9 - 2001

Использование MXROAD для проектирования транспортных сооружений в Иркутске

Александр Михайлов, Игорь Иванов, Светлана Каныгина

Знакомьтесь — «экзаменатор»!

Почему был выбран МХ

Исходные данные

Анализ рельефа

Проектирование в плане

Проектирование продольного профиля

Проектирование проезжей части

Проектирование виражей

Проектирование пересечений в одном уровне

Проектирование тротуаров и обочин

Проектирование откосов

Графический редактор дорожной одежды

Текстовые отчеты

Чертежи

Сфера применения МХ

Коротко о составе программного обеспечения МХ

Вфевральском номере нашего журнала этого года была опубликована статья «Компания Infrasoft прокладывает дороги в Россию», посвященная лидирующей в мире системе автоматизированного проектирования транспортных сооружений и генпланов — семейству программных продуктов МХ, разработанных английской компанией Infrasoft. В этой публикации мы расскажем о применении МХ в области проектирования транспортных сооружений в России и за рубежом.

С момента появления MX на российском рынке прошел ровно год, в течение которого компания ЕМТ совместно с Infrasoft проводила усиленную маркетинговую кампанию и осуществила полную локализацию программного обеспечения MX. Вскоре нами были получены несколько выполненных пилотных проектов, об одном из которых мы и расскажем.

Знакомьтесь — «экзаменатор»!

Одним из самых серьезных «экзаменаторов» МХ стало ОАО «Иркутскгипродорнии», которое отчасти совместно с нами выполнило проект правобережных подходов к новому мосту через Ангару в Иркутске. Иркутскгипродорнии — ведущий региональный институт в Сибири и на Дальнем Востоке по проектированию автомобильных дорог, мостов и объектов дорожной инфраструктуры. За 45 лет своего существования институт разработал проекты более чем на 25 тыс. км дорог, около 300 титульных мостов и спроектировал 390 объектов промышленного назначения. Выполнено более 80 программ, схем, технико-экономических обоснований и инвестиционных проектов. В 1996 году Иркутскгипродорнии совместно с датской фирмой CAMPSAX выиграл торги Всемирного банка реконструкции и развития на проектирование строительства и ремонта мостов в Сибири и на Дальнем Востоке.

За столь длительный период работы институтом накоплен огромный опыт проектирования объектов, возводимых в суровом климате Крайнего Севера со сложными гидрологическими и ледовыми условиями, в сейсмических районах, районах вечной мерзлоты, на участках текучих и слабых грунтов и болот, что позволило иркутянам стать экспертами в дорожно-мостовой отрасли. Иллюстрацией их работы может служить рис. 1.

Новый мост через Ангару предусмотрен генеральным планом развития г.Иркутска. В последние годы возникла острейшая необходимость в его строительстве в связи с тем, что пропускная способность старого моста в центральной части города стала недостаточной. Так появились проект на строительство моста через Ангару и техническое задание на проектирование развязок и подходов к мосту. В настоящее время этот мост стал одним из крупнейших строящихся транспортных сооружений в нашей стране. Общая длина строящегося мостового перехода — 3,9 км, а самого моста — 1,6 км. Проезжая часть включает шесть полос движения и разделительную полосу. Не менее масштабными являются подходы к мосту: комплекс правобережных подходов к новому мосту включает магистральную улицу, имеющую шесть полос движения и разделительную полосу, три развязки в разных уровнях и два пересечения в одном уровне. Значительный перепад рельефа местности (более 50 м) обусловил сложное трассирование в плане и потребовал применения протяженных рамп развязок. У одной из развязок рампы примыкают к участкам переходных кривых, на которых производится отгонка виражей.

В начало В начало

Почему был выбран МХ

ПО CREDO, используемое в Иркутскгипродорнии, было рассчитано на проектирование дорог II–V категорий и поэтому не подходило для решения данной задачи. В связи с этим руководство института решило выполнить проектирование правобережных подходов с использованием программы MXROAD — одного из модулей семейства продуктов МХ компании Infrasoft, обладающего несравненно большими функциональными возможностями для такого рода проектов. Проектирование с помощью MXROAD в этом проекте осуществлялось в строго заданной последовательности:

  • ввод исходных данных и формирование ЦММ;
  • анализ рельефа;
  • проектирование в плане;
  • проектирование в продольном профиле;
  • проектирование проезжей части;
  • проектирование виражей;
  • проектирование уширений проезжей части и карманов;
  • проектирование пересечений в одном уровне;
  • проектирование обочин и тротуаров;
  • проектирование откосов;
  • проектирование поперечников земляного полотна;
  • проектирование поперечников дорожной одежды;
  • определение объемов земляных работ и объемов конструктивных слоев дорожной одежды;
  • формирование выходных текстовых отчетов (геометрические параметры плана, продольного профиля, поперечников; подробные попикетные ведомости земляных работ и объемов конструктивных слоев дорожной одежды, включая накопляемые объемы выемок и насыпей);
  • формирование выходных графических документов (план трассы, продольный профиль, поперечники, поперечники дорожной одежды).
В начало В начало

Исходные данные

При выполнении проекта источником данных для построения цифровой модели местности (ЦММ) в MXROAD были планшеты М 1:500, которые сканировались с последующей векторизацией. В результате было получено около 10 тыс. точек существующего рельефа местности (рис. 2).

Для построения 3D-моделей проекта использовалась уникальная технология так называемого струнного моделирования (ноу-хау МХ). Под струнами здесь понимается совокупность точек, соединяемых линиями. Любая поверхность — будь то автомобильная дорога, бордюр, ограждения, перелом рельефа и т.п. — задается определенной связующей последовательностью бесконечного числа координат X, Y и Z. При помощи этой уникальной технологии создавались не только 3D-поверхности, но легко и быстро определялись места их пересечения, а также сечения поверхности в любом направлении или плоскости. Благодаря возможностям МХ детально описывать микрорельеф была построена очень подробная ЦММ рельефа местности.

Говоря о вводе исходных данных, следует отметить, что в MXROAD предусмотрены разные способы ввода исходных (обычно точечных) данных, включая также работу с дигитайзером:

  • ввод данных съемки с указанием координат и высоты станций, относительных координат и высот точек;
  • конвертация файлов DXF в трехмерную модель MX;
  • конвертация файлов DGN или DWG в трехмерную модель MX;
  • импорт файлов из CREDO, Land Development Desktop, Autodesk Survey, AutoCAD Map, Eagle Point.

В состав пакета входит специальный конвертор для перевода текстовых файлов исходных данных в текстовый файл формата MX. При небольших массивах данных (при незначительных размерах территории) можно непосредственно создавать файл исходных данных с расширением *.txt и добавлять ряд требуемых командных строк в текст файла. Для этого можно использовать как встроенный в MX текстовый редактор, так и все прочие редакторы, включая Microsoft Word. Кроме того, в последней версии MX предусмотрена возможность импорта готовых проектных решений из Land Development Desktop.

В начало В начало

Анализ рельефа

В состав модулей MX не входят программы по решению геодезических задач, но MXROAD позволяет импортировать результаты данных обработки полевых измерений, полученных с помощью хорошо известного пакета программ для решения геодезических задач — RGS («Румб», Москва), а также данные Autodesk Survey. Для определения ошибок в данных, которые необходимо было устранить до начала проектирования, использовался инструмент всестороннего анализа поверхности, включающий в себя следующие возможности:

  • построение горизонталей рельефа (варианты: не сглаженные, сглаженные, с сильным сглаживанием);
  • анализ поверхности рельефа по высоте;
  • анализ поверхности с выявлением участков со значительными уклонами (с уклонами, превышающими заданную величину);
  • анализ поверхности с плоскими участками (с уклонами меньше заданной величины);
  • анализ формирования поверхностного стока;
  • построение разрезов рельефа, задаваемого двумя произвольными точками.
В начало В начало

Проектирование в плане

Проектирование автомобильных дорог в плане и их продольного профиля в MXROAD может выполняться средствами как быстрого, так и полного проектирования. Функцией быстрого проектирования является эскизное проектирование, позволяющее быстро и легко выполнять различные варианты проекта дороги с целью определения оптимального. При проектировании магистральной улицы в Иркутске, ведущей к новому мосту, первоначально был использован метод быстрого проектирования дороги, традиционный для наших проектировщиков: фиксация вершин углов поворота трассы дороги с вписыванием горизонтальных кривых. Задание вершин углов поворота трассы дороги на плане можно было выполнить разными способами: вводом координат, позиционированием курсора, а последующие изменения положения вершин посредством drag-and-drop. Далее проектное решение более детально уточнялось средствами полного проектирования, что позволяет нанести ось дороги на план несколькими способами, а именно:

  1. Методом вершин, в котором, в отличие от быстрого проектирования, имеется опция, позволяющая вести проектирование без прямых вставок между кривыми в плане. При использовании этой опции кривые вписываются между каждой парой фиксированных точек, причем автоматически вычисляется положение вершины угла поворота каждой такой кривой.
  2. Методом элементов, когда проектная линия набирается как комбинация элементов (прямых, круговых кривых, переходных кривых) и вычисляет соответствующие положения вершин углов поворотов, расстояний между вершинами углов поворотов и т.д.
  3. Методом сплайнов.

Отметим, что первые два способа нанесения проектной линии взаимозаменяемы.

В начало В начало

Проектирование продольного профиля

В быстром проектировании используется метод вершин — другими словами, знакомый всем метод тангенсов. Техника нанесения проектной линии продольного профиля такая же, как и в быстром проектировании в плане. В полном же проектировании по усмотрению проектировщиков можно применять любой из указанных методов. В целом техника проектирования продольного профиля в данном программном обеспечении лучше всего подходит в случаях большого количества контрольных точек и руководящих отметок. Проектирование оси в продольном профиле завершает формирование так называемой проектной струны. К осям (струнам) в дальнейшем привязывают шаблоны поперечников, струны которых будут ссылочными для привязки обочин, тротуаров, откосов земляного полотна. Следует отметить, что как на стадии проектирования в плане, так и на стадии проектирования продольного профиля в этом проекте производился автоматический контроль выполнения норм проектирования. Эти нормы — максимальные уклоны, минимальные радиусы и длины горизонтальных и кривых, минимальные длины прямых вставок и т.д. — указывал пользователь. Соответственно в программе предусмотрены текстовые сообщения обо всех геометрических параметрах плана и профиля, об абсолютных и относительных координатах их характерных точек.

В начало В начало

Проектирование проезжей части

Проектирование проезжей части осуществлялось привязкой шаблона ее поперечника к проектной струне. Количество полос движения, наличие разделительной и краевых технических полос, а также ширина и поперечные уклоны перечисленных элементов проезжей части задавались с помощью графического редактора. Полученный шаблон сохранялся в пользовательской библиотеке шаблонов проезжей части (рис. 3). Программа позволяет изменять поперечники проезжей части по длине трассы — для этого достаточно было указать начало и конец соответствующего участка.

В начало В начало

Проектирование виражей

Для проезжих частей без разделительной полосы, для проезжих частей с разделительной полосой и для рамп (съездов) развязок имеются специальные библиотеки отгонки виражей, каждая из которых насчитывает от четырех до шести способов отгонки. Кроме того, возможно редактирование результатов расчетов, например уменьшение поперечного уклона виража до максимального допустимого значения 4% в соответствии с СНиП. Набор расчетных значений скорости движения задан в программе с шагом 10 км/ч, поэтому у проектировщиков не было никаких проблем с выбором расчетной скорости, соответствующей категории проектируемой автомобильной дороги или городской улицы, согласно СНиП 2.05.02-85 и СНиП 2.07.01-89.

В начало В начало

Проектирование пересечений в одном уровне

В программе предусмотрена возможность применения как простых, так и коробовых кривых, и параметры последних могут задаваться в широком диапазоне значений (рис. 4). Имеется графический редактор для проектирования канализирующих островков. Предусмотрено окно редактирования отметок кромок кривых на пересечениях — фактически это является редактированием продольных профилей кромок. Такая особенность программы позволяет легко выполнять размостку второстепенных улиц (переход от двухскатного поперечного профиля проезжей части к односкатному) в местах их примыкания к основной проезжей части. Модуль MXROAD обладает всем необходимым инструментарием для объемного проектирования — план и вертикальная планировка. Дорожная разметка выполнялась с помощью макросов, специально разработанных для этих целей, а размещение технических средств регулирования — средствами AutoCAD.

В начало В начало

Проектирование тротуаров и обочин

Тротуары и обочины привязываются к струнам кромок проезжей части, поэтому данная операция была выполнена после проектирования всех пересечений. Шаблоны поперечников обочин и тротуаров могут задаваться любой конфигурации (по усмотрению пользователя) и сохраняться в соответствующей библиотеке пользователя, а возможности соответствующего графического редактора позволяют сформировать тротуар даже в сочетании с ограждением типа «нью-джерси» (рис. 5). В частности, в рамках рассматриваемого проекта на участке протяженной выемки были применены технические тротуары в сочетании с подоткосными лотками трапециевидного сечения.

В начало В начало

Проектирование откосов

Как и на предыдущих стадиях (проектирование проезжей части, тротуаров и обочин), проектирование откосов начиналась с формирования шаблонов. Форма откосов, их заложение, наличие берм и кюветов всех конфигураций задавались с использованием графического редактора, и при необходимости они могли быть сохранены в соответствующей пользовательской библиотеке (рис. 6). Исходными данными для проектирования являются струны бровок земляного полотна (для тротуара — струна его внешней кромки) и триангуляционная поверхность местности. Редактирование поперечников и их визуальный контроль выполнялись с помощью специального редактора. При этом любые изменения поперечников в процессе редактирования сопровождались автоматическими изменениями в плане и по отметкам.

В начало В начало

Графический редактор дорожной одежды

Хотя в состав модуля MXROAD не входят подпрограммы расчета прочности дорожных одежд, в модуле имеется специализированный графический редактор конструкции дорожных одежд проезжей части, покрытий тротуаров и разделительной полосы для последующего автоматического генерирования чертежей поперечников дороги, включающих разрез дорожной одежды. Редактор позволяет формировать поперечники, включающие в себя разные по ширине проезжей части конструкции дорожной одежды. Это необходимо при реконструкции проезжей части и капитального ремонта дорожной одежды.

В начало В начало

Текстовые отчеты

Создаваемые в MXROAD текстовые отчеты очень подробны и помимо традиционных для нас геометрических параметров плана и профиля дороги могут содержать и сообщения о любой из струн (кромки покрытий, бровки земляного полотна, верх бордюрных камней и т.д. с указанием координат и отметок точек соответствующей струны). В состав текстовых отчетов входят объемы конструктивных слоев дорожной одежды и объемы земляных работ — как по пикетам, так и нарастающие по длине трассы.

В начало В начало

Чертежи

В MXROAD автоматически генерируются чертежи: план, продольные профили по всем проектным струнам, сочетание плана и продольного профиля, поперечники в каждом из пикетов. Задание масштабов, общая компоновка чертежей, разделение их на листы, добавление шапок продольного и поперечных профилей осуществляются с помощью модуля MXDRAW. Вывод графики выполняется в соответствии со стандартом, который выбирает пользователь, обращаясь к определенной библиотеке стилей. В связи с этим одним из принципиальных моментов стандартизации МХ является разработка библиотеки стилей согласно требованиям российских стандартов. В настоящее время специалисты фирмы Infrasoft почти завершили работу над библиотекой российских стандартов.

В начало В начало

Сфера применения МХ

Семейство программных продуктов МХ широко применяется в разных сферах, в числе которых — новое проектирование и реконструкция автомобильных и железных дорог, проектирование вертикальной планировки разных территорий (как жилых, так и промышленных), аэродромы, горнодобывающая промышленность (карьеры и шахтные разработки), гидротехнические сооружения, спортивные поля и др. Назовем сферы наиболее эффективного применения:

  • новое проектирование городских улиц и дорог, автомобильных дорог I технической категории;
  • проектирование реконструкции автомобильных дорог, городских улиц и дорог;
  • проектирование участков горных дорог с применением серпантина;
  • проектирование пересечений в одном и разных уровнях, всех типов;
  • проектирование горизонтальной и вертикальной планировки жилых территорий;
  • проектирование горизонтальной и вертикальной планировки промышленных предприятий, использующих разные виды транспорта;
  • проектирование объектов рельсового транспорта — железных дорог, трамвая, метро.

Методика проектирования, основанная на применении струн, позволяет формировать совершенно различные шаблоны проезжих частей, тротуаров и обочин, откосов, что и требуется в городских условиях. Поскольку можно формировать шаблон с разделительной полосой любых очертаний и автоматически рассчитывать вираж для проезжей части с разделительной полосой, модуль MXROAD пригоден для геометрического проектирования дорог всех категорий, в том числе и I категории. Сочетание модулей MXROAD и MXRENEW обеспечивает пользователя удобным инструментом как для нового проектирования, так и для реконструкции дорог любых типов.

В начало В начало

Коротко о составе программного обеспечения МХ

В семейство программных продуктов МХ версии 2.5 входят пять модулей: MXROAD, MXRENEW, MXSITE, MXRAIL и MXDRAW. MXROAD и MXRENEW являются основными модулями в этом семействе и предназначены для проектирования и реконструкции дорог. Модуль MXSITE позволяет производить разработку местности под строительство. Модуль MXRAIL предназначен для проектирования и реконструкции железнодорожных путей. Новый модуль MXDRAW служит для создания и выпуска рабочих чертежей в соответствии с нормативными требованиями. Следует отметить, что функциональность MXDRAW входит в каждый из модулей MX, а его самостоятельное использование в качестве сетевой станции подготовки чертежной документации по выполненным в МХ проектам и ее вывода на периферийные устройства будет весьма эффективным. Использование каждого модуля семейства МХ возможно непосредственно в рамках одного проекта. Иными словами, осуществление анализа цифровой модели местности и ее редактирование, проектирование автомобильных и железных дорог и подготовка проектов вертикальной планировки и благоустройства могут выполняться одновременно с использованием диалоговых окон и постоянного рабочего экрана, отображающего ЦММ и проектные решения в плане. Вывод на экран ЦММ и проектных решений в плане или их составляющих осуществляется по усмотрению пользователя. Все это в целом — в сочетании с удобным продуманным до мелочей графическим интерфейсом и с мощными средствами 3D-визуализации — обеспечивает надежный контроль как в процессе проектирования, так и при оценке проектных решений. Функции позиционирования (правая кнопка мыши), snap, drag-and-drop способствуют увеличению скорости работы, особенно в случаях сложной геометрии.

 

По материалам компании ЗАО «ЕМТ Р» и ОАО «Иркутскгипродорнии».

«САПР и графика» 9'2001