计算机辅助设计方案及示例Word格式文档下载.docx
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短、快，所设计图表清晰，便于设计人员修改。
同时由于计算机的快速发展，高效、动态、实时的道路设计成为可能。
6.1计算机辅助设计
6.1.1计算机辅助设计发展状况
计算机辅助设计<
CAD）在工业与工程设计领域得到广泛应用，在道路交通领域也是一样，道路CAD
技术的应用提高了道路设计进度，使设计人员有更多时间对设计图表进行优化、对比，从而提高设计质量，
节省工程造价，给工程投资、设计和施工等部门带来了显著的经济和社会效益。
上世纪60年代初，计算机
开始在公路设计中应用，当时主要用于繁杂的数值计算和路线优化，上世纪70年代，英国、法国、原联邦
德国、丹麦等一些欧美国家都相继在道路路线优化<
特别是纵断面优化）和辅助设计绘图等方面取得了较成
熟的成果，并在实际生产中得到用到。
上世纪80年代．许多工业化国家已形成了具有数据采集、设计、计
算、绘图等完整功能的软件系统，并达到了商业化的水平。
目前国外的道路CAD软件已向三维渲染、参数
化设计和工程数据库支持的方向发展，所支持的设计对象也从以前的新建公路向已有道路改建发展。
现在国
外具有代表性的道路CAD软件有德国的CARD/1系统，英国的MOSS系统和美国的INTERGRAPH-
INROADS系统等。
上世纪世纪70年代我国开始进行路线优化技术研究，有关高等院校及科研设计单位先后编制了有关的路线优化程序。
上世纪80年代，各单位开始开发研制路线辅助设计系统。
随着计算机软硬件水平的提高，
我国相继出现了许多高质量的道路设计软件，如纬地、鸿业、EICAD和DICAD等。
这些软件目前在道路CAD设计过程中得到应用，极大地促进我国道路设计事业的发展，产生巨大的经济和社会效益。
6.1.2道路辅助设计系统的组成
CAD）是指利用计算机及外围设备帮助设计工程师进行工程和产品的原始数据采集、设计、绘图等工作。
CAD系统由硬件和软件两部分组成。
硬
件包括计算机<
主机、显示器、硬盘等）和外围设备<
打印机、绘图机、数字化仪和图形扫描仪等），见图6.1。
CAD系统的软件包括：
操作系统<
如
WINDOWS、OS/2、UNIX
等）、语言环境<
如C、FORTRAN等）和支撑软件<
如AutoCAD,Micro
图6.1CAD系统硬件组成图6.2系统的组成
Station等）。
目前道路CAD系统的主机平台主要有小型机和PC机两种，小型机工作站主要有HP,SUN,
VAX等。
MOSS,INROADS就是建立在小型机平台上的系统，国内多以PC机作为工作平台。
一个典型的
PC机系统的主要组成如图6.2所示。
6.1.3道路设计对CAD软件的要求
道路设计有以下特点：
1）原始资料复杂。
道路设计的原始数据中包括数据和图形，且数据的随机性较大，如地形图、地质资
料等。
2）设计对象的离散性。
如：
地形是一个离散的三维体，在设加宽的缓和曲线段上，道路边线是一条变
化曲线，无法用独立的常规方程来描述，道路边坡则是一个不规则曲面．这就造成了软件建模复杂。
3）各部分设计有一定的次序，但也常有交叉。
并且数据输入、输出贯穿于整个设计过程。
因此对道路
CAD软件就提出如下要求：
<
1）功能性要求，道路CAD软件应能完成设计任务，同时还要求满足数据和图形的输人、输出及编
辑、修改。
2）可靠性要求，道路设计往往涉及的参数繁多，操作随意性大，对系统的纠错和出错保护提出了很高
的要求。
3）可定制性要求，不同设计单位设计的习惯不同，要求设计软件可定制或修改，以适应不同设计单位
使用。
4）易使用性要求，软件的易使用性是相对的，同一个软件，对于不同的用户，感觉也不尽相同。
因此
在满足功能要求的前提下，操作方式和人机界面应设计得尽可能简洁、直观。
同时强大的在线帮助系统也是必须的。
5）可维护性要求，软件维护是软件生命周期中的重要一环，同时也是减少和解决软件在使用过程中的问题，当规范及外部条件发生变化时，能及时进行维护更新。
6.1.4道路CAD系统的基本功能
道路CAD系统应具备以下功能：
1）纸上定线或实地测设的数据可通过键盘、数字化仪、航测或电子手簿等方式输入计算机的技术；
2）建立和使用数字地形模型<
DTM）技术；
3）进行平、纵、横线形的人机交互设计与修改设计；
4）工程数量的计算和土石方动态调配；
5）平、纵、横断面设计图绘制；
6）各种成果表格文件输出；
7）涵洞的设计和绘制；
8）挡土墙的设计和绘制；
9）路线结构线透视图及全景透视图的绘制。
6.1.5道路CAD系统基本工作方式
道路CAD系统的各个模块按如下方式工作：
1.平面设计模块
平面设计过程中，设计工程师在大比例尺<
1：
2000以上）地形图上确定道路导线位置，其后采用人机对话方式逐个完成曲线设计，在设计过程中或设计完成以后，设计工程师可对原设计进行修改，模块还可提
供所定的平面方案对应的纵、横断面的信息，并可输出纵、横断面地面线略图。
对实地定线所得的平面设计方案，模块可提供平面移线设计功能，最后可绘制平面设计图。
2.纵断面设计模块
纵断面设计模块的基本工作方式为：
将实测地形数据输入计算机或利用数模获得的纵断面数据，设计工程师可进行纵坡设计，以人机对话方式对设计方案进行检查、修改，直至满意，最后即可绘制纵断面设计图。
计算机能显示与纵断面当前方案所对应的挖填高度等数据，供工程师检查修改作参考。
同时可以结合平纵设计和自然水系等情况，确定桥梁和涵洞的位置。
3.横断面设计模块
横断面设计模块工作方式为：
手工输入横断面数据或利用数模获得横断面数据，设计工程师根据各路段的具体情况定义各段的标准设计横断面，计算机根据标准横断面自动进行横断面设计。
因此计算机自动设计完成后，工程师即在屏幕上对横断面逐个进行连续显示检查，当发现不合理的设计即暂停显示，进行修改，而后再接着连续显示检查，直到全部断面都满意为止。
最后计算机计算土石方工程数量，绘制横断面设计图并输出有关数据成果。
4.土石方调配模块
在人工设计中通常采用逐桩调配，计算工作量大，调配的结果偶然性大，整体考虑不易做到合理。
采用计算机调配土石方，可以动态观测土石方调配，利用在横断面设计输出的土石方数据，直接计算并输出
Excel或word格式的土石方计算表，方便用户打印输出和进行调配、累加计算等工作。
系统可在计算中自动
扣除大、中桥，隧道以及路槽的土石方数量，并考虑到松方系数、土石比例及损耗率等影响因素。
最后输出土石方数量与调配表。
5.涵洞设计模块
涵洞设计模块主要依靠部颁标准图进行设计，可完成板涵、拱涵、圆管涵中由不同进口形式组合而成的
20余种涵洞的设计、绘图。
基本工作方式为：
输人设计所必须的参数，如：
涵洞与路线交角、路线纵坡、超高与加宽值、涵洞的跨径、净高、涵底设计标高等基础数据，模块根据这些数据自动绘图，工程师在屏幕上对图幅稍加修改后，可绘制涵洞设计图，同时向打印机输出工程数量。
6.挡土墙设计模块
挡土墙设计模块通常具有较强的人机交互功能，设计工程师输入相应挡土墙设计基础尺寸和路线设计数据，通过显示典型横断面检查挡土墙高度是否合理，如不合理则可修改，高度、地质等基础数据确定后，计算机自动绘制图表，设计工程师可以对图形进行修改编辑，即可绘制挡土墙设计图，同时计算工程数量并输出。
7.设计表格输出模块
该模块的功能就是向打印机输出路基设计表、土石方计算表、直线及曲线一览表等多种设计表格，能直接复印装订成册。
设计工程师只要输入表格名称及打印起迄点，计算机即自动打印。
8.透视图绘制模块
《公路路线设计规范》明确要求：
一级公路以及风景区公路的个别路段应绘制公路透视图予以评价。
有条件时二、三级公路的个别路段亦可采用公路透视图进行检验。
对于道路设计的平纵横组合及其安全、舒适性的评价，透视图不失为一种直观、有效的方法。
6.2平交设计示例
设计交叉口的主线为双车道山岭区二级公路，被交线为某立交
A匝道，交叉口采用渠化交通设计。
1）原始资料
1）交叉点主线里程：
K0+500。
2）设计路线<
主线）设计资料
①公路等级：
二级公路；
设计速度：
60km/h。
②交叉口处于主线的直线段。
主线中线上交叉点前后两点的坐标如表
6.1所示。
序号
里程
表6.1
主线中线坐标表
X坐标
Y坐标
1
K0+448.765
X=3338783.145285
Y=35540264.886281
2
K0+500
X=3338732.448071
Y=35540272.291857
3
K0+542.739
X=3338690.157712
Y=35540278.469404
③主线路幅资料：
路基宽10m；
行车道宽
④主线纵坡和横坡
纵坡：
-2.904%<
从北往南）。
路拱横坡：
2%；
土路肩横坡：
3%。
3）被交线<
A匝道）平面设计资料
7.0m，硬路肩宽
0.75m；
土路肩宽
0.75m。
立交对向分离双车道匝道；
②交叉口处于被交线的直线段。
被交线中线上两点坐标如表
60km/h。
6.2所示。
表
6.2
被交线中线坐标表
K0+000
K0+049.067
X=3338750.642548
Y=35540317.861334
③被交线路幅资料：
路基宽
15.5m；
中央分隔带宽
1.0m；
2×
3.5m；
硬路肩宽
2.5m；
土路
肩宽2×
0.75m。
④被交线从坡和横坡
1.29%<
往交叉口倾斜）。
横路拱横坡：
2）平面设计
1）平面线形设计
转角曲线A的右转车速选用35km/h，根据计算路面转角曲线半径A采用40m。
转角曲线A路基的转角
曲线半径采用40-0.75=39.25m。
转角曲线B的右转车速选用30km/h，根据计算路面转角半径B采用30m，
转角曲线A路基的转角曲线半径采用30-0.75=29.25m。
转角曲线线形设计通常采用单圆形，也可以采用多心复曲线设计，本例采用较简单的单圆形设计。
转角
曲线设计方法有两种，一种是标明圆心的坐标；
另一种是确定转角曲线的元素转角表，本例就是采用第二
种，采用纬地软件主线平面设计或立交平面设计均可，然后选择表格-绘制元素曲线表即可。
2）交通岛设计
相交公路设有中央分隔带。
3）立面设计
立面设计模式：
相交公路的等级相近，在交叉口范围内，主线与被交线的纵坡都保持不变，横坡都改
变。
交叉口的交叉角为77°
，大于
75°
，路脊线不用调整。
交叉口特征断面的设计标高可根据
2.8节方法
计算，标高计算线网采用网格法。
可采用纬地平交口设计软件进行设计，方法如下：
①路拱的设置，选择路拱的形式和坡度；
②创建平交口模型，依次选择路脊线、边线和平交口范围；
③进行等高线设置和标注设置；
④输入特征点的高程，然后输出等高线，平交竖向设计完成。
4）设计成果
根据以上的原始资料和设计方法，绘制出该三路交叉口的平面设计图和高程设计图，具体见图6.3、图
6.4。
图6.3平交平面设计图
图6.4平交口等高线设计图
6.3立交设计示例
6.3.1喇叭型立交概述
1）背景资料
某立交示例<
图6.5）主线为某山区高速公路
Z1，被交道路为已建成的某二级公路
Z2，主线设计速度为
80km/h，二级公路设计速度为
60km/h，匝道设计速度为
35~60km/h。
该立交的主交
通流向是B-A、A-D
方向，次交通流向是
C-A、A-B方向，采用
A型单喇叭的全互
通立交型式，主线下穿。
该方案的设计出发点是：
充分结合预测交通量的特点，在
保证主交通流向的立交匝道的等级较高外，尽量降低立交的桥梁长度等工程数量，
立交匝道沿现有高速公路
Z1的两侧空地进行布置，小环道采用卵形曲线，尽量减少
拆迁以及占地工程数量。
2）主要技术指标
1）计算行车速度
相交的主线
Z1为某山区高速公路，计算行车速度为
80km/h；
被交线Z2为某山区
二级公路，计算行车速度为
60km/h；
A匝道双车道段计算行车速度
60km/h，A匝道
小环道段计算行车速度
35km/h，B匝道计算行车速度
40km/h，C、D匝道计算行车
速度60km/h。
2）平面设计线形指标
具体平面线形指标如表
6.3所示。
表6.3
匝道设计参数
图6.5
喇叭立交示
意图
匝道
匝道设计速度
圆曲线最小半
回旋线参数
分流鼻处匝道平曲线的
km/h）
径<
m）
A<
L<
最小曲率半径<
A1、C、D
60
150
70
50
250
A2、B
40
35
2）桥下净空
机动车采用5.0m。
3）路基及车道宽度
高速公路Z1采用24.5M
宽的双向四车道断面
图6.6），行车道宽为2×
7.5m；
二级公路采用
10M宽的
双向双车道断面<
图6.7），行车道宽为
A匝道采用15.5m宽对向分隔双车道断面
图6.8），行车
道宽为2×
3.5m；
A匝道单车道、B、C、D匝道采用8.5M宽单车道断面<
图6.9），行车道宽为3.5m。
图6.624.5M高速公路横断面
图6.8对向分隔双车道匝道横断面
图6.710M二级公路横断面
图6.98.5M单车道匝道横断面
3）设计要点
图6.5所示为喇叭型立交设计图，设计要点如下：
1）首先设计A匝道，注意A匝道同主线Z1斜交的角度，如果地形有限，斜交角度可以小点，这时
A
匝道小环道往往形成卵型或多心复曲线，斜交角度较大时，可采用单圆型曲线，但占地面积相对较大。
2）注意B匝道与A匝道小环道的偏移，同时注意
A、B匝道在此位置分岔。
3）注意加速车道和减速车道偏移值不同。
4）注意纵断面设计过程中，分流鼻前的纵坡保持同主线一致，分流鼻后匝道变坡点同分流鼻保持一定距离，竖曲线不能超过分流鼻的位置。
6.3.2立交平面线形设计
1.主线、被交线线形设计
主线、被交线的资料通常是正在设计中或已建成的公路，对于前者路线线形资料直接提取，对于后者路
线线形资料相对缺乏，但借助于AutoCAD和纬地软件，可以恢复主线、被交线的线形资料，具体如下：
1）旧路或已建成公路可以测量道路中线的坐标和标高资料，选择设计
-平面拟合功能，可以获得相应的
公路平面线形数据。
选择设计
-纵断面优化/拟合功能，可以获得相应公路纵断面设计数据。
2）正在设计的道路可以选择设计
-主线平面设计功能，输入相应的路线交点，在对话框输入相应的半径
和缓和曲线参数值，即可恢复主线、被交线线位资料。
同时可以获得相应纵断面数据。
3）已有数字设计图件，但无路线设计的交点数据，可选择设计
-立交平面设计，结合AutoCAD
修剪功
能，分段拾取主线、被交线的线位数据。
结合纵断面优化
/拟合功能可获得纵断面数据。
4）重新主、被交线平面设计，可选择设计
-主线平面设计功能，设计相应的主线、被交线平面线形数据
和纵断面设计数据。
本例采用第3种方法获得某立交主线、被交线平面和纵断面设计数据。
在该互通式立交范围内，主线处于直线
-平曲线段，平曲骊半径
R=1000m，缓和曲线参数A=400m。
主
线在立交范围的起点里程为
Z1K86+700.000，终点为Z1K87+891.530。
被交线为两平曲线加直线，两平曲线
半径分别为R1=140m、R2=80m。
立交在被交线的设计起点为
Z2K0+500.000。
2.变速车道和辅助车道
该立交单车道加速车道采用平行式，减速车道采用直接式。
变速车道的长度和出入口渐变率根据主线的计算行车速度得到的计算值与规范的规定值比较，取其大
者，具体数据如表6.4所示。
C、D匝道与A匝道相交的加减速车道因车速相差不大，未按表内数据设计。
表6.4
变速车道长度及分流鼻半径指标
变速车道
主线设计
渐变率
渐变段长
主线硬路肩
分、汇流鼻
分流鼻处匝道
速度
长度
度
或其加宽后
端半径**r
左侧硬路肩
类别
（1/m>
（km/h>
（m>
的宽度C1（m>
加宽C2（m>
A-Z1
加速
80
180
一（1/40>
70（160>
2.5
0.6（0.75>
B-Z1
减速
110
1/20
3.0
0.60
0.80
C-Z1
C-A
155
—（1/35>
60（140>
0.6（0.70>
D-A
95
1/17.5
0.70
D-Z1
一（1／40>
0.6（0，75>
3.匝道线形设计
喇叭型立交中A匝道设计是关键，
B、C、D匝道的设计有待A匝道设计的数据，因此通常喇叭型立交
中A匝道最先设计。
1）A匝道线形设计
通常对A匝道采用两种方法来进行设计，第一种是将A匝道作为整体设计，在分岔处将小环道曲线偏
移一定距离，然后接Z1高速公路，分岔前A匝道采用对向分隔双车道，分岔后采用单车道匝道。
第二种是
将A匝道从分岔处分为两匝道来设计。
第一种方法相对直观，整体性好，本例采用前一种方法进行设计。
A匝道的起点位于被交线，而
进入分岔处，A匝道分为A、B
A匝道往往跨越主线，因此尽量在跨线部分设计为直线或较简单的曲线，
匝道，设计中心将发生偏移值，同时A匝道与Z1主线间为加速车道，因而
A匝道接线位置为主线最外侧的附加车道的中心线，本例具体数据如下：
根据单向匝道、双向匝道与主线的标准横断面，小环道起终点应位于如下两偏置线上：
双向匝道设计线偏置值=1.0/2+0.5+3.50/2=2.75m
主线偏置值=2.0/2+0.5+2×
3.75+0.5+3.50/2=11.25m
A匝道与主线Z1的加速车道长度按我国《公路路线设计规范》11.3.7
条规定：
“变速车道为单车道时，
减速车道宜采用直接式，加速车道宜采用平行式。
变速车道为双车道时，加、减速车道均应采用直接式。
”
因此A匝道分流鼻端后段匝道进入高速公路时按平行式加速车道设计，如表
6.4所示。
在纬地设计中，A匝道设计可以采
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