張 磊,郭政青,曹禮鵬,王詩薇,白婷玉,閔俊浩

(湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司,湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,城市道路上諸如照明路燈、道路監(jiān)控、交通信號燈、電信基站等桿件的數(shù)量也在不斷增加。這些功能桿件的布設(shè)通常是以單桿單用方式為主,導致同一路口存在多個桿體,嚴重影響了市容市貌。道路交叉路口繁多的桿件嚴重壓縮了車輛、行人的通行空間。駕駛員在駕駛過程中,會在同一地點看到多個桿件,獲取的信息更是多達數(shù)十條,增加了駕駛員對信息的識別難度。桿件的重復建設(shè)導致大量資源的不必要浪費,不符合新時代對資源有效利用的要求。此外,目前政府投資將桿件工程作為不同的市政道路子項進行建設(shè),驗收后移交相關(guān)部門進行后續(xù)的管理和維護,這使得運營管理無法取得良好的集聚效益。該模式建設(shè)的桿件明顯不具備功能擴展性,維修維護需政府持續(xù)投入,無運營收益價值等能力。

對城市道路交通標志、智能交通設(shè)備、照明設(shè)施、路名標識等市政設(shè)施桿件進行梳理與整合,取消不必要的桿件,整合可以合并設(shè)置的基礎(chǔ)設(shè)施,對于城市集約化建設(shè)、提升道路公共服務設(shè)施的管理、保障道路交通出行安全性具有重要意義。現(xiàn)階段,北京、上海、天津、杭州等城市已經(jīng)嘗試通過試點建設(shè)方式來運用“多桿合一”技術(shù)[1-2],促使城市的精細化治理水平得到進一步提升。從目前智慧城市爆發(fā)的階段性特征來看,智慧合桿有著明顯的優(yōu)勢[3]。在智慧合桿新基建布局腳步愈來愈快的今天,智慧合桿具有統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理、開放共享的特性,完全符合智慧城市建設(shè)的戰(zhàn)略構(gòu)想[4]。

從目前的合桿項目設(shè)計經(jīng)驗來看,智慧合桿設(shè)計需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)照明工程、監(jiān)控工程、安全設(shè)施、結(jié)構(gòu)等各專業(yè)需求,綜合選定桿件樣式及設(shè)置位置。桿件位置、桿件型式、桿件搭載設(shè)備選擇是智慧合桿設(shè)計的重要工作內(nèi)容。合桿設(shè)計多為重復性勞動,設(shè)計煩瑣,各專業(yè)內(nèi)外部聯(lián)系緊密,需花費大量時間進行內(nèi)部專業(yè)溝通協(xié)調(diào)。路線專業(yè)資料的局部調(diào)整,往往會導致一定范圍內(nèi)所有綜合桿件相關(guān)布設(shè)的整體變化,從整體效益上看很不經(jīng)濟。此外,在智慧合桿桿件設(shè)計中還需對合桿桿件進行結(jié)構(gòu)受力分析。在智慧合桿設(shè)計過程中,桿件材料、桿件形式、桿件配置元件、預埋深度的不同等問題給桿件及基礎(chǔ)受力計算帶來難度。根據(jù)對設(shè)計行業(yè)的調(diào)研發(fā)現(xiàn),當前還沒有針對合桿設(shè)計開發(fā)繪圖類的軟件,目前設(shè)計手段以手工CAD制圖為主,存在設(shè)計周期長、效率低等問題。在生產(chǎn)任務壓力大、設(shè)計周期短的情況下,目前的設(shè)計手段難以滿足業(yè)主給定的設(shè)計時限要求。隨著道路里程和平交口數(shù)量的增加,智慧合桿設(shè)計耗費時間會更長,這嚴重制約了設(shè)計效率。

綜上,開發(fā)一款可解決合桿設(shè)計中存在的交叉設(shè)計難、溝通成本大、人工耗時長、圖紙質(zhì)量低等問題的設(shè)計軟件迫在眉睫。為此,本文細致地分析了智慧合桿的設(shè)計需求,開發(fā)了一款可實現(xiàn)高效率繪制道路智慧合桿的設(shè)計軟件。

1 總體設(shè)計

智慧合桿設(shè)計軟件旨在提高項目設(shè)計階段各專業(yè)設(shè)計人員的設(shè)計效率,降低各專業(yè)溝通協(xié)調(diào)成本,達到準確、靈活、快速的設(shè)計目的。軟件采用分段設(shè)計的思想,將相鄰兩平交口之間的道路范圍作為一個功能單元,根據(jù)道路功能需求,確定標志標牌、電子警察、人行信號燈等所需桿件組件及設(shè)置樁號范圍等。智慧合桿設(shè)計軟件主要包含以下模塊:系統(tǒng)模塊、識圖模塊、布桿模塊、計算模塊、圖庫模塊、統(tǒng)計與出圖模塊以及為三維建模如BIM預留的擴展功能模塊,如圖1所示。智慧合桿軟件在開發(fā)各模塊的過程中,積極利用公司已有道路設(shè)計開發(fā)系統(tǒng),與公司數(shù)據(jù)系統(tǒng)融合。開發(fā)平臺以中望CAD為主,同時考慮國產(chǎn)CAD在開發(fā)過程中的適用性,積極考慮所開發(fā)的智慧合桿設(shè)計軟件與AutoCAD的適應性問題。

圖1 智慧合桿總體設(shè)計

軟件主要實現(xiàn)以下功能:路線識別、圖層識別、樁號自動生成、區(qū)域自動布桿、手動局部調(diào)桿、合桿樣式選擇與管理、燈桿方向統(tǒng)一調(diào)整、字體角度統(tǒng)一調(diào)整、合桿桿件結(jié)構(gòu)計算、合桿基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計算、合桿桿件統(tǒng)計、圖紙打印等。

2 系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)

2.1 路線導入

用戶選擇路線數(shù)據(jù),將需要進行燈具布設(shè)的道路路線CAD文件導入智慧合桿設(shè)計軟件,完成預處理工作。系統(tǒng)支持多種路線數(shù)據(jù)文件,包括緯地路線、鴻業(yè)路線、EICAD、DICAD、海地路線等,無路線數(shù)據(jù)時,支持系統(tǒng)提取圖上中線。

2.2 繪制中線

根據(jù)用戶導入的原始道路CAD文件,系統(tǒng)可以繪制出道路主線的所有中線,完成里程符號控制、道路編號控制、百米符號控制等。

2.3 繪制燈桿

設(shè)置燈桿規(guī)格、燈具功率、燈頭類型。根據(jù)繪制的中線信息,用戶選擇繪圖控制來確定繪制模式。用戶可以選擇全線繪制模式并確定燈桿間距,對于特殊路段可選擇單點繪制。系統(tǒng)自動繪制燈具完成后,CAD圖紙上顯示燈桿編號、類型、樁號等信息。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的燈桿規(guī)格、燈具功率、燈頭類型和繪制的道路中線信息,自動完成燈桿和燈具的平面布設(shè),并與項目數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián),方便后期的自動匯總統(tǒng)計,如圖2所示。

圖2 智慧合桿模型構(gòu)建

2.4 結(jié)構(gòu)計算

根據(jù)智慧合桿軟件系統(tǒng)中建立的燈桿模型,系統(tǒng)與有限元計算平臺軟件邁達斯進行無縫連接,自動建立配置的照明燈桿有限元模型,實現(xiàn)精確的結(jié)構(gòu)分析與計算。此外,系統(tǒng)還可實現(xiàn)法蘭盤、地腳螺栓等細部構(gòu)件的精確計算,分析所構(gòu)建的模型在結(jié)構(gòu)受力上是否滿足要求。系統(tǒng)支持結(jié)構(gòu)設(shè)計詳圖出圖及計算報告的輸出,作為模型結(jié)構(gòu)可靠的說明依據(jù)。

2.5 繪制電纜、人手孔

將用戶選擇的電纜類型、設(shè)置的電纜與道路邊線距離等數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng),系統(tǒng)自動完成燈桿電纜布設(shè),CAD圖紙上顯示電纜信息。系統(tǒng)可自動在燈桿平面位置系統(tǒng)完成手孔井布設(shè),而道路平交口處需根據(jù)道路信息人為布設(shè)人井,CAD圖紙上顯示人孔/手孔編號、樁號信息。

2.6 出圖

完成智慧合桿設(shè)計后,系統(tǒng)對當前平面圖上的數(shù)據(jù)進行自動匯總,計算相關(guān)燈桿數(shù)量和電纜數(shù)量,并且將數(shù)據(jù)存放到項目文件中,方便后期進行表格輸出。在燈桿、電纜、人/手孔平面布設(shè)后,系統(tǒng)可根據(jù)需要生成用戶所需項目的統(tǒng)計報表,如圖3所示。

圖3 智慧合桿模型出圖

3 結(jié)語

本文設(shè)計了基于CAD的道路照明智慧合桿軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)能極大地提升快速化、標準化市政公路照明桿件的布設(shè)。系統(tǒng)支持自動生成平面布設(shè)后的燈桿樁號,燈桿、燈具、電纜及人/手孔數(shù)量完成自動算量與輸出,可實時修改圖紙、數(shù)量,并反饋重新計算修改后的數(shù)據(jù),完成自動統(tǒng)計數(shù)量并輸出。

基于CAD的道路照明智慧合桿軟件系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下顯著的進步:(1)道路照明桿件的自動化布置。智慧合桿設(shè)計軟件通過模板化配置,實現(xiàn)快速參數(shù)選定。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定要求自動完成桿件、電纜、手/人孔等項目布設(shè),相較于現(xiàn)有技術(shù),實現(xiàn)了更高程度的自動化設(shè)計。(2)系統(tǒng)支持實時修改圖紙和數(shù)量,并反饋重新計算修改后的數(shù)據(jù),支持圖紙輸出,提高了設(shè)計的靈活性和實用性。