AutoCAD Civil 3D pro návrh železnic | Uživatel CAD

Softwarový balík GeoniCS ZHELDOR vyvinutý společností CSoft Development funguje na platformě AUTOCAD CIVIL 3D a využívá jeho možností k vytváření a úpravě 3D modelů (koridorů) navržených tratí, získávání návrhových příčných řezů a výpočtu objemu zemních prací. V podstatě jsou tyto dva produkty jeden a tentýž.

Je důležité si uvědomit, že použití základní platformy bez dalších specializovaných aplikací není pro projektování železnic zcela vhodné – postrádá řadu schopností, které jsou pro geodety a projektanty nesmírně důležité: zpracování terénních kódovacích dat, redukování měřických bodů na ose koleje, práce s měřickými průřezy, výběr prvků plánu trasy, generování výkazů a celá řada návrhových úkolů. Všechny tyto schopnosti jsou implementovány v GeoniCS ZHELDOR. Kromě toho vývojáři GeoniCS ZHELDOR sepsali pro zohlednění specifik železnice další funkcionalitu, která umožňuje pomocí objektu „Corridor“ vytvořit model navržené silnice a na jeho základě získat veškerou potřebnou dokumentaci.

Zveme vás, abyste se blíže podívali na tyto schopnosti a také na metody pro navrhování železnic v Civil 3D. Budeme si povídat o práci s designovým prvkem „Ballast prism“, zaměříme se na vytváření svahů s příkopy, navrhneme profily podél příkopů a chodeb podél navržených cest, zvážíme způsoby výstavby povrchů podél nich, nástroje pro výpočet objemů výkopových prací a potřebné materiály. Části projektu realizované pomocí funkcionality GeoniCS ZHELDOR – sestavení plánu navržené trasy, stávající a navržený profil, příprava výkresů – jsou uvedeny v článku Yuri Kurilo a Valentiny Chesheva publikovaném v tomto čísle časopisu.

Balastní hranol je hlavním prvkem používaným ke stavbě modelové železnice. Je součástí dodávky GeoniCS ZHELDOR a je navržen speciálně pro vytvoření železničního koridoru pomocí Civil 3D. Pro práci s tímto prvkem potřebujete licencovaný GeoniCS ZHELDOR nainstalovaný na platformě AUTOCAD CIVIL 3D. Ve výchozím nastavení prvek používá standardní ruské hodnoty pro parametry zátěže, polštáře a podloží, což eliminuje potřebu jejich častého upravování.

Později, když je chodba vytvořena, je možné automaticky vypočítat objemy drceného kamene a písku na základě zadaných parametrů štěrku a polštáře. Uvažovaný prvek navíc umožňuje navrhovat úseky s několika drahami na jednom štěrkovém hranolu. To je mimořádně důležité při práci na projektech pro stanice a silniční úseky s více kolejemi. Taková „flexibilita“ návrhového prvku je dosažena díky možnosti nastavit cílové parametry (trasy navržených cest na jednom balastním hranolu) ve vlastnostech koridoru.

Po přidání kolejí je chodba automaticky přestavěna; v závislosti na počtu kolejí a vzdálenosti mezi nimi se mění šířka hlavní plošiny a šířka vrcholu balastního hranolu. V budoucnu bude jakákoliv změna tras přidaných do koridoru jako cílových parametrů doprovázena přestavbou koridoru v souladu s novou plánovanou polohou tras. Možnost přestavby koridoru při změně objektů v něm obsažených umožňuje projektantovi mít k dispozici vždy aktuální model projektované komunikace a také nejnovější verze výkresů příčných řezů a objemových tabulek získaných z tohoto modelu. Díky použití dynamického modelu chodby se tedy ušetří čas na překreslování velkého množství výkresů a přepočítávání objemů výkopových prací a materiálů.

Vzhledem k tomu, že návrhový profil pro železniční trať je definován hlavou kolejnice, byl bod vložení prvku Zátěžová sekce do konstrukce nastaven na vhodnou výšku.

Pro vytvoření konstrukce se sklony a drenážními konstrukcemi jsou k bodům podél okrajů vozovky prvku „Ballast prism“ přidány prvky obecného pohledu. Jak ukázala praxe, použití takových prvků k vytvoření složitých svahů, kanálů, žlabů a příkopů umožňuje větší flexibilitu návrhu a umožňuje různé možnosti jejich plánované a zvýšené polohy.

Vytvoření návrhu

Jako příklad uveďme postup vytvoření konstrukce s příkopem pro navrženou trasu. Tento návrh bude zahrnovat různé možnosti pro vybudování příkopu (v násypu a v zářezu) a také umožní použití designového profilu podél dna příkopu.

Návrhové prvky doporučené pro návrh konstrukcí s odvodňovacími zařízeními jsou na paletě Metrický systém – prvky obecného tvaru.

S jejich pomocí můžete vytvářet struktury jakékoli složitosti. Použitím cílových parametrů (tras a profilů) v těchto prvcích je dosaženo vysokého stupně flexibility návrhu.

Proces jeho tvorby vypadá takto:

1. Vytvoří se struktura, ke které se následně přidá prvek „Ballast Prism“.
2. Stanoví se konstantní obrys příčného profilu s příkopem. V našem případě se jedná o obrys mezi body 1-6. Všechny vazby tohoto obrysu jsou vytvořeny pomocí prvku „LinkBySlopeAndWidth“, s jejich pomocí nastavíme rozměry příkopu a sklon jeho bočních stěn. Vertikální poloha bodu 6 vzhledem k povrchu reliéfu (v násypu nebo v jámě) je analyzována programově.
3. Pokud se bod 6 nachází nad černou plochou, promítne se na tuto plochu pod úhlem rovným sklonu (1:1.5) pomocí prvku LinkAlongSlopeSurface. Výsledkem je bod 7.
4. Od bodu 7 jsou vytvořeny odkazy 7-8 a 8-9, podobně jako odkazy 6-5 a 5-4. Bod 9 nakonec označuje nejvyšší polohu dna příkopu v násypu.
5. Pro určení plánované polohy příkopu v závislosti na konstrukčním profilu podél dna příkopu se pomocí prvku vytvoří odkaz 9-10 LinkBySlopeAndVerticalDeviation. Délka tohoto odkazu se bude lišit podle profilu návrhu přidaného jako cílový parametr.
6. Od bodu 10 se vytvoří spojnice mezi body 10−12 a 10−16, popisující nezměněný designový obrys s kyvetou. K bodu 12 se přidává prvek LinkAlongSlopeSurface, vycházející na černou plochu.
7. K bodu 1 je přidán prvek Označený bod. Použití prvku LinkToMarkedPoint vznikne spojnice mezi body 16 a 1. V důsledku toho jsme získali návrhový obrys v násypu mezi body 1, 16, 15, 14, 10-13. Stejným způsobem se v prohlubni vytvoří obrys návrhu. V tomto případě bod 4 označuje nejvyšší polohu dna kyvety v prohlubni.
8. Od tohoto bodu pomocí prvku LinkBySlopeAndVerticalDeviation Odkaz 4-17 je vytvořen. Délka tohoto spoje se bude také dynamicky měnit v souladu s designovým profilem.
9. Z bodu 17 vytvoříme návrhový obrys ve vybrání mezi body 1, 23, 22, 21,17−20.

Levá část konstrukce je vytvořena podobným způsobem.

Takto vytvořený návrh umožňuje navrhovat svahy s příkopy jak v násypu, tak ve výkopu při dodržení předem stanovených rozměrů a sklonů. V budoucnu při doplnění návrhového profilu podél dna příkopu (v násypu je profil určen pro bod 10) a jeho prohloubení zůstanou rozměry příkopu a sklony svahů nezměněny, změní se šířka svahu podél spojnice 1-16.

Pro snazší prohlížení struktury lze ve vlastnostech odpovídajících konstrukčních prvků deaktivovat pomocné vazby.

Pro správnou konstrukci charakteristických linií podél koridoru je nutné nastavit stejné kódy pro odpovídající body v náspu a ve výkopu.

Vytváření profilů pomocí kyvet

Zvažme vytvoření návrhových profilů pro levý a pravý příkop.

K tomu je po vybudování chodby na základě vytvořené konstrukce nutné určit profily podle nejvyšší polohy dna příkopu v násypu a ve výkopu (příkaz Vytvořte profily podél chodby). Tyto profily mohou být vytvořeny podél trasy silnice nebo pro větší přesnost podél dna příkopu. Pro výběr vhodných rysových linií v koridoru se doporučuje použít 3D pohled na model koridoru.

V další fázi se vytvoří profily návrhu podél dna příkopů (Vytvořit profil příkazem rozvržení). Čáry profilu se musí shodovat s dříve vytvořenými profily z charakteristických čar nebo procházet níže. Tyto linky jsou navíc upravovány v souladu s umístěním plánovaných propustků. Po vytvoření profilů návrhu lze pomocné profily vytvořené z konstrukčních linií odstranit.

Profily podél dna příkopů jsou přidány jako cíle do vlastností koridoru. Po přestavbě chodby si ji můžete prohlédnout po částech a v případě potřeby provést změny.

Vytvoření povrchu chodby

Plochy podél chodby lze vytvořit dvěma způsoby – charakteristickými liniemi a napojením.

Konstrukce povrchu pomocí charakteristických čar. Při přidávání zdrojových dat na povrch vybíráme ve vlastnostech koridoru kódy bodů odpovídajících charakteristických čar.

Poslední fází vytvoření povrchu podél koridoru je přidání ohraničení.

Při absenci vymezené hranice bude povrchová triangulace rovněž mimo komunikaci, zejména v případech, kdy má koridor složitý tvar. Hranici lze definovat interaktivně vyznačením charakteristických čar na výkresu, podél kterých by měla procházet.

Vytváření průřezů

Pomocí funkce vytváření řezů Civil 3D můžete získat příčné řezy se zadaným krokem podél osy navržené trasy na základě vytvořeného modelu koridoru. Nejprve musíte určit typy zdrojových dat, která se v těchto částech zobrazí. Pokud je na podloží vytvořený povrch a štěrkový hranol (z konstrukce koridoru), je možné zobrazit kolejiště na příčném řezu. Pro návrh použijte styly řezů a řezů, které byly buď v šabloně nebo nakonfigurované v tomto výkresu.

Výpočet objemů zemních prací a materiálů

Na základě vytvořených os řezů podél navržené trasy je možné vypočítat objemy zemních prací a materiálů a vygenerovat odpovídající tabulky. Přesnost výpočtu určuje projektant. Objemy lze vypočítat s daným krokem podél trasy navržené cesty a také s přesností konstrukce koridoru (výpočet objemů pro všechny pikety, ve kterých jsou struktury). Pro výpočet objemu výkopových prací jsou zapotřebí dva povrchy – stávající a povrch podél vozovky a pro výpočet objemu písku a drceného kamene stačí konstrukce koridoru (v tomto případě bude objem materiálu vypočítán s přihlédnutím ke změnám šířky štěrkového hranolu v závislosti na počtu kolejí). Na základě výsledků výpočtů jsou generovány objemové tabulky, které lze dynamicky propojit s modelem koridoru a automaticky aktualizovat, když jsou v něm provedeny změny.

Je třeba poznamenat, že se předpokládá, že všechny operace popsané v tomto článku budou provedeny po dokončení řady fází projektu pomocí nástrojů GeoniCS ZHELDOR (zpracování průzkumných dat, sestavení hrubého povrchu, vytvoření plánu, hrubých a návrhových profilů navržené trati a příprava výkresů). Chcete-li používat nástroje Civil 3D při práci s trasami, profily a povrchy připravenými v GeoniCS ZHELDOR, měli byste importovat a exportovat pomocí formátu LandXML.

Prezentovanou technologii navrhování železnic v GeoniCS ZHELDOR na platformě AutoCAD Civil 3D implementuje CSoft v pobočkách JSC Roszheldorproekt při realizaci pilotních projektů.

Andrey Zhukov, zástupce ředitele odboru průzkumů, obecného plánu a dopravy Valentina Chesheva, ředitelka odboru infrastruktury a rozvoje měst, PhD, doktor filozofie CSoft Tel.: (495) 069−4488 E-mail: [email protected] [email protected]

• 10 2009 března