基于Card/1软件的路基横断面设计*

张新兵，张聚文

(中南大学湖南中大设计院有限公司，湖南长沙 410075)

在国内各相关单位使用的道路设计软件中，平面、纵断面设计与出图均比较成熟和完善，但大部分软件在路基横断面设计方面却不尽人意，在许多情况下的设计往往不能一次到位，需要对设计图表进行编辑修改，后续工作量很大，工作效率较低。Card/1是一种通用性及适应性很强的软件系统，具备深层开放、方便灵活的内部开发语言以及横断面数据库集中管理逐桩横断面线的独特优势，设计人员可以根据需要进行二次开发，自行解决路基横断面设计过程中的许多实际问题。

在铁路、公路或市政道路的平面、纵断面确定之后，路基横断面设计是相当繁杂的工作。尤其是在地形、地质条件较复杂的山区，各种类型的防护、排水设施等均应在横断面设计图中予以体现，设计时必须综合考虑，力求使其包含所有需要设计的内容，也就是说需要进行“信息化”设计。

路基横断面设计完成之后，各类工程数量的统计也是一项费工、费时的工作。Card/1的横断面数据库(PRDnnn07.crd)对逐桩的各类横断面线集中管理，以不同的线编号及点编号来识别各类横断面设计线及其特征点，通过二次开发程序调用有关数据信息，可以自动生成与路基横断面有关的工程数量清单数据文件以及相应的工程数量表，如路基防护、路基排水、低填浅挖路基处理、填挖交界路基处理、清表挖淤、挖台阶及填前夯实、路面、交通安全设施、植树绿化等，必要时还可以自动生成路基防护工程工点设计图［1－3］。上述工作均可在很短的时间内完成，既省时省力，又不易出错。本文介绍基于Card/1软件的“信息化”路基横断面设计方法，供同行参考。

1 “信息化”横断面设计的基本思路

公路、铁路、市政道路的路基边坡的设计原则基本相同，主要区别在于路基面的形状。根据这一特点，只要选择相应的绘制路基面及路槽线的程序模块，就可分别进行铁路、公路及市政道路的路基横断面的设计［4－7］。

在横断面边坡参数文件中的每级边坡设置一个关于边坡防护类型的识别参数，以不同的数字代表不同的防护类型，如挡土墙、护墙、护坡、骨架护坡、柔性防护网等。路基横断面设计时根据该参数调用相关模块绘制相应的防护工程设计线。［4－7］

在横断面设计主程序中设置绘制各类防护、排水工程设计线的模块，给各类防护、排水工程设计线赋予特定的线编号，给线上的特征点赋予特定的点编号，在后续工作中可以方便地调用相关数据信息。

在核心项目＜Card＞下，建立各类挡土墙参数文件(DTQxxx.cfg)，横断面设计时根据墙高自动查取挡土墙的截面尺寸(铁路、公路的活载相差较大，路肩挡土墙、路堤挡土墙的截面尺寸不同，应分别建立参数文件)。路堑挡墙的墙高根据边坡高度及埋置深度要求确定，路肩挡土墙及路堤挡土墙的墙高可以按照墙顶高程及埋置深度要求自动调整，也可以在设计项目下建立两侧路肩及路堤挡土墙墙高数据文件，横断面设计时自动查取挡土墙的高度。

对于左右不等高路基、分离式路基、半桥半路等特殊型式的路基横断面，根据具体情况编制专用程序或模块进行特殊设计，可以在横断面设计图中体现本断面全部或主要的设计内容。

2 路基横断面设计需要的主要数据文件

路基横断面设计需要的外部数据文件包括:横断面参数文件HDMCSnnn.crd，，横断面地面线文件HDMnnnaa.crd(nnn为轴线号，aa为文件序号，下同)，中桩地面高文件GRAnnnaa.crd，设计高(纵断面)文件GRAnnnaa.crd，路基面各部分宽度文件及碎落台、护坡道宽度文件BRTnnnaa.crd，路面横坡文件QUEnnnaa.crd，两侧边坡参数文件LISnnnaa.crd，路堤边沟沟底高程文件GELnnnaa.crd等。其中，公路的行车道宽度文件 BRTnnn01.crd、BRT-nnn02.crd 及横坡文件 QUEnnn01.crd、QUEnnn02.crd等可运行相关程序自动生成，必要时再对其进行编辑修改。若某些参数不随桩号变化，则可在横断面参数文件HDMCSnnn.crd中直接定义。

路基横断面设计需要的参数很多，可读入相关数据文件或在主程序中直接定义。为了增强可追溯性，便于查对，建议软件使用者尽量以数据文件的型式明确设计参数。

2.1 横断面参数文件HDMCSnnn.crd

公路、铁路、市政道路的横断面参数文件中参数的个数及定义以及路基横断面组成宽度不尽相同。

公路横断面参数文件中，路基面的有关参数一般定义如下:

设计高文件号，中央分隔带宽度，中央分隔带高度，设计高位置(中心、行车道边缘或曲线内侧)，行车道、硬路肩路面厚度;

两侧行车道、硬路肩、土路肩宽度文件号、横坡文件号、常数值，碎落台、护坡道宽度文件号、常数值、横坡等。

铁路横断面参数文件中，路基面的有关参数一般定义如下:

设计高文件号，路拱高度，路拱顶宽，设计高位置(路肩、轨面)，基床换填厚度，轨道高度;

两侧路基宽度文件号、加宽文件号及常数值，碎落台、护坡道宽度文件号、常数值、横坡等。

市政道路横断面参数文件中，路基面的有关参数一般定义如下:

两侧辅道、主车道的纵断面文件号;

中央分隔带、分车绿化带、辅道、内侧绿化带、非机动车道、人行道标、外侧绿化带标准宽度;

中央分隔带缘石、分车带缘石、路侧缘石、绿化带缘石的高度，主车道、辅道平石宽度;

主车道、辅道、人行道路面厚度;

两侧主车道、辅道横坡文件号及常数值;

道路路幅各组成部分宽度文件号及常数值，如外侧绿化带、人行道、非机动车道、内侧绿化带、辅道、分车绿化带、主车道、中央分隔带，碎落台、护坡道宽度文件号、常数值、横坡等。

2.2 路基边坡参数文件(LISnnn01.crd～LISnnn04.crd)

在横断面参数文件中，按照左侧挖方、左侧填方、右侧挖方、右侧填方的顺序，约定路基边坡参数文件号，当文件号为0时，则边坡参数采用HDMCSnnn.crd文件中给出的常数值。

横断面填、挖边坡参数均按:桩号，一级边坡(坡率，高度，平台宽度，平台坡度，防护类型);二级边坡(坡率，高度，平台宽，平台坡度，防护类型);三级边坡(坡率，高度，防护类型)的顺序定义。其中，防护类型的识别参数由软件使用者自行约定，为了资源共享，提高工作效率，建议同一设计单位采用统一的识别参数。对于边坡级数超过三级的深路堑，可以约定按照第二级或第三级边坡坡高、坡率开挖或修改程序另行处理。

3 防护、排水工程设计线线编号、点编号的约定

为了便于管理，按照左单右双的原则，对路肩挡土墙、路堤挡土墙、浸水路堤护坡、路堤骨架护坡、路堑挡土墙、路堑护墙、路堑骨架护坡、路堑边坡柔性防护网等防护工程设计线，对路堤边沟、路堑坡顶截水沟、路堑纵向盲沟、各类水沟的铺砌线等排水工程设计线均赋予特定的线编号，给线上特征点赋予特定的点编号。路堑边沟、边坡平台截水沟则通过横断面主设计线(10号线)上特定的点编号识别，如右侧路堑边沟由编号为4，5，6，7的点组成，右侧一级平台截水沟由编号为91，92，93，94的点组成，右侧二级平台截水沟由编号为111，112，113，114的点组成等。

在绘制路基横断面设计图、防护工程设计图以及计算相关工程数量时，可以在横断面数据库中直接调用相关的数据。如防护工程设计线的最高点编号为100，最低点编号110，则防护高度为zn(xh，100)－zn(xh，110)。如将水沟顶、底各点点号依次定义为101，102，103，104，则沟深为 zn(xh，101)－zn(xh，102)，沟底宽为 abs(tn(xh，102)－ zn(xh，103))，沟顶宽为 abs(tn(xh，101)－zn(xh，104))。

4 路基横断面主体设计，生成水沟铺砌线、路堑纵向盲沟等

在准备好有关数据文件之后，运行横断面设计主程序进行路基横断面主体设计，生成横断面主设计线、路槽线、各类防护及排水设施设计线等，可逐桩检查，对设计不合理的断面可修改某些参数重新设计。

在横断面主体设计完成之后，根据预先准备好的关于各类水沟的铺砌型式、厚度、盲沟尺寸等信息的数据文件运行专用程序，即可生成水沟铺砌线、路堑纵向盲沟设计线等。

5 生成清表挖淤界线、土质台阶开挖线，统计工程数量

预先准备好清表、挖淤分段文件QBTnnn.crd及相应的桩号文件STAnnnaa.crd，明确各路段的清表或挖淤厚度及分段范围。在横断面主体设计完成之后，运行清表挖淤专用程序(选项1－生成20号线)即生成清表挖淤界线(20号线)，由于此时得到的清表挖淤界线在某一断面是等厚的，与实际情况可能不符(如半填半挖断面)，因此需要根据地质情况对这些断面的20号线进行编辑修改。然后再次运行程序(选项2－统计工程数量)，即可得出清表、挖淤分段数量清单文件QBBnnnaa.dat。

在生成清表挖淤界线之后，运行挖台阶程序即可生成土质台阶开挖线(201～230号线，分坡段赋线号)并按事先准备好的桩号文件STAnnnaa.crd分段统计并输出挖台阶及填前夯实分段数量清单文件 TJBnnnaa.dat。

6 生成路基横断面设计图

在路基横断面设计完成之后，进入横断面成图模块，选择适当的横断面成图约定文件按照本单位的出图格式与习惯进行必要的编辑、修改，运行约定文件，即可生成某一桩号范围的路基横断面设计图，如图1所示。

图1 公路、道路及铁路典型路基横断面设计图Fig.1 Roadbed cross sectional design in road，municipal road and railway engineering

7 生成路基防护工程工点设计图

目前大多数道路设计软件都未能解决路基防护工程工点图的自动出图问题，在路基防护工程较多的山区公路设计中，这一部分工作往往需要耗费大量的时间和精力。根据Card/1软件的独特优势，笔者编制了“生成路基防护工程工点图”程序，并按照我院的出图标准和习惯，在＜Card＞核心项目下建立了路基防护工程专用图形对象库FHGCTYT.plt，包括各类挡土墙、护墙、护坡及其组合的横截面图，截面尺寸表、工程数量表(文本变量)、设计说明等，在生成路基防护工程工点图时根据需要自动调用。

路基横断面设计完成之后，运行“生成路基防护工程工点图”程序，即可生成路基防护工程工点图(如图2)。在成图过程中，系统可自动或通过人工干预确定防护工程的起讫桩号、插入变化点、插入相应的图形对象、填写工程地质概况、计算工程数量并填表。

图2 公路路堑挡土墙设计图Fig.2 The design of road cutting retaining wall

8 统计路基防护、排水工程数量

“生成路基防护工程数量清单”程序由各类功能相近的程序模块组成，包括统计挡土墙、浸水路堤护坡、路堑护墙、路堤骨架护坡、路堑骨架护坡、路堑柔性防护网、边坡植草等模块。

在程序中建立路基防护工程数量清单数据文件FHGCBnnn.dat及关于桩号、防护类型、高度、截面积、墙顶宽度、墙底宽度、埋深、坡面长度，挖基面积等数据的数组，按照某一个或一组横断面线号在全线或某一桩号范围内所有断面进行搜索并将相应的数值赋予数组变量。在获取挡土墙及实体护墙护坡的截面积时，直接由Card/1的内部函数［XSAREA 0，xh，，0，?mj(i)］(?=L，左侧，?=R，右侧)给出，对于窗式护墙及骨架护坡，则按照防护高度由给定的公式计算。

按照“由前往后、先左后右”的顺序，在数组变量中查询是否相邻断面均存在某一防护设计线，如相邻断面中均存在，则将其归为一段。如相邻断面“前无后有”或“前有后无”，则某一防护的起点桩号或终点桩号必在两断面之间，可取两断面桩号的平均值或按照预定的原则确定该段防护工程的起点桩号或终点桩号。在确定防护工程的起讫桩号时，还需要读入“桥隧资料文件”(QZLnnn.crd)以判别该段防护工程是否被桥梁或隧道隔断，如果是，则应将其分为两段处理。

在防护工程起讫桩号确定之后，调用计算工程数量的程序模块计算有关工程数量及其累计值，并按照“序号，起讫桩号，左右，长度，类型，高度，工程数量……”的格式写入数据文件。在程序中分别调用各程序模块，则可得出包含各类防护工程数量的数据文件。

“生成路基排水工程数量清单”程序与“生成路基防护工程数量清单”程序相似，由路堤边沟、路堑边沟、堑顶截水沟、路堑边坡平台截水沟、改渠等模块组成。

在程序中建立路基排水工程数量清单数据文件PSGCBnnn.dat及关于桩号、沟型、沟深、沟底宽度、沟顶宽度、铺砌厚度、砌体截面积、挖基面积等数据的数组。按照某一个或一组横断面线号在全线或某一桩号范围内所有断面进行搜索并将相应的数值赋予数组变量。在获取水沟铺砌加固的砌体截面积时，由 Card/1的内部函数［XSAREA 0，xh1(水沟线号)，xh2(铺砌线号)，?mj(i)］给出，路堤边沟及截水沟的挖基断面积由函数［XSAREA 0，55(地面线号)，xh1(水沟线号)，?wj(i)］给出的水沟轮廓线与地面线间的面积加上砌体截面积即可得出。

由于在横断面设计时所给定的路堤边沟和改沟的线编号相同，为了加以区别，可以设定了一个表示标准沟宽的变量(公路、铁路设计时一般采用统一的标准宽度)，当某一桩号处的沟底宽度大于标准沟宽时，则列入改沟或改渠。

排水工程起讫桩号确定原则与防护工程相同，在起讫桩号确定之后，调用计算工程数量的程序模块计算有关工程数量及其累计值，并按照“序号，起讫桩号，左右，长度，名称，结构尺寸，工程数量……”的格式写入数据文件。在程序中分别调用各程序模块，则可得出包含各类排水工程数量数据文件。

上述程序尤其适用于公路或铁路的方案研究阶段及初步设计阶段的路基防护与排水工程数量的统计，如用于施工图设计，则应根据实际情况对自动生成的工程数量数据文件进行调整或修正，特别是进行了工点设计的地段，其工程数量应以工点设计图中的数量为准。

通过二次开发，还可以自动生成低填浅挖路基处理、填挖交界路基处理、路面、交通安全设施、路侧植树等与路基横断面有关的工程数量清单数据文件。如使用Card/1 V7.7版，上述二次开发程序生成的各类工程数量清单数据文件XXXnnnaa.dat还需要转换为相应的“工程数量表”作为设计成果。转换一般可以通过以下方法实现:一是在预先在Card/1系统中绘制各种标准表格，编程由系统自动生成相应的以“*.plt”为后缀的表格图形文件，但该文件只能在系统内查看和修改，当工程数量表格内容需要调整或者需要跟外部交流时则很不方便;二是用Excel直接打开XXXnnnaa.dat文件，将相关内容拷贝到各类工程数量的Excel标准表格。如使用Card/1 V8.2及以上版本，则可直接生成“XX工程数量表.xls”文件，更为方便、快捷。

9 结论

采用Card/1软件可以对路基横断面进行“信息化”设计，通过对软件的二次开发，从横断面线数据库中获取相关信息，能够实现路基防护、排水、其他有关工程数量清单文件以及“路基防护工程工点设计图”自动生成，可大幅度地提高工作效率，减轻设计人员的劳动强度。

［1］吴 夯，张 颖.道路勘测设计 CARD/1应用教程［M］.兰州:兰州大学出版社，2000.WU Hang，ZHANG Ying.CARD/1 tutorial of road alignment survey design［M］.Lanzhou:Lanzhou University Press，2000.

［2］张新兵.在Card/1中自动生成路基防护及排水工程数量清单［J］.中外公路，2006(12):23－24.ZHANG Xin-bing.Automatic generation of roadbed protection and drainage engineering quantity list by the CARD/1［J］.Journal of China and Foreign Highway，2006(12):23－24.

［3］张新兵等.Card/1自动生成路基防护图的开发与应用［J］.中外公路，2006(12):14 －16.ZHANG Xin-bing.Development and application for automatic mapping of roadbed protection by the CARD/1［J］.Journal of China and Foreign Highway，2006(12):14 －16.

［4］李 刚，刘柏秀.CARD/1在互通立交横断面设计中的开发与应用［J］.中外公路，2008，28(2):223 －226.LI Gang，LIU Bai-xiu.Development and application of the CARD/1 for cross section design of interchange［J］.Journal of China and Foreign Highway，2008，28(2):223 －226.

［5］林春水.CARD/1在路基横断面设计中的应用与开发［J］.中外公路，2006(12):27 －29.LIN Chun-shui.Development and application of the CARD/1 for roadbed cross sectional design［J］.Journal of China and Foreign Highway，2006(12):27 －29.

［6］王卫东，詹振炎.道路路基横断面数据库及其辅助设计［J］.中南工业大学学报，2002，33(5):462 －465.WANG Wei-dong，ZHAN Zhen-yan.Database construction and road cross section computer aided design［J］.Journal Cent South.Univ.Techbol，2002，33(5):462 －465.

［7］王卫东，詹振炎.面向对象的一般路基横断面机助设计［J］.长沙铁道学院学报，2001，19(4):77 －80.WANG Wei-dong，ZHAN Zhen-yan.Raiiway cross section computer aided design based on object－ oriented［J］.Journal of ChangSha Railway University，2001，19(4):77 －80.