作效率較低。Card/1是一種通用性及適應(yīng)性很強的軟件系統(tǒng)，具備深層開放、方便靈活的內(nèi)部開發(fā)語言以及橫斷面數(shù)據(jù)庫集中管理逐樁橫斷面線的獨特優(yōu)勢，設(shè)計人員可以根據(jù)需要進行二次開發(fā)，自行解決路基橫斷面設(shè)計過程中的許多實際問題。

在鐵路、公路或市政道路的平面、縱斷面確定之后，路基橫斷面設(shè)計是相當繁雜的工作。尤其是在地形、地質(zhì)條件較復(fù)雜的山區(qū)，各種類型的防護、排水設(shè)施等均應(yīng)在橫斷面設(shè)計圖中予以體現(xiàn)，設(shè)計時必須綜合考慮，力求使其包含所有需要設(shè)計的內(nèi)容，也就是說需要進行“信息化”設(shè)計。

路基橫斷面設(shè)計完成之后，各類工程數(shù)量的統(tǒng)計也是一項費工、費時的工作。Card/1的橫斷面數(shù)據(jù)庫(PRDnnn07.crd)對逐樁的各類橫斷面線集中管理，以不同的線編號及點編號來識別各類橫斷面設(shè)計線及其特征點，通過二次開發(fā)程序調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)信息，可以自動生成與路基橫斷面有關(guān)的工程數(shù)量清單數(shù)據(jù)文件以及相應(yīng)的工程數(shù)量表，如路基防護、路基排水、低填淺挖路基處理、填挖交界路基處理、清表挖淤、挖臺階及填前夯實、路面、交通安全設(shè)施、植樹綠化等，必要時還可以自動生成路基防護工程工點設(shè)計圖［1－3］。上述工作均可在很短的時間內(nèi)完成，既省時省力，又不易出錯。本文介紹基于Card/1軟件的“信息化”路基橫斷面設(shè)計方法，供同行參考。

1 “信息化”橫斷面設(shè)計的基本思路

公路、鐵路、市政道路的路基邊坡的設(shè)計原則基本相同，主要區(qū)別在于路基面的形狀。根據(jù)這一特點，只要選擇相應(yīng)的繪制路基面及路槽線的程序模塊，就可分別進行鐵路、公路及市政道路的路基橫斷面的設(shè)計［4－7］。

在橫斷面邊坡參數(shù)文件中的每級邊坡設(shè)置一個關(guān)于邊坡防護類型的識別參數(shù)，以不同的數(shù)字代表不同的防護類型，如擋土墻、護墻、護坡、骨架護坡、柔性防護網(wǎng)等。路基橫斷面設(shè)計時根據(jù)該參數(shù)調(diào)用相關(guān)模塊繪制相應(yīng)的防護工程設(shè)計線。［4－7］

在橫斷面設(shè)計主程序中設(shè)置繪制各類防護、排水工程設(shè)計線的模塊，給各類防護、排水工程設(shè)計線賦予特定的線編號，給線上的特征點賦予特定的點編號，在后續(xù)工作中可以方便地調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

在核心項目＜Card＞下，建立各類擋土墻參數(shù)文件(DTQxxx.cfg)，橫斷面設(shè)計時根據(jù)墻高自動查取擋土墻的截面尺寸(鐵路、公路的活載相差較大，路肩擋土墻、路堤擋土墻的截面尺寸不同，應(yīng)分別建立參數(shù)文件)。路塹擋墻的墻高根據(jù)邊坡高度及埋置深度要求確定，路肩擋土墻及路堤擋土墻的墻高可以按照墻頂高程及埋置深度要求自動調(diào)整，也可以在設(shè)計項目下建立兩側(cè)路肩及路堤擋土墻墻高數(shù)據(jù)文件，橫斷面設(shè)計時自動查取擋土墻的高度。

對于左右不等高路基、分離式路基、半橋半路等特殊型式的路基橫斷面，根據(jù)具體情況編制專用程序或模塊進行特殊設(shè)計，可以在橫斷面設(shè)計圖中體現(xiàn)本斷面全部或主要的設(shè)計內(nèi)容。

2 路基橫斷面設(shè)計需要的主要數(shù)據(jù)文件

路基橫斷面設(shè)計需要的外部數(shù)據(jù)文件包括:橫斷面參數(shù)文件HDMCSnnn.crd，，橫斷面地面線文件HDMnnnaa.crd(nnn為軸線號，aa為文件序號，下同)，中樁地面高文件GRAnnnaa.crd，設(shè)計高(縱斷面)文件GRAnnnaa.crd，路基面各部分寬度文件及碎落臺、護坡道寬度文件BRTnnnaa.crd，路面橫坡文件QUEnnnaa.crd，兩側(cè)邊坡參數(shù)文件LISnnnaa.crd，路堤邊溝溝底高程文件GELnnnaa.crd等。其中，公路的行車道寬度文件 BRTnnn01.crd、BRT-nnn02.crd 及橫坡文件 QUEnnn01.crd、QUEnnn02.crd等可運行相關(guān)程序自動生成，必要時再對其進行編輯修改。若某些參數(shù)不隨樁號變化，則可在橫斷面參數(shù)文件HDMCSnnn.crd中直接定義。

路基橫斷面設(shè)計需要的參數(shù)很多，可讀入相關(guān)數(shù)據(jù)文件或在主程序中直接定義。為了增強可追溯性，便于查對，建議軟件使用者盡量以數(shù)據(jù)文件的型式明確設(shè)計參數(shù)。

2.1 橫斷面參數(shù)文件HDMCSnnn.crd

公路、鐵路、市政道路的橫斷面參數(shù)文件中參數(shù)的個數(shù)及定義以及路基橫斷面組成寬度不盡相同。

公路橫斷面參數(shù)文件中，路基面的有關(guān)參數(shù)一般定義如下:

設(shè)計高文件號，中央分隔帶寬度，中央分隔帶高度，設(shè)計高位置(中心、行車道邊緣或曲線內(nèi)側(cè))，行車道、硬路肩路面厚度;

兩側(cè)行車道、硬路肩、土路肩寬度文件號、橫坡文件號、常數(shù)值，碎落臺、護坡道寬度文件號、常數(shù)值、橫坡等。

鐵路橫斷面參數(shù)文件中，路基面的有關(guān)參數(shù)一般定義如下:

設(shè)計高文件號，路拱高度，路拱頂寬，設(shè)計高位置(路肩、軌面)，基床換填厚度，軌道高度;

兩側(cè)路基寬度文件號、加寬文件號及常數(shù)值，碎落臺、護坡道寬度文件號、常數(shù)值、橫坡等。

市政道路橫斷面參數(shù)文件中，路基面的有關(guān)參數(shù)一般定義如下:

兩側(cè)輔道、主車道的縱斷面文件號;

中央分隔帶、分車綠化帶、輔道、內(nèi)側(cè)綠化帶、非機動車道、人行道標、外側(cè)綠化帶標準寬度;

中央分隔帶緣石、分車帶緣石、路側(cè)緣石、綠化帶緣石的高度，主車道、輔道平石寬度;

主車道、輔道、人行道路面厚度;

兩側(cè)主車道、輔道橫坡文件號及常數(shù)值;

道路路幅各組成部分寬度文件號及常數(shù)值，如外側(cè)綠化帶、人行道、非機動車道、內(nèi)側(cè)綠化帶、輔道、分車綠化帶、主車道、中央分隔帶，碎落臺、護坡道寬度文件號、常數(shù)值、橫坡等。

2.2 路基邊坡參數(shù)文件(LISnnn01.crd～LISnnn04.crd)

在橫斷面參數(shù)文件中，按照左側(cè)挖方、左側(cè)填方、右側(cè)挖方、右側(cè)填方的順序，約定路基邊坡參數(shù)文件號，當文件號為0時，則邊坡參數(shù)采用HDMCSnnn.crd文件中給出的常數(shù)值。

橫斷面填、挖邊坡參數(shù)均按:樁號，一級邊坡(坡率，高度，平臺寬度，平臺坡度，防護類型);二級邊坡(坡率，高度，平臺寬，平臺坡度，防護類型);三級邊坡(坡率，高度，防護類型)的順序定義。其中，防護類型的識別參數(shù)由軟件使用者自行約定，為了資源共享，提高工作效率，建議同一設(shè)計單位采用統(tǒng)一的識別參數(shù)。對于邊坡級數(shù)超過三級的深路塹，可以約定按照第二級或第三級邊坡坡高、坡率開挖或修改程序另行處理。

3 防護、排水工程設(shè)計線線編號、點編號的約定

為了便于管理，按照左單右雙的原則，對路肩擋土墻、路堤擋土墻、浸水路堤護坡、路堤骨架護坡、路塹擋土墻、路塹護墻、路塹骨架護坡、路塹邊坡柔性防護網(wǎng)等防護工程設(shè)計線，對路堤邊溝、路塹坡頂截水溝、路塹縱向盲溝、各類水溝的鋪砌線等排水工程設(shè)計線均賦予特定的線編號，給線上特征點賦予特定的點編號。路塹邊溝、邊坡平臺截水溝則通過橫斷面主設(shè)計線(10號線)上特定的點編號識別，如右側(cè)路塹邊溝由編號為4，5，6，7的點組成，右側(cè)一級平臺截水溝由編號為91，92，93，94的點組成，右側(cè)二級平臺截水溝由編號為111，112，113，114的點組成等。

在繪制路基橫斷面設(shè)計圖、防護工程設(shè)計圖以及計算相關(guān)工程數(shù)量時，可以在橫斷面數(shù)據(jù)庫中直接調(diào)用相關(guān)的數(shù)據(jù)。如防護工程設(shè)計線的最高點編號為100，最低點編號110，則防護高度為zn(xh，100)－zn(xh，110)。如將水溝頂、底各點點號依次定義為101，102，103，104，則溝深為 zn(xh，101)－zn(xh，102)，溝底寬為 abs(tn(xh，102)－ zn(xh，103))，溝頂寬為 abs(tn(xh，101)－zn(xh，104))。

4 路基橫斷面主體設(shè)計，生成水溝鋪砌線、路塹縱向盲溝等

在準備好有關(guān)數(shù)據(jù)文件之后，運行橫斷面設(shè)計主程序進行路基橫斷面主體設(shè)計，生成橫斷面主設(shè)計線、路槽線、各類防護及排水設(shè)施設(shè)計線等，可逐樁檢查，對設(shè)計不合理的斷面可修改某些參數(shù)重新設(shè)計。

在橫斷面主體設(shè)計完成之后，根據(jù)預(yù)先準備好的關(guān)于各類水溝的鋪砌型式、厚度、盲溝尺寸等信息的數(shù)據(jù)文件運行專用程序，即可生成水溝鋪砌線、路塹縱向盲溝設(shè)計線等。

5 生成清表挖淤界線、土質(zhì)臺階開挖線，統(tǒng)計工程數(shù)量

預(yù)先準備好清表、挖淤分段文件QBTnnn.crd及相應(yīng)的樁號文件STAnnnaa.crd，明確各路段的清表或挖淤厚度及分段范圍。在橫斷面主體設(shè)計完成之后，運行清表挖淤專用程序(選項1－生成20號線)即生成清表挖淤界線(20號線)，由于此時得到的清表挖淤界線在某一斷面是等厚的，與實際情況可能不符(如半填半挖斷面)，因此需要根據(jù)地質(zhì)情況對這些斷面的20號線進行編輯修改。然后再次運行程序(選項2－統(tǒng)計工程數(shù)量)，即可得出清表、挖淤分段數(shù)量清單文件QBBnnnaa.dat。

在生成清表挖淤界線之后，運行挖臺階程序即可生成土質(zhì)臺階開挖線(201～230號線，分坡段賦線號)并按事先準備好的樁號文件STAnnnaa.crd分段統(tǒng)計并輸出挖臺階及填前夯實分段數(shù)量清單文件 TJBnnnaa.dat。

6 生成路基橫斷面設(shè)計圖

在路基橫斷面設(shè)計完成之后，進入橫斷面成圖模塊，選擇適當?shù)臋M斷面成圖約定文件按照本單位的出圖格式與習(xí)慣進行必要的編輯、修改，運行約定文件，即可生成某一樁號范圍的路基橫斷面設(shè)計圖，如圖1所示。

圖1 公路、道路及鐵路典型路基橫斷面設(shè)計圖Fig.1 Roadbed cross sectional design in road，municipal road and railway engineering

7 生成路基防護工程工點設(shè)計圖

目前大多數(shù)道路設(shè)計軟件都未能解決路基防護工程工點圖的自動出圖問題，在路基防護工程較多的山區(qū)公路設(shè)計中，這一部分工作往往需要耗費大量的時間和精力。根據(jù)Card/1軟件的獨特優(yōu)勢，筆者編制了“生成路基防護工程工點圖”程序，并按照我院的出圖標準和習(xí)慣，在＜Card＞核心項目下建立了路基防護工程專用圖形對象庫FHGCTYT.plt，包括各類擋土墻、護墻、護坡及其組合的橫截面圖，截面尺寸表、工程數(shù)量表(文本變量)、設(shè)計說明等，在生成路基防護工程工點圖時根據(jù)需要自動調(diào)用。

路基橫斷面設(shè)計完成之后，運行“生成路基防護工程工點圖”程序，即可生成路基防護工程工點圖(如圖2)。在成圖過程中，系統(tǒng)可自動或通過人工干預(yù)確定防護工程的起訖樁號、插入變化點、插入相應(yīng)的圖形對象、填寫工程地質(zhì)概況、計算工程數(shù)量并填表。

圖2 公路路塹擋土墻設(shè)計圖Fig.2 The design of road cutting retaining wall

8 統(tǒng)計路基防護、排水工程數(shù)量

“生成路基防護工程數(shù)量清單”程序由各類功能相近的程序模塊組成，包括統(tǒng)計擋土墻、浸水路堤護坡、路塹護墻、路堤骨架護坡、路塹骨架護坡、路塹柔性防護網(wǎng)、邊坡植草等模塊。

在程序中建立路基防護工程數(shù)量清單數(shù)據(jù)文件FHGCBnnn.dat及關(guān)于樁號、防護類型、高度、截面積、墻頂寬度、墻底寬度、埋深、坡面長度，挖基面積等數(shù)據(jù)的數(shù)組，按照某一個或一組橫斷面線號在全線或某一樁號范圍內(nèi)所有斷面進行搜索并將相應(yīng)的數(shù)值賦予數(shù)組變量。在獲取擋土墻及實體護墻護坡的截面積時，直接由Card/1的內(nèi)部函數(shù)［XSAREA 0，xh，，0，?mj(i)］(?=L，左側(cè)，?=R，右側(cè))給出，對于窗式護墻及骨架護坡，則按照防護高度由給定的公式計算。

按照“由前往后、先左后右”的順序，在數(shù)組變量中查詢是否相鄰斷面均存在某一防護設(shè)計線，如相鄰斷面中均存在，則將其歸為一段。如相鄰斷面“前無后有”或“前有后無”，則某一防護的起點樁號或終點樁號必在兩斷面之間，可取兩斷面樁號的平均值或按照預(yù)定的原則確定該段防護工程的起點樁號或終點樁號。在確定防護工程的起訖樁號時，還需要讀入“橋隧資料文件”(QZLnnn.crd)以判別該段防護工程是否被橋梁或隧道隔斷，如果是，則應(yīng)將其分為兩段處理。

在防護工程起訖樁號確定之后，調(diào)用計算工程數(shù)量的程序模塊計算有關(guān)工程數(shù)量及其累計值，并按照“序號，起訖樁號，左右，長度，類型，高度，工程數(shù)量……”的格式寫入數(shù)據(jù)文件。在程序中分別調(diào)用各程序模塊，則可得出包含各類防護工程數(shù)量的數(shù)據(jù)文件。

“生成路基排水工程數(shù)量清單”程序與“生成路基防護工程數(shù)量清單”程序相似，由路堤邊溝、路塹邊溝、塹頂截水溝、路塹邊坡平臺截水溝、改渠等模塊組成。

在程序中建立路基排水工程數(shù)量清單數(shù)據(jù)文件PSGCBnnn.dat及關(guān)于樁號、溝型、溝深、溝底寬度、溝頂寬度、鋪砌厚度、砌體截面積、挖基面積等數(shù)據(jù)的數(shù)組。按照某一個或一組橫斷面線號在全線或某一樁號范圍內(nèi)所有斷面進行搜索并將相應(yīng)的數(shù)值賦予數(shù)組變量。在獲取水溝鋪砌加固的砌體截面積時，由 Card/1的內(nèi)部函數(shù)［XSAREA 0，xh1(水溝線號)，xh2(鋪砌線號)，?mj(i)］給出，路堤邊溝及截水溝的挖基斷面積由函數(shù)［XSAREA 0，55(地面線號)，xh1(水溝線號)，?wj(i)］給出的水溝輪廓線與地面線間的面積加上砌體截面積即可得出。

由于在橫斷面設(shè)計時所給定的路堤邊溝和改溝的線編號相同，為了加以區(qū)別，可以設(shè)定了一個表示標準溝寬的變量(公路、鐵路設(shè)計時一般采用統(tǒng)一的標準寬度)，當某一樁號處的溝底寬度大于標準溝寬時，則列入改溝或改渠。

排水工程起訖樁號確定原則與防護工程相同，在起訖樁號確定之后，調(diào)用計算工程數(shù)量的程序模塊計算有關(guān)工程數(shù)量及其累計值，并按照“序號，起訖樁號，左右，長度，名稱，結(jié)構(gòu)尺寸，工程數(shù)量……”的格式寫入數(shù)據(jù)文件。在程序中分別調(diào)用各程序模塊，則可得出包含各類排水工程數(shù)量數(shù)據(jù)文件。

上述程序尤其適用于公路或鐵路的方案研究階段及初步設(shè)計階段的路基防護與排水工程數(shù)量的統(tǒng)計，如用于施工圖設(shè)計，則應(yīng)根據(jù)實際情況對自動生成的工程數(shù)量數(shù)據(jù)文件進行調(diào)整或修正，特別是進行了工點設(shè)計的地段，其工程數(shù)量應(yīng)以工點設(shè)計圖中的數(shù)量為準。

通過二次開發(fā)，還可以自動生成低填淺挖路基處理、填挖交界路基處理、路面、交通安全設(shè)施、路側(cè)植樹等與路基橫斷面有關(guān)的工程數(shù)量清單數(shù)據(jù)文件。如使用Card/1 V7.7版，上述二次開發(fā)程序生成的各類工程數(shù)量清單數(shù)據(jù)文件XXXnnnaa.dat還需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的“工程數(shù)量表”作為設(shè)計成果。轉(zhuǎn)換一般可以通過以下方法實現(xiàn):一是在預(yù)先在Card/1系統(tǒng)中繪制各種標準表格，編程由系統(tǒng)自動生成相應(yīng)的以“*.plt”為后綴的表格圖形文件，但該文件只能在系統(tǒng)內(nèi)查看和修改，當工程數(shù)量表格內(nèi)容需要調(diào)整或者需要跟外部交流時則很不方便;二是用Excel直接打開XXXnnnaa.dat文件，將相關(guān)內(nèi)容拷貝到各類工程數(shù)量的Excel標準表格。如使用Card/1 V8.2及以上版本，則可直接生成“XX工程數(shù)量表.xls”文件，更為方便、快捷。

9 結(jié)論

采用Card/1軟件可以對路基橫斷面進行“信息化”設(shè)計，通過對軟件的二次開發(fā)，從橫斷面線數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)路基防護、排水、其他有關(guān)工程數(shù)量清單文件以及“路基防護工程工點設(shè)計圖”自動生成，可大幅度地提高工作效率，減輕設(shè)計人員的勞動強度。

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