計算機3D建模技術(shù)在公路橋梁互通立交等中的應(yīng)用

朱文學(xué)

【摘 要】近年來，計算機及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展非?？欤S技術(shù)就是其中應(yīng)用最廣的技術(shù)之一，在廣告、影視、游戲等領(lǐng)域已成為不可或缺的常用技術(shù)，而在建筑行業(yè)中的推廣也收到了很好的效果。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設(shè)的速度也不斷加快，為了滿足日益增長的城市生活、生產(chǎn)需要，公路、橋梁、互通立交等工程項目不僅在數(shù)量上大幅度增加，而且在規(guī)模上呈現(xiàn)出越來越大的趨勢，工程成本投入也隨之增加。因此，在投入建設(shè)前，采用3D技術(shù)進行工程項目建模，可以直觀地展示工程的建成效果，并對工程設(shè)計進行提前審查，找出設(shè)計中存在的問題，進行設(shè)計方案優(yōu)化，對于節(jié)省工程成本、減少因設(shè)計不合理造成的經(jīng)濟損失具有重要意義。文章就3D建模技術(shù)在公路橋梁互通立交等中的應(yīng)用進行了分析，希望該技術(shù)能為相關(guān)工程的設(shè)計提供更大的幫助。

【關(guān)鍵詞】3D建模；計算機；公路橋梁；互通立交；技術(shù)應(yīng)用

【中圖分類號】TP391 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）04-0205-02

0 引言

3D技術(shù)是基于計算機和信息技術(shù)而形成的數(shù)字模型技術(shù)，原本主要用于動畫、廣告、影視、網(wǎng)絡(luò)游戲等領(lǐng)域，隨著該技術(shù)的逐漸成熟，更多行業(yè)開始引進和推廣。在建筑行業(yè)中，3D技術(shù)主要用于工程項目的設(shè)計建模，其作用是對設(shè)計方案進行立體、直觀地展現(xiàn)，并對方案進行優(yōu)化，使工程項目的整體結(jié)構(gòu)和外觀更為合理、實用、美觀。尤其是在設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程項目中，如公路、橋梁、互通立交等，3D建模技術(shù)對于保證工程設(shè)計的合理性，避免設(shè)計錯誤造成的經(jīng)濟效益和社會效益損失方面所起到的作用越來越突出。目前采用3D技術(shù)進行建模，主要的應(yīng)用軟件為AUTOCAD、3DMAX、PHOTOSHOP等。本文就這3D建模技術(shù)在公路橋梁互通立交等工程項目中的意義、應(yīng)用方法和流程進行簡要介紹。

1 3D建模技術(shù)對公路橋梁互通立交等的意義

城市建設(shè)與建筑行業(yè)的發(fā)展與社會經(jīng)濟有密切關(guān)系，在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的帶動下，城市建設(shè)的步伐不斷加快，從而促進了建筑行業(yè)在工程項目的設(shè)計方面不斷進行革新，為科學(xué)解決城市人口增長、交通壓力變大的問題，對于公路橋梁互通立交項目的投入越來越多，旨在提升城市形象、拉動社會投資，形成強大的社會效益和經(jīng)濟效益，最終實現(xiàn)城市發(fā)展的目的。與過去相比，公路橋梁互通立交項目已開始向多元性、功能性、美觀性轉(zhuǎn)變，其整體結(jié)構(gòu)也隨之變得更為復(fù)雜，對工程設(shè)計和施工人員都提出了更高難度的要求。以往，由于技術(shù)條件所限，相關(guān)工程的設(shè)計及施工部署只能通過平面圖紙或手繪圖形進行，對于設(shè)計的合理性、施工的可預(yù)見性缺乏深入的分析。

首先，在設(shè)計方面時常會因為對互通立交項目的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化要求，增加設(shè)計的難度，相關(guān)設(shè)計如果無法滿足城市規(guī)劃的實際需求，最終會導(dǎo)致項目完工交付使用后出現(xiàn)各種問題。比如結(jié)構(gòu)設(shè)計達不到荷載要求、無法實現(xiàn)改善城市交通擁堵現(xiàn)象、影響交通的正常秩序、施工技術(shù)難以達到設(shè)計標準的要求而造成工程項目的整體質(zhì)量不達標等。

其次，在施工方面，由于設(shè)計標準的提升，對于施工工藝及現(xiàn)場施工的流程安排及推進的要求也提出了更高標準。而傳統(tǒng)的平面圖紙無法直觀展現(xiàn)設(shè)計思路和意圖，在具體操作過程中常會出現(xiàn)進度安排不合理、機械布置及堆場布置混亂、機械碰撞隱患等一系列問題，為施工的順利開展埋下隱患，造成對后期施工推進的一連串影響。

由于公路橋梁互通立交項目屬于市政建設(shè)性質(zhì)，其社會效益和經(jīng)濟效益的體現(xiàn)同等重要。一旦工程出現(xiàn)問題，不僅會使相關(guān)的建設(shè)成本投入蒙受巨大損失，還會形成較嚴重的社會影響。而這一類工程一般規(guī)模較大，一旦建成發(fā)現(xiàn)問題之后也難以拆除，會對城市交通網(wǎng)絡(luò)形成負面效應(yīng)。

3D建模技術(shù)正好可以有效彌補公路橋梁互通立交項目設(shè)計建設(shè)過程中的這些缺陷，通過3維建模，將工程的設(shè)計及施工部署進行立體直觀地呈現(xiàn)出來，使工程設(shè)計、施工人員可以有效地進行可行性模擬分析、沖撞分析，并對現(xiàn)場施工單位、部門進行可視化交底，使其各方明確清晰設(shè)計意圖，為高效準確地完成工程發(fā)揮重要作用。

2 3D建模技術(shù)在立體交叉中樞紐形式工程中的應(yīng)用

在城市交通工程項目中，互通立交的應(yīng)用廣泛，并且因為工程所處區(qū)域的地理位置和設(shè)計需求，形成多種多樣的形式，如菱型、樞紐型、單喇叭型、雙喇叭型、苜蓿葉型等，下面就3D建模技術(shù)在此類型工程建模中的應(yīng)用進行舉例說明。

公路橋梁互通立交建筑的結(jié)構(gòu)，一般情況下都是由主線和匝道2個部分構(gòu)成，這2個部分的道路、橋梁連接形式較為多樣，通過對不同形式的利用形成各個構(gòu)造物的特點，針對這一類型建筑物的模型，可以分為三大類：連續(xù)帶狀實體模型，即路基、護欄、連續(xù)路面標線、人行道、路面結(jié)構(gòu)、橋梁上部結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的模型；離散構(gòu)筑物實體模型，即路燈、橋墩、欄桿、交通標志牌等結(jié)構(gòu)的模型；面模型，即立交建筑所在地的地面模型。這三大類結(jié)構(gòu)的模型均可采用3DMAX的不同技術(shù)完成，如連續(xù)帶狀實體模型可以用放樣造型實體完成，離散構(gòu)筑物實體模型可以用各種基本實體造型編輯生成，針對面模型的制作，3DMAX中也有專門的面模型進行生成。

（1）連續(xù)帶狀實體模型。連續(xù)帶狀實體模型是立交三維實體模型中的主體結(jié)構(gòu)，它體現(xiàn)的是立交建筑的主要框架，建模過程主要通過3個步驟完成。？譹？訛?zāi)Ｐ头艠勇窂缴?。首先，依?jù)材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的區(qū)別，將主線和各匝道進行分段，相同的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)可劃分為一段，再對這些分段路徑進行編號，以便識別。這一部分工作對于立交建筑3D建模的整體定位和快捷性有重要作用。其次，求各路徑的三維曲線，將建筑設(shè)計方案中對主線與匝道的初步拉坡定線設(shè)計生成的平面線位數(shù)據(jù)、縱斷面設(shè)計數(shù)據(jù)，引入模型中，求出設(shè)計線的逐樁坐標和逐樁高程，利用LISP程序讀出坐標高程，自動生成空間曲線，再對這些空間曲線進行保存，即可完成。？譺？訛?zāi)Ｐ头艠咏孛嫔?。利用AUTOCAD繪制不同路徑的截面，操作要點是需要以與放樣路徑相同的尺寸單位進行編制，如果路徑截面沿該分段沒有變化，則只需繪制一個截面，若路徑截面發(fā)生變化，則需對變化路徑進行橫截面生成。將這些橫截面文件導(dǎo)入3DMAX，即可生成截面模型SHARP。？譻？訛實體模型生成。由于三維放樣路徑是以實際的設(shè)計坐標和高程在軟件中生成，且放樣截面也是以實際尺寸進行繪制，因此生成的三維放樣實體是以實際定位生成，這有效避免了立交建筑中各種線的復(fù)雜組成而導(dǎo)致的定位困難問題，正因為3D技術(shù)的這一特點，使得長期困擾立交建模的定位問題得以解決。

（2）離散構(gòu)筑物實體模型。在立交建筑設(shè)計中，離散構(gòu)筑物所起到的作用是使立交建筑的功能得以有效實現(xiàn)和完善。這些離散構(gòu)筑物有些是呈規(guī)律性分布的，如欄桿、路燈等，有些則沒有固定的位置，如交通標志牌、高桿燈等。采用3DMAX對這些構(gòu)筑物進行模型處理，可得到更精確的模型效果。利用維放變形、扭曲變形、傾斜變形、倒角變形及布爾運算，生成三維實體，再根據(jù)離散實體與放樣路徑之間的關(guān)系，進行復(fù)制、移動、定位，即可將這些離散實體以準確的定位放置在模型中。

（3）面模型。面模型主要用于直觀反應(yīng)立交建筑的地面與現(xiàn)狀地形的結(jié)合情況，因此應(yīng)在地形圖上劃分坐標網(wǎng)格，利用AUTOCAD軟件編制LISP程序，以讀取地面坐標和高程靈敏數(shù)據(jù)，這樣即可生成符合實際地形標高的面模型。再對建筑面的不同材質(zhì)進行渲染，即可生成立交的三維效果、形式、平面與立面的組合關(guān)系，全面地反映立交建筑的交通組織方式。再以燈光效果進行處理，即可得到立交建筑的照明設(shè)計效果。

3 后期處理

完成渲染輸出后，3DMAX在建模中的使命完成，接下來需要采用PS技術(shù)進行后期處理。在生成立交三維模型的過程中，有一些不太完美的地方，均可由后期處理進行完善。先用數(shù)碼相機將建筑周邊的環(huán)境拍攝下來，再對圖片進行包括亮度、對比度、色階等基礎(chǔ)參數(shù)的調(diào)整，之后通過建立各個圖層完成布景布置，最后進行合成即可。也可結(jié)合實際需要，對攝像機的高度、角度、位置等進行調(diào)整，以達到最佳的視覺效果。還可以在模型中加入景觀、綠化設(shè)計等。

4 結(jié)語

本文對公路橋梁互通立交應(yīng)用3D建模技術(shù)采用包括CAD、3DMAX、VRay、PS等在內(nèi)的多種制圖專業(yè)軟件進行工程設(shè)計模型建立的方法和流程進行了闡述，對計算機建模的常用思路進行了分析，為公路橋梁互通立交項目建模的模型及動畫效果的展現(xiàn)提供了一些支持。作為一種新興的技術(shù)，3D建模技術(shù)在建筑行業(yè)尤其是公路橋梁互通立交工程項目中的應(yīng)用前景非常廣闊，還可由此擴展，實現(xiàn)工程項目景觀、路面、路基、施工過程動畫等多方面的演示。因此，需要不斷深入對該技術(shù)的應(yīng)用研發(fā)，進一步實現(xiàn)建筑行業(yè)的品質(zhì)提升。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]