第十二章-国内外优秀道路CAD软件介绍

151第十二章国内外优秀道路CAD软件介绍计算机在道路工程领域的应用始于20世纪六十年代。近20年以来，进入高速发展阶段，世界各发达国相继开发道路CAD软件，并且功能更加完善，目前已商品化在市场上可见销售的有10多种，比较著名的有英国的MOSS系统、美国的INROADS、德国的CARD/1等。我国公路CAD的研究始于70年代后期，虽然起步较晚，但发展迅速。80年代以来。随着我国公路建设的高速发展，大大促进了我国公路CAD系统的开发与应用。许多院校、交通设计院相继开发了公路路线微机辅助设计系统、公路中小桥CAD系统、涵洞CAD系统、立交CAD系统等公路设计软件，这些系统在使用和推广过程中不断完善。本章将介绍几种比较著名的国内外优秀的道路CAD软件，包括：德国的CARD/1、国内的集成化公路CAD系统、纬地道路辅助设计系统等。第一节德国CARD/1软件德国IB&T有限公司出品的CARD/1软件系统是一款道路（公路和铁路）勘测设计一体化软件系统。CARD/1的原意是计算机辅助道路设计（ComputerAidedRoadDesign）。经过了十多年的发展，原先的CARD/1系统是一个从运用中发展起来的专门适用于道路测量和设计的软件包，现在的CARD/1系统已广泛应用于测绘、道路、铁路（磁悬浮列车）和管道的规划、设计和施工。目前CARD/1系统已经发展到8.0版本，除德文版外，还被译成英文版、中文版、俄文版、波兰文版和匈牙利文版。一、软件的主要特点1．高度集成CARD/1覆盖测绘、道路、铁路、管道设计及施工的全过程。CARD/1是不依赖于其它任何软件（除操作系统外）就可完成基础数据采集、设计、绘图全过程的软件系统。避免了传统的使用五、六个不同公司的软件分别解决不同的问题，最后合起来完成一个项目的弊端。使用CARD/1软件，数据在应用系统内部高效传递,避免了不同软件之间数据转换的繁琐和出错可能性。而且用户面对的服务供应商单一，技术服务容易得到保障。2．全面开放可接受所有来源的数据：已有的平、纵、横断面地面线及设计资料；全站仪数据；航测数据；GPS数据；既有图扫描数据；激光测量仪数据和其它软件数据。并提供有国内常用道路工程设计软件数据接口，使设计单位各专业间的协同工作更加方便快捷。设计参数自由输入，不受国别或地区差异的限制。绘图控制文件和表格生成程序以源代码方式提供给用户，可以满足用户的个性化需求，国际招标文件的编制也是轻而易举。横断面设计是以开发文件的形式进行，可以完成任意形式的横断面设计。CARD/1为用户提供常用的横断面设计源程序，用于整体式、分离式和台阶式路基设计及截排水沟和挡墙的设计等。3．设计与绘图分开152CARD/1的工作过程是将设计与绘图分开，设计时只显示与设计相关的信息，设计完成后可通过控制文件产生所需的绘图，设计过程将永久保留。设计调整后，通过绘图控制文件可对绘图进行及时刷新，无需删除原来的图形。4．智能化与个性化CARD/1系统基于数字地面模型，融合了许多模拟、回归分析、自动设计等智能化功能，可使工程师的方案更优、更合理。CARD/1为工程师提供了充分发挥自己智慧和才能的强有力的工具，工程师完全可以按自己的想法设计和出图，使其设计成果更加得心应手、独具一格。5．功能精细可靠严谨、精确是德国人的一贯作风，这一点也充分体现在CARD/1软件中，经过多年的使用，CARD/1已得到了广大用户的普遍认可。CARD/1整个系统有大小功能1000多项，能满足现今公路、市政道路和铁路设计各阶段的各种要求，其中包括高速铁路和磁悬浮设计。6．设计思想先进CARD/1采用了当前国际上最流行的全站仪野外数据采集、建立地面模型进行道路设计的思想和方法,它可使复杂条件下的多方案比选设计轻而易举，使设计的合理性和效率显著提高。CARD/1路线设计方面采用的是曲线法，兼容传统的积木法和交点法设计思想，它可以使工程师们合理、快速、灵活、轻松地达到设计目的。二、CARD/1软件的功能1．测绘领域完成测绘工作的三大模块是测量模块、地形图处理模块及数字地面模型处理模块。测量模块、地形图处理模块和数字地面模型模块相互配合集中处理测量数据，构成了一个完整的数字地图管理数据库，能够产生出多种工程领域所需的地形图。测量模块：该模块完成勘测中最基本的工作，负责传输处理野外勘测数据。以图形交互方式进行工程测量计算，它包含的主要处理程序有：①放样程序一一根据已有的点位及测站坐标计算放样参数。②定向及高程传递程序一一用一个或几个联测点的角度或角度的三维坐标。距离计算出被联测点③基本元素计算程序一一根据弧上二点计算弧的圆心、弧长等基本元素的垂直坐标计算各多边形或圆的面积，计算两点之间的斜距和水平距离。④后方交会程序一一进行后方交会计算。⑤前方交会程序——进行前方交会计算。地形图处理模块：建立并管理CARD/1数字地图数据库，它是CARD/1系统其它模块的基础。该模块与测量模块在内部交换数据，建立点、线数据库。模块中的点、线、文本等地形图数据编辑工具，可将全部测量点按其代表的地形地物及相互之间的连接关系分类，并进行高效管理。模块中含有丰富的线型库、符号库及宏定义符号线线型库，同时也提供了构造线型库、符号库的工具，用户可定义各种特殊符号及线型。这些功能可轻松满足各领域对地形图的特殊需求。地形图中等高线来源于数字地面模型(三角网)，等高线间距密度可任意153选定，并可进行光滑计算，等高线的标注也方便自如。模块还提供了既有地形图处理功能，它可接收各种比例的光栅扫描图，计算处理后自动跟踪线条，矢量化成CARD/1数字地图，如果需要还可与数模交换数据，形成数字地面模型，计算出新的等高线。数字地面模型模块：建立、处理三角网数字地面模型，进行工程量计算。该模块为地形图处理模块提供等高线计算基础，具有地面高程内插计算功能，能为设计模块提供路线的纵断面与横断面地面线。CARD/1数字地面模型的处理是开放的，它能够接收设计数据，形成含有设计道路的数字地面模型。2．道路设计领域以三维数字地图数据库为基础，进行道路的三维设计。模块与基本测绘模块的有机结合，使得工程师能够利用CARD/1系统在数字化地图上进行道路设计。CARD/1系统将道路设计所需的各种平面线形、纵断面坡度组合、横断面形式、超高方式等设计要素归纳为符合工程师设计习惯和思维的“设计目标”概念，进行目标化设计，而不是单纯的绘制线、点等几何图素。设计者是在三维数据模型中进行平面、纵断面及横断面设计的，其中各种地形信息、轴线线位、超高控制、数模数据可相互传递、参考，辅助工程师设计出合理的平、纵、横断面组合。设计完成后，CARD/1系统能够自动绘出所需任意比例的平面图、纵断面图、横断面图。再一次修改设计或增加路线方案时，不需手工修改绘图，CARD/1系统能方便的重新自动生成新的设计图纸。3．铁路设计领域铁路设计模块除包括道路设计模块的全部功能外，还针对铁路设计的具体情况，增加了更多适合铁路设计的功能，主要是铁路线形设计模块和道岔设计模块。铁路线形设计模块：缓和曲线段的线形不但有常规的回旋线、三次抛物线、摆线和圆曲线，还增设了适合于高速铁路动力学特性的多种高次曲线线形，如双扭曲线、四次曲线、正弦曲线、余弦曲线等。道岔设计模块：可方便、自动的在道岔数据库中选用各种类型道岔，也可建立本国化的道岔数据库，以适应各自国家的设计标准。该模块结合数字化地面模型模块及地形图处理模块可进行复杂的站场设计。此外，灵活的线形计算功能配合强大的横断面开发功能可很好的进行铁路复线设计及既有线改造工程。4．给排水管网设计领域CARD/1系统可同时进行20余种不同类型的污水、雨水计算，并有能力处理多达30000余个管线给水网络的水力平差计算，容许每个网络中具有1000多个专门用水单位。可进行管网平面图设计，自动或交互式布置管线、检查井、雨水口等，并由程序自动连接，需要时可提取各种比例尺的节点大样图。管径、坡度及埋深既可自动计算，又可交互设计。管网纵断面设计与测绘模块自动交换地形数据，绘制纵断面图。管网平面图设计、管网纵断面设计与数字地面模型结合生成给水管网三维透视图。第二章集成化公路CAD系统集成化公路CAD系统是由交通部教育司资助，由长安大学主持完成的公路集成化设计软件。此系统采用了面向对象的开发思想和组件技术，形成了一套集路线、路基、路面、中154小桥、涵洞、交叉等设计、数据管理及图表输出为一体的公路设计集成系统。一、系统的特点此系统的主要特点表现在如下几方面：（1）提出了数据集成+控制集成接口的公路CAD系统集成方式。（2）开发了具有实时查询、实时修改、实时存储以及支持分布式设计功能的公路工程库和公路标准库。（3）提出了公路设计的三阶段设计过程模型并建立了平面设计导航模型。（4）建立了平纵自适应修改模型。（5）引入了模板方法的设计原理，建立了工程实体模型。（6）提出了基于ActiveXAutomation技术实现应用程序与支撑软件无缝集成的思路和实现设计、计算与绘图一体化的方法。（7）具备挡土墙、中小桥、涵洞、交叉口、路基路面、公路三维仿真等设计系统。此系统的开发与研究，解决了大量公路CAD系统中的关键技术，为今后智能公路CAD系统的开发研究奠定了基础。二、系统的总体结构集成化公路CAD系统与单一功能的软件系统，如路线设计CAD系统、挡墙设计CAD系统等是有区别的。它应在公路设计过程中对公路各组成部分的设计提供支持，其次，集成化公路CAD系统需要适应不断变化的工程设计方法，同时，公路设计中采用的标准和规范也在不断发展，集成化系统应具有适应这种变化的能力，使其易于维护。1.系统开发思想（1）系统采用面向对象的思想进行开发；（2）建立完善的工程数据库，进行工程管理和数据管理；（3）采用组件开发和组件重用技术，尽量减少软件的底层重复开发；（4）开发完善的公路设计对象处理方法组件，如数据查询、数据存储、各种对象修改等组件，这些组件由数据库统一管理，在后台支持各应用程序的访问；（5）图形和表格处理依托现有成熟的商用软件，在此基础上应用AutomationActiveX技术进行二次开发；（6）考虑到数字地面模型（DTM）技术升级、更新较快，各单位的应用程度不一，为了使这部分易于更换，本系统采用DLL组件方式集成这一部分功能；（7）各子系统分工明确，统一进行详细设计，采用统一的对象划分方法和数据结构。2.系统开发总体目标（1）提供一个集路线、路基、路面、中小桥、涵洞、支挡、交叉等设计、修改、数据管理及图表输出于一体的公路设计集成系统；（2）具有共享的工程数据库，图库和设计方法库；（3）自动设计与交互设计相结合。3.系统结构集成化公路CAD系统包括工程数据库子系统、路线设计子系统、中小桥设计与绘图子155系统、涵洞设计与绘图子系统、路基、路面CAD子系统、挡土墙设计与绘图子系统、平面交叉口设计与绘图子系统等七个主要的子系统，系统结构如图12-1所示。路线设计路基设计支挡设计路面设计涵洞设计交叉设计中小桥设计总线接口工程数据库API/COM接口AutoCADEXCEL其它工具DTM绘图制表资料编辑用户界面图12-1集成化公路CAD系统总体结构三、系统主要功能1.方便灵活的定线手段系统提供的定线手段有屏幕交互定线、键盘输入交点坐标和读入已建的平面设计数据文件三种方式，以满足不同用户的要求。若设计单位已建立地面模型，交互定线过程中可实时显示所定路线的纵断面地面线供用户参考。对山区公路，用户在平面定线的过程中，直观地看出路线所经地带的地形起伏程度，判断纵断面设计的可能性，进而判断平面设计的合理性，及早避免过多的返工。图12-2平面设计过程中实时显示纵断面地面线1562.自动进行平曲线组合设计，为用户提供智能导航用户选定约束条件后（只需选定切线边、对单曲线选定切线长或外距），系统根据给定的约束条件，自动判断可能的曲线组合情况，自动完成曲线的组合设计和计算工作，给出各种可能组合情况下设计结果，供用户决策。若不满意系统提供的结果，用户可以任意给定，系统能够跟踪计算，实时显示设计图