Menu

Autodesk Land Desktop i Autodesk Civil Design – projektowanie dróg i autostrad

Autodesk Land Desktop 2004 jest dość uniwersalnym programem znajdującym zastosowanie w wielu branżach. Jego zalety docenią zarówno geodeci, jak i projektanci obiektów wodnych, drogowych, czy związani z górnictwem odkrywkowym. W dwóch najbliższych numerach przyjrzymy się, w jaki sposób, rozbudowany o nakładkę Autodesk Civil Design 2004, wspiera projektowanie dróg, linii kolejowych i innych obiektów liniowych.
Kompletny projekt drogowy składa się z wielu elementów. W jego skład wchodzą między innymi plany sytuacyjne, przekroje podłużne – zwane również profilami, przekroje poprzeczne oraz obliczenia robót ziemnych. W zależności od specyfiki i długości projektowanego odcinka, wykonanie pełnej dokumentacji technicznej może wymagać wykonania nawet kilkuset arkuszy rysunków. Do tego dochodzi kolosalna ilość obliczeń, które muszą być wykonane, aby określić, a następnie zminimalizować bilans robót ziemnych, który jest bardzo istotnym składnikiem kosztów inwestycji.
Jak w tej sytuacji zachowa się duet programów Land Desktop i Civil Design? W jakim stopniu zautomatyzuje wykonanie rozbudowanej dokumentacji technicznej i wykonanie niezbędnych obliczeń? Spróbujmy odpowiedzieć na te pytania przyglądając się działaniu programu podczas tworzenia przykładowego projektu.
Przygotowania do projektu 
Przed rozpoczęciem projektu drogowego przeprowadzane są pomiary geodezyjne obszaru projektowanego pasa drogowego. Ich wynikiem jest zbiór zawierający współrzędne wszystkich pomierzonych punktów, ich rzędne wysokościowe, a niekiedy nawet skrócone opisy poszczególnych punktów.
Autodesk Land Desktop 2004 na podstawie tych punktów, zapisanych najczęściej w postaci zwyczajnego pliku tekstowego, jest w stanie utworzyć trójwymiarowy cyfrowy model terenu, zwany w skrócie DTM. Im bardziej szczegółowy jest model, tym bardziej dokładne będą obliczenia robót ziemnych. Zwiększenia dokładności modelu możemy dokonać dołączając do niego informacje o liniach nieciągłości (rowy, cieki wodne itp.) i warstwicach. Dane te pobrać możemy z dołączonej do projektu wektorowej mapy sytuacyjno wysokościowej. Jeżeli mamy do dyspozycji jedynie mapę rastrową, możemy posłużyć się funkcjami digitalizacji, które oferuje program i szybko pobrać potrzebne informacje bezpośrednio z rastra. Przykładem niech będzie funkcja digitalizacji warstwic, która pozwala na bezpośrednie przekształcenie obrazu rastrowego na trójwymiarowe obiekty reprezentujące warstwice.
Narzędzia diagnostyczne zawarte w programie pozwalają na przeprowadzenie wstępnej analizy terenu na podstawie jego modelu, jeszcze przed rozpoczęciem właściwego projektu. Przede wszystkim, mamy do dyspozycji kilka sposobów wyświetlania modelu terenu. Widok hipsometryczny pozwala szybko określić charakterystykę wysokościową interesującego nas obszaru, a widok siatkowy z uwzględnieniem wektorów spadków umożliwia określenie obszarów, które ze względu na duże spadki terenu mogą się okazać kłopotliwe lub wyjątkowo kosztowne podczas realizacji projektu. Możliwości wstępnej analizy rozszerza również narzędzie do generowania szybkich przekrojów przez teren, a także możliwość obliczenia zlewni w projektowanym terenie i pokazania ich na ekranie.
Fakt, że Land Desktop umożliwia tworzenie dowolnej ilości modeli terenu, pozwala na uwzględnienie w projekcie danych z pomiarów geologicznych, pokazania ich jako dodatkowe modele i przeprowadzenie dodatkowych analiz kosztów wykonania inwestycji związanych ze strukturą geologiczną terenu w obszarze pasa drogowego.
GISdrogi1
Plan sytuacyjny 
W tworzeniu przebiegu drogi na planie sytuacyjnym pomogą nam narzędzia Landa do kreślenia stycznych, łuków i krzywych. Mamy do dyspozycji funkcje do kreślenia linii pomiędzy punktami o podanych numerach, linii dopasowanych, stycznych i prostopadłych, linii o określonym kierunku lub kącie, a także na podstawie domiarów prostokątnych. Łuki możemy wstawiać automatycznie pomiędzy dwie linie, prowadzić je przez wybrany punkt lub od końca obiektu, a także tworzyć łuki odwrotne i złożone. W każdym przypadku mamy możliwość określania krytycznych parametrów tworzonych łuków. Operować możemy takimi wielkościami matematycznymi, jak promień, długość łuku, styczna, sieczna, cięciwa lub długość kątowa łuku. Land Desktop 2004 umożliwia również kreślenie krzywych wyższego rzędu – klotoid, sinusoid, cosinusoid i parabol. Krzywe te możemy wstawiać pomiędzy dwie styczne, dwa łuki lub pomiędzy łuk i styczną. Program pozwala również na zautomatyzowane dopasowywanie całych zestawów krzywych i stycznych pomiędzy istniejące obiekty, a także na projektowanie łuków na podstawie tabeli prędkości.
Po wykreśleniu przebiegu osi projektowanej drogi musimy zdefiniować ją jako linię trasowania. Wzdłuż tej linii program będzie w stanie utworzyć później profile i przekroje. Podczas definiowania linii trasowania określić możemy kilometraż jej początku, ponieważ program uwzględnia fakt, że początek osi jezdni nie musi zaczynać się w zerowym kilometrażu. Ponadto parametry każdego elementu linii trasowania mogą być w dowolnej chwili edytowane w specjalnym edytorze tabelarycznym. Zdefiniowanie linii trasowania wzdłuż osi drogi pozwala również na automatyczne wygenerowanie odsunięć, określających krawędzie jezdni, chodnika, pobocza, rowu itp. Krawędzie te można później edytować, uwzględniając zatoki, wysepki czy dodatkowe pasy.
Każda zdefiniowana linia trasowania może być przez program automatycznie opisana zgodnie z ustalonymi przez nas parametrami. Mamy wpływ na format, kolor i treść etykiet opisujących kilometraż, początki i końce łuków i krzywych poziomych, a także na ich położenie względem opisywanych obiektów.
GISdrogi2
Profile 
Po określeniu przebiegu drogi na planie czas na jej profil. Land Desktop utworzy go automatycznie na podstawie zdefiniowanej linii trasowania. W naszym przypadku będzie to przekrój przez model terenu wygenerowany z zadaną dokładnością wzdłuż osi jezdni. Utworzony profil zawiera od razu siatkę, opisy kilometrażu i rzędnych, wysokość odniesienia oraz łamaną określającą przebieg terenu istniejącego. Na tym profilu musimy umieścić niweletę osi drogi. Od specyfiki projektu zależy, czy będziemy chcieli również na nim pokazać dodatkowe niwelety (np. rówów) lub przebiegi terenu wzdłuż innych linii trasowania, określających np. dna rowów lub krawędzie poboczy.
Wykreślanie niwelety rozpoczynamy od narysowania stycznych. Mamy możliwość standardowego rysowania przy użyciu mechanizmów AutoCAD’a lub posłużenia się zaawansowanymi funkcjami, które pozwalają określić początek stycznej na podstawie wartości numerycznych kilometrażu i rzędnej, a następnie podania jej nachylenia również w postaci numerycznej. Po umieszczeniu w projekcie stycznych, możemy rozpocząć wprowadzanie łuków pionowych. Land Desktop daje możliwość wyboru zadanych parametrów łuku, takich jak jego promień, długość lub punkt, przez który łuk ma przechodzić. Dostępne są również bardziej zaawansowane metody określania geometrii łuków na podstawie widoczności i czasu hamowania.
Raz wykreśloną niweletę możemy edytować na dwa sposoby. Na rysunku, zmieniając położenie jej poszczególnych wierzchołków i nachylenie stycznych oraz w edytorze tabelarycznym, gdzie dodatkowo możemy sprawdzić, czy wprowadzone parametry łuków mieszczą się w granicach określonych przez tabele prędkości.
Każdą zaprojektowaną niweletę możemy dodatkowo opisać. Program automatycznie umieszcza na profilu opisy nachyleń stycznych oraz parametrów łuków i załomów.
GISdrogi3
Przekroje 
Tworzenie przekrojów poprzecznych wzdłuż projektowanej osi drogi rozpoczynamy od zdefiniowania przekroju charakterystycznego (o ile takowego jeszcze nie posiadamy). Przekrój ten może być symetryczny bądź niesymetryczny i zawierać dowolną ilość warstw materiałów użytych do budowy drogi. W przekroju charakterystycznym możemy zdefiniować również dodatkowe elementy drogi, takie jak krawężniki. Definicja przekroju charakterystycznego polega na narysowaniu takiego przekroju, przypisania materiałów do poszczególnych warstw i zdefiniowaniu punktów charakterystycznych przekroju. Punkty te określają miedzy innymi krawędzie jezdni, miejsca zaczepień linii poszerzeń oraz punkty konieczne do uzyskania przechyleń jezdni na zakrętach.
Po zdefiniowaniu przekroju charakterystycznego pozostaje nam wskazać oś jezdni, wzdłuż której program będzie tworzył przekroje, podać odległość pomiędzy kolejnymi przekrojami, a także wybrać punkty charakterystyczne na łukach poziomych i pionowych, w których zostaną utworzone dodatkowe przekroje. Mamy również możliwość podania dowolnych punktów na osi, w których chcemy utworzyć dodatkowe, interesujące nas przekroje.
Następnie określamy parametry rowów, skarp oraz tarasów. Do punktów charakterystycznych przekroju możemy przyporządkować, zdefiniowane podczas rysowania planu, linie trasowania określające wysepki, krawędzie jezdni, chodniki, pobocza, rowy itp. oraz pionowe przebiegi rowów i innych krawędzi pobrane z profili.
Na koniec pozostaje nam jeszcze definicja przechyleń korony drogi na zakrętach. Do wyboru mamy pięć metod obliczania przechyłek dla każdego łuku. Program domyślnie podpowiada wartość nachylenia korony oraz definiuje początek przechyłki w początku krzywej przejściowej, a maksymalne nachylenie w centrum łuku. Dla każdego łuku możemy jednak określić własne parametry obliczeń.
Po zdefiniowaniu parametrów program generuje serię przekrojów na zdefiniowanym odcinku drogi. Poszczególne przekroje możemy obejrzeć i ewentualnie skorygować przed ostatecznym wydrukiem.
GISdrogi4
Obliczenia 
Wykonanie wszystkich elementów projektu drogowego umożliwia nam obliczenie bilansu robót ziemnych. Tak naprawdę to nie my będziemy liczyć, tylko program. My musimy jedynie wybrać metodę obliczeń i sposób ich wizualizacji. Standardową metodą obliczeń mas ziemnych w drogownictwie jest tabela robót ziemnych obliczana na podstawie przekrojów poprzecznych. Program generuje taką tabelę na rysunku lub eksportuje ją do pliku. Obliczenia mogą uwzględniać korektę na łukach oraz współczynniki spulchnienia dla wykopów i nasypów. Na postawie wykonanych obliczeń możemy również wygenerować wykres bilansu robót ziemnych.
Dodatkowo mamy możliwość wykonania obliczeń uwzględniających ilość usuniętej ziemi i użytych surowców, z podziałem na poszczególne materiały wykorzystane w projekcie. Współczynniki spulchnienia dla wszystkich materiałów wpisujemy w specjalnej tabeli. Będą one wykorzystane w obliczeniach objętości. Obliczenia te przekazywane są automatycznie do pliku tekstowego.
Dość ciekawą metodą wizualizacji obliczeń, jaką oferuje nam program, jest rozkład powierzchniowy obszarów wykopów i nasypów. Generuje się go wykorzystując mechanizmy programu Land Desktop do obliczania robót ziemnych dla dwóch różnych powierzchni. Ponieważ Civil Design potrafi szybko utworzyć model terenu z danych o projektowanej drodze, otrzymujemy modele dwóch terenów – istniejącego i projektowanej drogi. Na tej podstawie możemy wywołać obliczenia robót ziemnych i ich efekt pokazać na planie jako siatkę punktów określających różnymi kolorami miejsca wykopów i nasypów.
GISdrogi5
Wydruk projektu
Przygotowanie dokumentacji projektowanego odcinka drogi jest zajęciem bardzo pracochłonnym. Typowa dokumentacja składa się zazwyczaj z kilkudziesięciu lub nawet kilkuset arkuszy z planem sytuacyjnym, profilami i przekrojami poprzecznymi. Nie dziwi więc, że przy użyciu standardowych metod przygotowanie takiej dokumentacji może zająć nawet kilka dni. Przy użyciu procedur programu Autodesk Civil Design 2004 czas ten skraca się do kilku minut! Wystarczy tylko kilka razy kliknąć myszą i poczekać cierpliwie popijając sobie kawę lub herbatę, aż program upora się ze żmudnym procesem tworzenia arkuszy zawierających poszczególne profile, przekroje oraz wszystkie opisy i obliczenia.Jak to działa? Program zawiera kilka predefiniowanych szablonów arkuszy do wydruku planów, profili i przekrojów. Szablony te mogą być dostosowywane do indywidualnych potrzeb użytkownika tak, aby zawierały właściwe tabele, opisy i obliczenia. Program pozwala na umieszczanie na arkuszach dowolnych wielkości projektowych i ich parametrycznego umieszczania względem widoków planu, profilu lub przekroju. Raz zdefiniowane i zapisane szablony mogą być używane do wielu projektów. Po tym jak wybierzemy szablony i nazwiemy zbiory rysunków, program generuje kolejno gotowe zestawy arkuszy dla planu, profili i przekrojów.
Oprócz zagadnień ściśle związanych z projektowaniem dróg i autostrad, program może nam pomóc również podczas projektowania obiektów towarzyszących. Znajdziemy tu narzędzia do projektowania parkingów, przepustów, odwodnień i zbiorników wodnych oraz wszelkiego rodzaju skarp.GISdrogi6