公路工程路基參數(shù)化交互設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用研究★

歐佳佳

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088)

為提升路基路面專業(yè)設(shè)計(jì)手段,利用三維設(shè)計(jì)環(huán)境更好的解決路基專業(yè)涉及資料多、設(shè)計(jì)復(fù)雜的問(wèn)題,提高路基路面專業(yè)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,加速參數(shù)化三維協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用推廣,依托上游專業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和利用已是大勢(shì)所趨。參數(shù)化協(xié)同設(shè)計(jì)是基于信息化技術(shù)和BIM(Building Information Modeling)技術(shù)融合后新型快速化可驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)技術(shù),是各類傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件數(shù)字化變革及改造的必經(jīng)之路,通過(guò)其設(shè)計(jì)手段的參數(shù)化、信息化轉(zhuǎn)型逐步實(shí)現(xiàn)公路工程設(shè)計(jì)數(shù)字化變革的推進(jìn)[1]。

1 研究背景

目前公路工程路基路面設(shè)計(jì)工作依然處于二維的設(shè)計(jì)環(huán)境中,市場(chǎng)上并沒(méi)有成熟的路基路面參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件,目前主要使用的設(shè)計(jì)工具有緯地軟件Hintsoft,EICAD和中交遠(yuǎn)通。通過(guò)長(zhǎng)期設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)比,上述軟件均有一定的應(yīng)用市場(chǎng),無(wú)論是功能試用界面、戴帽設(shè)計(jì),還是用戶普及率均有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。但受長(zhǎng)期行業(yè)軟件的壟斷及技術(shù)固封,軟件的產(chǎn)品功能及越來(lái)越豐富的數(shù)據(jù)集成能力逐漸出現(xiàn)短板,同時(shí)對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)師上手要求高,二次加工處理煩瑣,已無(wú)法充分滿足行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及智能設(shè)計(jì)發(fā)展的需求[2]。建立以上游多專業(yè)輔助數(shù)據(jù)集成計(jì)算是解決傳統(tǒng)路基路面設(shè)計(jì)工作最佳解決方案,將多專業(yè)數(shù)據(jù)集成以可視化的角度輔助專業(yè)設(shè)計(jì),以平面化到立體化的方式來(lái)直觀展現(xiàn)空間規(guī)劃的信息,并提供快速的參數(shù)化交互設(shè)計(jì)功能從而實(shí)現(xiàn)路基路面專業(yè)的高效保質(zhì)轉(zhuǎn)型。

在國(guó)內(nèi)大數(shù)字化建設(shè)背景下,路基路面專業(yè)設(shè)計(jì)手段的參數(shù)化、信息化轉(zhuǎn)型是公路行業(yè)數(shù)字化推進(jìn)的重要一步,更是我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一,符合國(guó)家《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》《關(guān)于打造公路水運(yùn)品質(zhì)工程的指導(dǎo)意見(jiàn)》等政策要求[3]。于近期交通運(yùn)輸部《關(guān)于加快推進(jìn)公路數(shù)字化轉(zhuǎn)型全面推動(dòng)智慧公路高質(zhì)量建設(shè)的意見(jiàn)》(征求意見(jiàn)稿)中明確提出:“國(guó)家高速公路項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)審時(shí),應(yīng)提交完整BIM數(shù)據(jù),最終實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的三維圖形設(shè)計(jì)成果審批制度”。

2 研究目標(biāo)

通過(guò)路基路面設(shè)計(jì)所需多專業(yè)輔助數(shù)據(jù)(GIS數(shù)據(jù)、路線、橋隧涵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等)制定專業(yè)所需相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)地形圖構(gòu)建GIS數(shù)據(jù)地模[4]。利用上游專業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一傳遞,系統(tǒng)通過(guò)接收數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)將多專業(yè)輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理,最后以可視化、信息化的方式進(jìn)行集成展示。

依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建邊坡、防護(hù)、排水、支擋、路面等構(gòu)件的經(jīng)驗(yàn)?zāi)０?歸納、匯總成路基各個(gè)設(shè)計(jì)模塊的模板庫(kù),最終搭建設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。從標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)自動(dòng)選配邊坡、防護(hù)、排水、支擋、路面等參數(shù)化構(gòu)件,組成標(biāo)準(zhǔn)橫斷面模板快速完成對(duì)路基路面的方案處理,實(shí)現(xiàn)路基路面專業(yè)方案的快速設(shè)計(jì)。

路基參數(shù)化交互設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用研究是針對(duì)路基路面設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)資料和相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理,在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,能夠?qū)⒙肪€的平縱橫及橋隧涵等相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)以參數(shù)化模型的方式在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中集成展示,對(duì)路基、支擋、防護(hù)及排水等內(nèi)容進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),并在三維環(huán)境中對(duì)結(jié)構(gòu)之間的錯(cuò)落碰隱患點(diǎn)進(jìn)行核查,對(duì)于專業(yè)不合理的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化,最后實(shí)現(xiàn)相關(guān)工程量的快速計(jì)算和整個(gè)圖冊(cè)的圖紙輸出,提高成果交付的效率及工程質(zhì)量。

3 基于參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的方案設(shè)計(jì)

3.1 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)構(gòu)建

建立標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件模塊,路基路面是由多個(gè)構(gòu)件相互組合而成,根據(jù)不同構(gòu)件的形式與需求來(lái)制定相應(yīng)的模板標(biāo)準(zhǔn),按專業(yè)劃分為邊坡模板、防護(hù)模板、排水模板、支擋模板、路面模板、基礎(chǔ)模板等[5]。通過(guò)參數(shù)化編輯各模板的形式,利用自定義的方式附加計(jì)算公式并作為變量使用。通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的模板編輯功能,按照參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)要求,將模板制定為庫(kù)的形式,對(duì)邊坡、防護(hù)、支擋、排水、路面等模塊分別管理,根據(jù)每項(xiàng)內(nèi)容的特點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)要求制定相應(yīng)的模板編輯方案。

路基路面專業(yè)人員通過(guò)多年技術(shù)的積累形成了對(duì)相似工程情況豐富的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方案,這種設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)多具有邏輯性強(qiáng)、工作重復(fù)性大的特點(diǎn)適合進(jìn)行計(jì)算機(jī)介入輔助設(shè)計(jì)?；趯I(yè)技術(shù)人員標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程,對(duì)邏輯性強(qiáng)、工作重復(fù)性大的內(nèi)容以經(jīng)驗(yàn)庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布設(shè)、半智能布設(shè),減少設(shè)計(jì)師一部分機(jī)械化的設(shè)計(jì)工作,提高工作效率[6]。根據(jù)模型構(gòu)件的配置與特性,將總結(jié)的構(gòu)造物設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整理匯總,在每個(gè)構(gòu)造物模塊中制定可變參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)０?建設(shè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)０宓匿浫?、編輯、擴(kuò)充的管理界面,形成匹配的路基參數(shù)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),該庫(kù)具有可擴(kuò)充、編輯、修改、導(dǎo)入、導(dǎo)出等功能。

3.2 自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)

程序根據(jù)地形模型與標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件相結(jié)合的方式,通過(guò)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)參數(shù)控制實(shí)現(xiàn)道路模型快速生成和方案布設(shè)[7]。以分段模板的形式來(lái)組合構(gòu)件種類形成道路模型,可快速確定填、挖路基邊坡與各構(gòu)件之間的銜接情況,以經(jīng)驗(yàn)庫(kù)內(nèi)的原則來(lái)確定具體構(gòu)件選用的合理性,最后達(dá)到路基路面快速方案的布設(shè),三維模型的快速搭建。

3.3 精細(xì)化交互設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)環(huán)境下,路基路面設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)忽略一些難以發(fā)現(xiàn)的隱患點(diǎn),其中包括立交區(qū)的路基處理、橋隧涵與路基的銜接,直接影響整個(gè)工程質(zhì)量,這也是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的弊端。因此在三維設(shè)計(jì)環(huán)境下場(chǎng)景呈現(xiàn),隱患點(diǎn)更容易察覺(jué),采用在三維模型上直接交互的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的調(diào)整,修改完成模型即時(shí)更新,縮短了設(shè)計(jì)流程,提高設(shè)計(jì)效率。在邊坡與排水交互設(shè)計(jì)將采用列表參數(shù)化的操作方法,以填、挖段落劃分并顯示每段邊坡信息,專業(yè)人員通過(guò)修改列表信息便可直接更新模型,列表支持導(dǎo)入導(dǎo)出便于多人合并設(shè)計(jì),提高工作效率及專業(yè)配合度。交互設(shè)計(jì)功能可分為以下多個(gè)功能模塊:

1)填挖段交互設(shè)計(jì):考慮到邊坡與地形的填挖關(guān)系而自然劃分得到的段落,根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)填挖段進(jìn)行靈活處理,包括邊坡的刪除、拆分、合并、重置等操作。

2)邊坡及防護(hù)交互設(shè)計(jì):在分離式路基和立交區(qū),經(jīng)常出現(xiàn)邊坡等構(gòu)造物相互沖突的問(wèn)題,所以程序?qū)⑻峁┻吰孪嘟弧⒔悠碌裙δ?另外,根據(jù)地質(zhì)情況的復(fù)雜性、邊坡與地形的關(guān)系,邊坡設(shè)置還需要進(jìn)行邊坡樣式與防護(hù)類型的處理,可分為邊坡整平、削平、坡高、坡率編輯、防護(hù)類型的選擇等內(nèi)容。

3)擋土墻交互設(shè)計(jì):在邊坡與防護(hù)設(shè)計(jì)的同時(shí),擋墻精細(xì)化設(shè)計(jì)同樣極為重要,程序通過(guò)選中需要添加擋墻的邊坡段落,根據(jù)布設(shè)參數(shù)及擋墻形式,系統(tǒng)自行判斷與地形關(guān)系選用合理?yè)鯄Τ叽?并通過(guò)擋墻縱向設(shè)計(jì)進(jìn)行擋墻單元的詳細(xì)設(shè)計(jì),最終利用三維模型核查擋墻布設(shè)的合理性。

4)排水工程交互設(shè)計(jì):排水交互設(shè)計(jì)是根據(jù)路基填挖段進(jìn)行不同水溝模型的設(shè)置,分為填、挖排水溝、平臺(tái)溝、擋墻排水溝、急流槽、截水溝、中間排水溝等,同樣采用模型選中參數(shù)控制的布設(shè)方式。通過(guò)三維模型查看水溝與地形的關(guān)系,采用平面交互與縱向交互來(lái)實(shí)現(xiàn)位置調(diào)整和溝底拉坡的操作。

5)路面工程交互設(shè)計(jì):路面交互設(shè)置主要解決短路基、中央分隔帶等路面的詳細(xì)設(shè)計(jì),通過(guò)選中需要修改的路面模型,可以對(duì)路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行詳細(xì)的參數(shù)調(diào)整。

6)路基處治及橋頭(涵臺(tái)背)處理交互設(shè)計(jì):路基處治與橋頭(涵臺(tái)背)設(shè)計(jì),程序根據(jù)路基模型與地形之間的關(guān)系并結(jié)合橋涵數(shù)據(jù)、路基處治控制參數(shù)等信息,來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)工作。

7)零星工程交互設(shè)計(jì):零星工程主要包括清除表土、排水清淤、填前夯壓、路基改良等工程,采用參數(shù)控制系統(tǒng)解析模型的研發(fā)思路,其中排水清淤是通過(guò)導(dǎo)入相關(guān).shp文件,程序根據(jù)道路模型與.shp文件的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并獲取排水清淤的段落與處理面積。

4 參數(shù)化設(shè)計(jì)成果交付

4.1 專業(yè)圖表成果交付

路基、路面數(shù)量表統(tǒng)計(jì)工作實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化一直是行業(yè)的難點(diǎn),存在專業(yè)多、工程需求差異大、統(tǒng)計(jì)方式靈活等特點(diǎn)。程序的研發(fā)綜合考慮了以上問(wèn)題,為了應(yīng)對(duì)一些非標(biāo)情況將建立圖表個(gè)性化定制功能。通過(guò)定制一套符合行業(yè)規(guī)范及個(gè)人設(shè)計(jì)習(xí)慣和出圖的路基路面專業(yè)圖表模板,程序直接讀取標(biāo)準(zhǔn)格式,包含標(biāo)準(zhǔn)化的通用圖、標(biāo)準(zhǔn)化的工程數(shù)量表計(jì)算規(guī)則、圖紙和標(biāo)準(zhǔn)化的表格輸出風(fēng)格。程序針對(duì)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和適配。圖表的標(biāo)準(zhǔn)化使數(shù)據(jù)更加規(guī)范化、便于管理、減少在圖面修改和數(shù)量計(jì)算的工作量,提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

圖紙采用外部引用,表格采用用戶定制兩種方式實(shí)現(xiàn)[8]。其中表格定制將采用表格屬性管理與表頭內(nèi)容來(lái)編輯,在對(duì)應(yīng)的表頭內(nèi)容中通過(guò)模板中的“變量”進(jìn)行公式編輯,程序根據(jù)“變量”獲取道路模型的基礎(chǔ)參數(shù),最后根據(jù)公式自動(dòng)計(jì)算得出最終成果。構(gòu)建二維圖紙成果與三維模型成果的輸出功能,二維圖紙根據(jù)路基、路面專業(yè)進(jìn)行分類,可對(duì)成果輸出分為防護(hù)、排水、支擋、路面等內(nèi)容的專業(yè)輸出,也可通過(guò)編冊(cè)設(shè)置按圖表目錄進(jìn)行一鍵輸出,解決專業(yè)人員圖紙排版的工作時(shí)間,并對(duì)接院內(nèi)成果管理平臺(tái);三維模型的成果輸出應(yīng)滿足多專業(yè)的協(xié)同機(jī)制來(lái)建設(shè),包含了模型數(shù)據(jù)與多種模型格式的導(dǎo)出,綜合考慮專業(yè)所需及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.2 多元化數(shù)據(jù)成果應(yīng)用

通過(guò)將路基參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)方案數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),利用其三維渲染引擎融合路基專業(yè)的設(shè)計(jì)成果,完成大場(chǎng)景的地形及構(gòu)造物的模型加載,可進(jìn)行方案匯報(bào)、場(chǎng)景漫游、細(xì)節(jié)展示,設(shè)計(jì)方案評(píng)審人員可實(shí)現(xiàn)三維可視化評(píng)審,項(xiàng)目成員可以實(shí)現(xiàn)三維可視化的溝通和匯報(bào)[9]。

不同專業(yè)人員僅需負(fù)責(zé)自己對(duì)口的專業(yè)部分,將完成的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的沙盤方案中,同步完成大型公路建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作,能夠在保證專業(yè)性、準(zhǔn)確性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)工作效率的提升和整個(gè)設(shè)計(jì)周期的減少。

5 結(jié)語(yǔ)

本文所述的公路工程路基參數(shù)化交互設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用研究可系統(tǒng)性支持路基路面專業(yè)設(shè)計(jì)功能,并建立基于GIS+地勘數(shù)據(jù)的三維方案設(shè)計(jì)環(huán)境,采用參數(shù)化+經(jīng)驗(yàn)庫(kù)創(chuàng)建形式,依照相關(guān)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行路基、路面模型處理,實(shí)現(xiàn)方案的快速設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)多專業(yè)數(shù)據(jù)集成使設(shè)計(jì)意圖表達(dá)更加形象,設(shè)計(jì)交底溝通更加便捷,通過(guò)內(nèi)置多種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件快速建模,實(shí)現(xiàn)基于工程方案及填挖平衡的智能判斷[10]。根據(jù)所建立的數(shù)據(jù)模型,快速生成項(xiàng)目所需的設(shè)計(jì)成果,提高工程量計(jì)算與工程交付的效率,實(shí)現(xiàn)公路工程行業(yè)路基專業(yè)的設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)換及效率提升,在推進(jìn)參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)程中為數(shù)字設(shè)計(jì)院建設(shè)提供有效基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)路基路面專業(yè)設(shè)計(jì)模塊的方案數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成,運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)理念構(gòu)建多功能設(shè)計(jì)交互模塊,從而達(dá)到路基路面設(shè)計(jì)效率質(zhì)量的有效提升[11]。本文通過(guò)對(duì)公路工程路基路面專業(yè)參數(shù)化交互設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究應(yīng)用總結(jié),旨在為公路及相關(guān)行業(yè)的參數(shù)化設(shè)計(jì)研發(fā)思路及應(yīng)用模式提供方案參考。