Инфраструктура российских городов меняется быстро. Там, где еще вчера были городские пустыри, сегодня расположены новые микрорайоны. В число проектируемых объектов помимо зданий и сооружений обязательно включаются улицы и дороги. При этом предъявляются все более жесткие требования к качеству строительства и оперативному представлению проектных данных, так как для принятия некоторых решений важным условием является возможность быстрого создания модели будущей дороги с последующим проведением экологической экспертизы проекта и его экономического обоснования. Иногда принимать решения приходится, сравнивая не два-три, а гораздо больше вариантов проектных решений. Естественно, это требует перехода от традиционных способов проектирования к компьютерным решениям проектных задач.

Технология проектирования дорог в интегрированной среде CADdy

Аркадий Калинин, Владимир Вагин

Подготовка геодезической основы

Основная идея и принципы

Первый шаг

Настройка параметров

Подготовка геодезической основы

Продольный профиль оси и границ

Контрольные точки

Проектирование узлов

Вывод данных

Дорожная разметка и дорожные знаки

Озеленение и вертикальная планировка

И еще...

Компьютерное проектирование автомобильных дорог представляет собой очень сложный процесс обработки разнообразной технической информации, которую необходимо в том или ином виде ввести в компьютер, обработать, а затем на основе этой первичной информации создать «нечто», называемое проектом автомобильной дороги некоторой заданной категории. Кроме того, требуется выдать достаточно полный набор отчетно-технической документации, позволяющей это «нечто» корректно построить и долгие годы эксплуатировать. На практике создать все это в рамках одного программного средства очень сложно, но выполнимо. Так, например, эти и многие другие задачи комплексно решаются в среде интегрированной САПР CADdy, поддерживающей все звенья соответствующей технологической цепи — от изысканий и проектирования до строительства и эксплуатации построенных дорог.

С точки зрения уже существующих проектных технологий значительный интерес представляет внедрение новых компьютерных способов обработки информации в уже существующую «бумажную» организацию работ, сложившуюся за десятилетия упорного труда проектировщиков. Несмотря на то что сейчас уже не 80-е годы (и на рабочих местах проектировщиков стоят не кульманы, а компьютеры), основной деятельностью проектировщика, занимающей 90% его рабочего времени, остается графическая разработка проекта. Вроде бы — «новая технология», использующая уже не карандаш, а компьютерную мышь, но принципы ведения работ аналогичны «бумажным». И хотя заманчиво иметь на компьютере проектируемый объект во всей его трехмерной красе, но строят-то у нас еще по старинке, требуя для этого огромное количество «бумажной» документации.

Анализ показывает, что не более 20% организаций, создающих строительные шедевры, могут похвастаться возможностью принимать от проектировщиков рабочую документацию в электронном виде, чтобы в соответствии с ней выполнять строительные операции. Остальные 80% руководствуются «килограммами» и «квадратными метрами» информации, хранящимися в шкафах и на рабочих столах. Поэтому любая САПР в области строительства должна не только быстро возвести проектируемый объект «в чреве» компьютера, но и оперативно выбрать из множества вариантов наиболее удачный и экономичный, провести его презентацию и подготовить техническую документацию. Совместить легкость компьютерного проектирования с необходимостью выпуска объемной технической документации (да еще в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами и ЕСКД) — на сегодняшний день задача не из легких.

Ближе всего к решению этих проблем подходят некоторые программные средства САПР, разработанные за рубежом. К сожалению (или к счастью), они не соответствуют требованиям ГОСТов, а «молятся другим богам» — DIN, ISO, ANSI. Однако отечественные разработки решают эти же задачи в соответствии с ГОСТами, но совсем не учитывают другие стандарты. А ведь иногда требуется выпустить документацию по «иноземным» стандартам, так как сегодня партнером по проектированию и строительству может стать любая западная фирма. Система CADdy, разработанная германской фирмой ZIEGLER-Informatics GmbH и локализованная в России компанией ПОИНТ, соответствует условиям и тех и других.

Как показывает опыт, на этапах первоначального внедрения программного обеспечения САПР разработка методики проектирования в соответствии с существующей на предприятии «бумажной» технологией (с последующим переходом на «компьютерные рельсы») более предпочтительна и менее болезненна, чем резкий переход на новую технологию. При этом немаловажно и то, что использование программных средств на первом этапе внедрения не потребует сокращения рабочих мест, а увеличит скорость подготовки проектов и, как следствие, приведет к увеличению числа заказов.

Проектирование дорог включает в себя не только достаточно сложный процесс формирования документации, но и создание трехмерной модели будущего объекта. Это связано не только со сложностью самого объекта, но и с условиями его размещения относительно внешних инженерных коммуникаций, зданий и сооружений, других объектов, а также с трудоемкой первоначальной подготовкой исходных данных для создания цифровой модели местности (ЦММ).

Переход от «бумажной» технологии к компьютерному проектированию в соответствии с общей технологической схемой выполнения работ (рис. 1) решен в CADdy как на уровне модульной организации рабочих мест, так и в последовательности команд основного меню системы. Если принять за основу существующую технологию проектирования, то проектирование может вестись по описанной ниже методике с использованием модулей CADdy V1—Обработка данных полевых измерений, CADdy V2—Создание электронной карты местности, CADdy V3—Формирование ЦМР, а также CADdy STR—Проектирование автомобильных дорог, CADdy FMB—Дорожные знаки и дорожная разметка и CADdy BFP—Ведение генпланов.

Подготовка геодезической основы

Первоначальная для проектирования дорог задача — перенести имеющееся топографическое обоснование проектных работ с бумажных носителей (карты, чертежи, полевые журналы съемок) в компьютер, а затем сформировать ЦММ, которую в дальнейшем будет «понимать» модуль CADdy STR. Невелика радость — довольствоваться плоской картой или планом, поскольку в процессе проектирования придется изрядно повозиться с профилями (продольными и поперечными), автоматически формировать которые можно только на основе цифровой модели рельефа (ЦМР).

Формирование ЦМР — это целая технологическая цепочка, так как непосредственно получить модель рельефа с плоской карты невозможно. В рамках системы CADdy таких технологий существует множество, и каждая использует свой алгоритм обработки исходных данных в зависимости от их типа (растровая подложка, векторные чертежи, материалы аэрофотосъемки, материалы полевых геодезических работ и т.д.). Вот почему столь трудоемкий процесс, как создание ЦМР, целесообразнее передать в руки профессионалов — инженеров-геодезистов (тем более что для решения этих задач существуют специализированные модули V1, V2 и V3 подсистемы CADdy—Геодезия). Не вдаваясь в подробности формирования ЦМР, уже описанные в наших предыдущих публикациях в «САПР и графика» № 6 и 7’97, добавим только, что от точности и правильности созданной ЦМР зависят как достоверность проектируемого объекта, так и расчетные величины объемов земли, вертикальной планировки и благоустройства территории.

Сократить время подготовки исходных данных можно уже на этапе получения исходной информации из соответствующих организаций (разумеется, предварительно согласуя с ними формат и тип передаваемых данных). Например, для Москвы такой организацией является МОСГОРГЕОТРЕСТ. Предлагаемая этой организацией исходная геодезическая информация позволяет в несколько раз ускорить создание геодезической основы проектирования.

Основная идея и принципы

С помощью прикладного модуля CADdy STR—Проектирование дорог можно проектировать и рассчитывать любые категории дорог. Он является завершенным программным продуктом, предназначенным для целостной технологической обработки проекта дороги с выдачей необходимой технической документации для ее строительства. Его логика построена таким образом, чтобы обеспечить последовательный процесс поэтапного проектирования и соответствующей обработки данных отдельного проекта. В процессе разработки проекта дороги в любой момент можно воспользоваться подсказкой, вызываемой в диалоговом режиме для любого пункта меню или заполняющего поля диалогового окна. Отличительная черта данного модуля CADdy, да и всей системы в целом — поддержка объектно-ориентированной идеологии проектирования. Проектировщик работает именно с объектами (такими, как граница дороги, откос и т.д.), решая только проектные задачи и оставляя компьютеру и программному обеспечению рутинную работу по «вычерчиванию». Итогом работы также является объект (дорога), для которого легко получаются все рабочие чертежи, спецификации и другая отчетная документация.

Первый шаг

Проектирование дороги ведется на основе проекта. Отдельный проект включает электронный чертеж (файл формата *.PIC), созданный в модуле CADdy V2—Картография/Оцифровка или конвертированный в среду CADdy из других CAD-приложений (например, из AutoCAD любых версий). Рекомендуется вести обработку проекта совместно с цифровой моделью рельефа (ЦМР), которая может быть создана по геодезическим данным с помощью модуля CADdy V3—Цифровая модель рельефа. При работе с проектным рельефом дороги этот модуль одновременно обеспечивает расчет вертикальной планировки и объемов земляных работ.

В процессе проектирования плановых и высотных элементов дороги можно включить режим автоматической проверки на соблюдение технических норм по данной категории дороги (например, проверка текущих радиусов горизонтальных и вертикальных кривых со значениями минимальных и максимальных радиусов или проверка текущих продольных уклонов). Нормативные данные могут быть введены в качестве параметров дороги и записаны в соответствующий файл (рис. 2).

Рассмотрим основные этапы проектирования дороги и их реализацию функционалом модуля CADdy STR.

Настройка параметров

Работа всей системы проектирования дорог базируется на основе значений «глобальных» параметров CADdy STR, которые определяют для пользователя условия проектирования, проверки и отрисовки тех или иных объектов.

Перед началом проектирования (как и в любой промежуточный момент обработки) можно провести назначение или редактирование разнообразных параметров графического представления данных на экране монитора и вывода на печать, а также параметров проектирования (рис. 3).

Создание оси дороги и границ

Построение осевой линии дороги можно осуществить разными методами. Основными из них являются:

• графическое построение оси с последовательным конструированием отдельных главных элементов (отрезков, круговых и переходных кривых, сопряжений);
• построение оси с последовательным конструированием отдельных главных элементов посредством ввода их числовых параметров (координат, длин, радиусов и т.д.);
• считывание координатного файла угловых точек ломаной (точек поворота);
• копирование или параллельный перенос существующей дороги;
• указание на чертеже подготовленной линии (например, созданной функциями модулей CADdy GP—Базовый пакет или CADdy V2—Картография/Оцифровка).

После отработки линии оси дороги можно приступить к построению границ в плане. Каждая граница характеризуется отступом от оси или от другой выбранной границы, а также поперечным уклоном. Кроме того, на каждой границе могут быть созданы точки перелома. Можно также провести проверку оси и границ дороги относительно предварительно размещенных контрольных точек (подробнее это будет описано ниже), а также расчет зон видимости (например, при обгоне автотранспорта) и зон буксировки выбранного типа автотранспорта с визуализацией результатов его движения по созданной траектории.

Если результаты этого этапа удовлетворяют требованиям проектировщика, можно приступать к обработке продольного профиля.

Продольный профиль оси и границ

Для построения продольного профиля осевой линии дороги предлагается специальный инструментарий, который позволяет:

• задавать точки (пикетаж) продольного профиля автоматически (например, через каждые 20 м) или путем ввода (например, плюсовых точек), а также считыванием координатного файла;
• загрузить в качестве линии местности специальный файл продольного профиля, полученный по результатам полевых изысканий;
• загрузить в качестве линии местности данные из специального файла поперечного профиля, содержащего геодезическую съемочную информацию по поперечникам существующей и реконструируемой дороги;
• вписывать вертикальные кривые заданных радиусов;
• изменять текущие параметры элементов профиля (продольные уклоны и длины прямых участков, радиусы или тангенсы вертикальных кривых и т.д.).

Расчет высот точек по линии профиля можно выполнить автоматически (по данным загруженной ЦМР) или вводом соответствующих значений для пикетных точек (рис. 4).

Помимо детальной отработки проектной линии оси дороги можно также обработать продольный профиль каждой границы путем создания на них точек перелома и обработки этих точек. Далее на границах проезжей части можно создать такие конструкции дороги, как стоянки, остановки, участки изменения отступа (ширины проезда) и поперечного уклона, виражи и уширения на участках плановых кривых, а также участки водостока, характеризующиеся изменением продольного уклона на линии границы. Расчеты уширений и виражей выполняются автоматически по заданной категории дороги с учетом проектной скорости движения транспорта. Предлагаемые расчетные данные могут быть отредактированы проектировщиком. После определения структуры границ можно «проехать» по созданной дороге, визуализировав ее в перспективном изображении.

Для вывода на плоттер продольного профиля выполняется установка горизонтального и вертикального масштабов, выбор размеров листа вывода (например, формат А1), назначение параметров заголовка и рамки. Далее назначаются графы легенды и их размеры, а также предварительно созданный штамп (сохраняемый в виде В-символа CADdy), который будет автоматически выводиться на чертеж. В зависимости от установок параметров можно вывести на печать отдельные части профиля на отдельных листах.

Контрольные точки

Реальное проектирование дорог сегодня, как правило, ведется не «в чистом поле», а в условиях существующей застройки или на основе реконструируемой дороги. Это обстоятельство выдвигает десятки и сотни условий ограничительного характера (в одном месте — не выше 100 мм, в другом — не ближе 20 м и т.д.). В системе CADdy для задания такого типа условий существуют контрольные точки, которые рекомендуется создать на чертеже еще на начальной стадии разработки проекта (с целью проверки планового и высотного положения оси или границ дороги относительно этих точек). Контрольные точки могут быть представлены геометрически в трех видах: точка, окружность или кольцо (рис. 5).

Поперечный и типовой профиль

После обработки продольного профиля и назначения границ могут быть проведены следующие этапы проектирования:

• построение типовых поперечных профилей;
• конструирование дорожных одежд;
• определение спецификации, информация из которой будет внесена в чертеж поперечного профиля;
• построение рабочих чертежей поперечного профиля.

Типовые поперечные профили могут быть созданы на любом пикете дороги или, исходя из структуры границ, на переломных точках этих границ. Процесс создания типового профиля (рис. 6) заключается в размещении и раскладке его элементов (например, бордюров, лотков, канав, откосов, дренажа, защитных столбиков, шумозащиты в виде валов или стенок), а также слоев (дорожных одежд проезжей части, покрытий тротуаров, обочин, участков озеленения и пр.).

Помимо списка стандартных конструктивных элементов, поставляемого вместе с модулем CADdy STR, пользователь может создать индивидуальные каталоги элементов и записать их в соответствующий файл библиотеки. После определения структуры типовых профилей дороги можно создать специальный файл (*.QUE), в котором совместно записаны данные по рельефу местности и поверхности типового профиля на определенных станциях. Для вывода на плоттер чертежей поперечного профиля (рис. 7) нужно также провести необходимые настройки (аналогично случаю продольного профиля дороги).

После проведения количественного расчета автоматически создаются специальные текстовые файлы, в которых содержится следующая информация:

• данные расчета объемов насыпи, выемки, растительного слоя по каждой станции (с суммарным накоплением значений);
• данные расчета площадей сечений каждого слоя на станции и накопленные значения объема слоя;
• данные о длинах используемых элементов (бордюров, лотков, дренажа и т.д.);
• данные о площадях поверхности отдельных слоев;
• высотные данные о структуре дорожных одежд и земляного полотна, а также многое другое.

Проектирование узлов

Технология проектирования дорог предполагает создание не только отдельно расположенных объектов (собственно дорог), но и их всевозможных пересечений. Процесс проектирования таких объектов в CADdy достаточно автоматизирован. Главное при этом — задать необходимые параметры и ответить на некоторые вопросы системы. Тогда создание объекта, а также процесс отрисовки происходят автоматически. В CADdy STR используют в основном две формы узлов: пересечение (перекресток) и примыкание. При этом можно создавать пересечения на одном или на разных высотных уровнях. На созданном узле можно построить такие элементы, как капля и треугольный островок. Обработка перекрестка включает в себя создание на нем скруглений границ двух дорог выбранного типа (например, круговой кривой с переходными участками или без них), а также создание уширений в области узла для правого или левого поворота. Можно также провести расчет «треугольника видимости» при въезде на узел и горизонталей на узле для анализа стока ливневых вод. Дополнительно в CADdy STR можно обработать продольный профиль каждого скругления на перекрестке (рис. 8).

Вывод данных

На различных этапах создания дороги можно выводить в подготовленные формуляры разнообразную информацию в виде текстовых файлов. Это относится, например, к параметрам всех элементов оси дороги, продольного профиля, границ, элементов узла, контрольным точкам, координатам точек по поперечникам, размещенным на оси и границах дороги для получения разбивочных данных и построения проектной ЦМР. Вышеперечисленные данные могут быть использованы в других модулях (например, файл точек может быть загружен в модуль CADdy V3—Цифровая модель рельефа, в котором выполняются создание и формирование плана вертикальной планировки).

Дорожная разметка и дорожные знаки

Следует заметить, что наряду с CADdy STR можно использовать такой модуль, как CADdy FMB—Дорожная разметка и дорожные знаки, позволяющий провести на запроектированной дороге мероприятия по организации дорожного движения (рис. 9). С помощью этого модуля можно:

• создать продольную и поперечную дорожную разметку, участки остановки и парковки, запретные зоны;
• создать индивидуальные типы покрытий, разместить их на чертеже и рассчитать соответствующие площади;
• разместить дорожные знаки, относящиеся к различным группам;
• разместить столбы освещения;
• получить полную спецификацию по дорожным знакам и дорожной разметке текущего проекта с информацией об их числе, параметрах положения, габаритах и пр.

Озеленение и вертикальная планировка

В модуле CADdy STR не предусмотрен ряд функций, не имеющих прямого отношения к проектированию дорог. Многие задачи можно и даже нужно решать в других специализированных модулях CADdy. К числу таких задач относятся озеленение и вертикальная планировка, соответствующие разделу «Проектирование генпланов», который уже освещался в журнале «САПР и графика» № 11’96. Модульность системы CADdy позволяет гибко формировать рабочие места любого назначения, подобрать набор модулей для решения всех требуемых задач. Заказчик может сократить затраты на формирование рабочих мест, применив сетевую лицензию и оптимальным образом подобрав набор прикладных модулей CADdy.

И еще...

В принципе, здесь можно было бы завершить описание решения проектных задач по разделу «Проектирование дорог». Однако система CADdy позволяет пойти дальше. В частности, запроектированный комплекс объектов с их характеристиками может быть передан службам эксплуатации в виде полноценной ГИС для решения уже совершенно иного круга задач. Преемственность проектных данных и результатов исполнительных съемок в рамках CADdy позволяет в кратчайшие сроки получить отдачу от сформированной таким образом графической информационной системы («САПР и графика» № 4’99). Так, использование проектных данных по дорогам (с применением CADdy KIS) позволит дополнительно решить вопросы по хранению электронных архивов (рис. 10).

«САПР и графика» 10'2000