1、科学技术是第一生产力,这是道路专业最前沿的一门课！,道路工程CAD,课程名称（中文）：道路工程CAD（英文）：Highway Engineering CAD 课程编号： 课程授课：吴进良 副教授 课程性质：限选课程 总学时数：48其中理论教学30学时，上机操作16学时 考查2学时 适用专业：土木工程专业 课程教材：杨宏志 于娇 许金良 编著道路工程CAD2009版,教学方式：上机演示与CAI教学结合 考核方式：操作与笔试结合要求大家认真对待每一次上机机会！,第五章 道路平面计算机辅助设计,简述：道路线形设计的两种方法,计算机处理公路线形设计遵循传统的平纵横设计方法！适合我们的设计习惯！,线形设
2、计方法,传统平纵横设计方法,三维空间线形设计方法,把一个空间三维设计问题转化为三个两维问题。但是三者会相互影响，彼此牵制。因此，设计返工率较高。,它可以借助软件一次性完成三维线形的设计。目前，此方法正在探索之中。,平面线形设计中定线是最关键、最复杂的工作，它可分为实地定线和纸上定线：,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-1 平面线形设计系统的总体设计,实地定线：路线平面设计系统的任务是验算曲线要素和主点桩号、进行超高和加宽计算、绘出平面设计图。定线工作由选线师根据经验在现场完成！计算机只是作后期计算和出图工作。 纸上定线：路线平面设计系统的任务是计算导线偏角、人机交互中线设计、曲线要素和主点桩
3、号、进行超高和加宽计算、绘出平面设计图。定线工作由选线师在图纸或计算机中通过与计算机交互操作，共同完成。,平面线形设计系统流程图：,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-1 平面线形设计系统的总体设计,纸上定线？,平曲线交互设计,纸上定交点坐标,输入地形数据,满意？,修改交点？,DTM,输入交点数据,输入地形图,曲线要素验算,满意？,正确？,修改设计,纸上移线,断链处理,下一页,Yes,Yes,Yes,Yes,No,No,No,No,No,Yes,开始,平面线形设计系统流程图：,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-1 平面线形设计系统的总体设计,超高加宽设计,街坊出入口设计,道路边线设计,雨水口
4、布置,平面设计成果,直线曲线转角表,平面设计图,纵横地面线图,结束,平面线形设计系统的结构组成：,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-1 平面线形设计系统的总体设计, 数据输入与维护：导线、交点、曲线数据 数模技术：各种平曲线 中线设计：主要部分 进出口和雨水口设计（限城市道路） 超高、加宽设计：计算、分析 成果输出：表格、图纸,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,中线设计是平面设计中的核心问题！,中线设计方法： 导线法 曲线法 线元法,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,基于导线的平面设计模型导线法,一、方法概述：首先确定一系列由直线组成的折线作为道路
5、中线的导线（通过“以点定线，以线交点”的原则确定），然后对每个转折点（交点）敷设合适的平曲线，构成完整的道路中心线。,这是传统的方法，目前在公路线形设计中仍然广泛被使用！,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,基于导线的平面设计模型导线法,二、平曲线模型：详见路勘教材 单交点对称型，即基本型（Ls+Ly+Ls） 单交点不对称型（Ls1+Ly+Ls2） 双交点（两点虚交）：在实地定线中经常遇到 复曲线（Ls1+R1+Lf+R2+Ls2） S型曲线 C型曲线,以上曲线设计模块请参考我院廖正环主编的公路使用电算教材,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,基于曲线的
6、平面设计模型曲线法,一、方法概述：首先在需要设置弯道的地方根据地形的要求（约束条件）布设一系列圆曲线（直线被看作半径等于无穷大的曲线），然后在这些圆曲线之间用回旋曲线或直线连接，构成完整的道路中心线。,导线法简单、直观、计算方便、模型简单，为人们广泛接受。但是，它存在不够灵活的缺点！当约束条件较多时，线形不好控制（两点决定一条导线）。,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,基于曲线的平面设计模型曲线法,二、平曲线模型： 直线与圆弧连接P100 两同向圆弧间的连接一圆内包含另一圆两同向圆互不包含插图见下页 两反向圆弧间的连接,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布
7、设,两同向圆弧间的连接,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,基于基本元素的平面设计方法线元法,一、方法概述：首先确定一系列基本元素段,设计路中线的最后位置和形式根据这些基本元素来确定,这里的基本元素指的是直线和圆曲线.缓和曲线不作为独立的基本元素,而只是圆曲线的附属部分。,线元法其实是前面两种方法的综合（导线法+曲线法）,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,基于基本元素的平面设计方法线元法,二、工作步骤：分三步走：确定基本元素段基本元素的连接（通过旋转、移动等操作）设计路中线的计算,确定基本元素段通常有四种方法；基本元素的连接又有四种模式。详见P103。
8、,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-2 道路中线的布设,平面曲线的内部模型样条曲线,导线法、曲线法、线元法都是面向用户CAD系统的外部表现，称为外部模型。 内部模型是计算机内部对某一对象的描述，它注重数学描述，记录储存和运算，尽可能是统一的模型。,公路中心线在计算机内部的模型可以用样条曲线来表示（即ACAD中的Spline）。在此从简。,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-3 平面法线方向的图形展开,用中线模型来表达边线,等距曲线与某条曲线（道路中心线）保持等距离的曲线，称为等距曲线，如直线路段或全加宽路段的道路边线。 变距曲线与某条曲线（道路中心线）的距离按一定规律变化的曲线，称为变距曲线
9、。如加宽过渡路段。,等距曲线,第五章 道路平面计算机辅助设计 5-3 平面法线方向的图形展开,规律:直线的等距线仍然是直线,圆弧的等距曲线仍然是圆弧,回旋曲线的等距曲线不再是回旋曲线!,在ACAD中用OFFSET命令创建的曲线就是等距曲线！,Xt=X-B+E(l)*sin() Yt=Y+B+E(l)*cos(),X Y 是道路中线坐标；B路面宽度；E(l)加宽值；为切线方位角。,等距曲线方程,谢谢观看！,本章结束,再见！,慢走,记住课后复习,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-1 纵断面设计系统的总体设计,主要任务：在原始地面线上设计出路线设计纵断面线,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-
10、1 纵断面设计系统的总体设计,平纵曲线配合 工程数量估算 横断面初步设计 照顾控制点 规范、技术标准 地质概况、桥涵标注,单纯的纵断面地面线和设计线绘图比较简单，但是要考虑平纵横模块的组合以及试坡的智能化，系统功能就应增强：,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-1 纵断面设计系统的总体设计,为检查平纵组合，系统应能同时显示平面与纵断面线形； 为方案比较，系统应能初步设计横断面，并估算土石方； 对每个桩号的横断面地形充分反映，方便查询； 自动提示设计犯规，如最大坡度等； 显示控制点，并自动维持控制点的权威性； 人机交互设计十分方便，可以实时动态拉坡,纵断面设计模块的功能需求设计：,第六章 道路
11、纵断面计算机辅助设计 6-1 纵断面设计系统的总体设计,纵断面设计模块的功能需求设计：,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-1 纵断面设计系统的总体设计,纵断面设计模块流程设计：,开始,输入纵断面地面数据,实测资料,DTM,屏幕拉坡,屏幕动态拉坡,输入设计数据,纸上拉坡,绘地面线、打印,各项检查：平纵组合、控制点、规范、横断面、工程量估算,满意吗,边沟设计,输出纵断面设计图,结束,设计数据,交互修改,No,Yes,Yes,No,可以允许传统的手工纸上拉坡,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-1 纵断面设计系统的总体设计,数据输入模块：低地面线、地质等数据 设计高、填挖值计算模块 屏幕设计（
12、动态拉坡）模块 交互修改模块 方案检查模块 工程量估算模块 边沟设计模块：可选 数据输出模块 设计出图模块,纵断面设计的模块组成：,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-2 纵断面设计系统的模块设计,平曲线数据：由平面设计模块完成并自动转接 原始地面高数据：中平测量数据 控制点数据：走高、走低、通过三种 地质概况数据：由起讫桩号及地质描述文字组成 桥涵等标注物数据 变坡点及标高数据：动态拉坡自动生成或纸上拉坡后输入 绘图参数：字高、比例、图名等,一、数据输入模块：,数据一般事先输成文本文件，供系统运行时调用,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-2 纵断面设计系统的模块设计,二、设计标高计算模
13、块：负责计算各中桩的设计标高和设计填挖值。首先进行坡段判断。流程设计如下：,开始,输入所求桩号,判断该桩号所处坡段,位于直线坡段？,Zx=Zo+i*x,Zx=Zo+i*x-(To-x)2/2/R XTo,填挖值T（W）=Zx-Zd,结束,Yes,No,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-2 纵断面设计系统的模块设计,横断面地面线使用实际输入数据，设计线采用标准横断面，不考虑超高、加宽及横坡 边坡考虑简单形式（单坡或双坡） 填方边坡与地面线无交点或填方超过限定值时自动设置挡土墙 地面线可以按最后一根线顺延 采用平均断面法计算土石方 暂不考虑路槽土石方 任意封闭多边形面积：S=0.5*(Xi*Y
14、i+1-Yi*Xi+1),三、工程数量估算模块：,纵断面设计时,横断面设计还未进行,所以土石方只能估算!,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-2 纵断面设计系统的模块设计,平纵组合检查:人工经验为主 横断面检查:逐个浏览 控制点检查:搜索每个控制点附近 技术规范检查:包括最小坡长、最大坡长、最大坡度、最小竖曲线半径、合成纵坡等指标,四、设计方案检查模块：,该模块独立设计，需要时，用检查命令调用!,第六章 道路纵断面计算机辅助设计 6-2 纵断面设计系统的模块设计,坡度及坡长修改） 坡度/坡长 变坡点位置 增减变坡点 平移坡段竖曲线半径修改,五、交互修改模块：,关键是要设计一个友好的人机交互修
15、改界面!,兴趣是最好的老师！,谢谢观看！,第六章 结束,第七章 道路横断面计算机辅助设计 7-1 横断面设计系统的总体设计,横断面示例：,约20米一个横断面，40公里就有2000个，共有2000/6=334张图!,第七章 道路横断面计算机辅助设计 7-1 横断面设计系统的总体设计,横断面设计特点：,横断面设计,经验性强,重复性多,工作量大,数据庞大,结构物复杂,假设每个断面10个数据，40公里就有2万个数据,第七章 道路横断面计算机辅助设计 7-1 横断面设计系统的总体设计,根据定义的标准横断面和纵断面设计高程、平面设计中产生的超高及加宽，在原始地面线上逐个布置道路横断面（俗称“戴帽子”），包
16、括路幅设计、边坡设计、边沟设计、及断面积计算、绘图、排版等工作。,横断面设计的任务：,第七章 道路横断面计算机辅助设计 7-1 横断面设计系统的总体设计,鉴于横断面设计的以上特点，目前开发的路线软件系统都采用自动设计与人机交互修改相结合的方法来处理。设计时，首先让系统根据标准横断面自动进行“戴帽子”，一些特殊横断面由用户进行逐个修改得到。,横断面设计的程序设计思路：,关键是处理好自动化设计及人工修改的关系!,第七章 道路横断面计算机辅助设计 7-1 横断面设计系统的总体设计,路幅设计：包括分段、过渡 边坡设计：填方、挖方 路槽设计：扣减路槽工程数量 路肩等结构物设计 边沟设计：挖方、填方边沟、
17、截水沟、排水沟 土石成分分析、土石方量计算 绘图、排版,横断面设计的内容：,正如大家所见：路线大师中包含路幅文件、边坡文件、挡墙文件就是为横断面设计准备的!,第七章 道路横断面计算机辅助设计 7-1 横断面设计系统的总体设计,具备完善的横断面设计策略：为系统的 自动设计模块所调用，使程序自动设计的结果能最大程度上满足自然条件和设计常规，从而减少人机交互修改的工作量。 具备高效的人机交互修改功能：包括友好的界面、便捷的操作。修改应该是基于对象属性意义上的修改,横断面设计系统的关键：,横断面设计系统的流程设计：,开始,输入数据,平纵设计资料,标准横断面定义,计算结果检查,横断面自动设计,DTM,横
18、断面地面线,满意？,人机交互修改,计算结果检查,排版、绘图,土石方表编制,结束,No,Yes,路幅、横坡资料,边坡、土石成分资料等,几乎所有路线CAD系统都按此流程进行横断面设计！,横断面自动设计模块流程图：,开始,输入设计参数,路幅设计,结束,一个横断面设计系统的整体工作效率取决于此自动设计模块！,参数定义、 设计高程、 加宽、超高等,特殊设计,填方边坡设计,挖方边坡设计,断面积计算,填方/挖方,排、截水沟设计,设计结果输出,特殊设计模块,断面坐标、 工程数量等,Yes,No,填,挖,兴趣是最好的老师！,谢谢观看！,第七章 结束,联系本人：,023-62652700,通讯地址：重庆交通学院道路系办公室 吴进良教师 邮政编码：400074,,你好！这是,道路工程CAD思考题,计算机辅助工程可以在公路哪些领域中运用，运用现状如何？ 综述公路CAE数据的采集方法有哪些？ GIS在公路中的运用现状及前景如何？ 道路平面设计的方法和模型有哪些？ 如果要设计一个公路平纵横CAD系统，请你谈谈各模块内部及模块之间如何进行数据的组织及交换。（提示：包括输入数据、中间计算结果、输出数据等）,
