塞尔维亚GCM软件在道路工程设计中的应用

王宗鹏

中交公路规划设计院有限公司，北京 100088

随着中塞两国在交通基础设施领域合作的不断加强，中国企业逐渐参与塞尔维亚工程设计中，熟悉及掌握当地常用设计软件，能够更好地适应当地设计习惯及出图标准，从而为融入当地设计市场创造有利条件。GCM（Gavran Civil Modeller）是一款塞尔维亚本地的基于Autodesk CAD平台的道路设计软件，经过多次升级优化，当前在巴尔干地区的应用已十分广泛。该软件依托数字地面模型、平面设计、纵断面设计、横断面、放坡等功能模块，对三维点、线、面进行创建与编辑，构建由多个三维面组合形成的三维道路模型，并实现出图及工程量计算。GCM相较于国内主流道路设计软件，组成道路模型的基本单元为三维面，可实现针对三维面的创建与编辑，特别是在复杂空间构型建模上具有优势，在一定程度上能够实现精细化建模。同时，该软件能够满足当地道路出图要求，例如GCM横断面出图采用了“刀”的概念，能够实现多个模型在同一断面的联合显示。文章将结合GCM的主要功能模块，介绍GCM软件的主要功能特点及使用方法，突出其在道路设计中的应用优势。

1 数字地面模型

GCM通过三维点构建三维面，由多个三维面组合形成地面模型。三维点作为最基本要素，可由三维多段线或点文件导入。地面模型通过（.srf）文件进行存储、编辑及调用。地面模型中，需对不同的地物三维面采用不同的图层进行区分，以便于在后期的设计中实现分图层编辑。地面模型构建完成后，可对其进行简单的分析与处理，比如生成等高线、分析水文特性等。GCM中的数字地面模型如图1所示。

图1 GCM中的数字地面模型

2 平纵面设计

平面设计模块集合了平面布线、路线存储、标注、查询功能，路线平面通过（.hcl）文件进行存储、调用。纵断面设计模块集合了切割地面线、竖曲线设计、纵断面图生成、标注、查询等功能。GCM软件平、纵面设计模块与一般道路设计软件类似，使用方法较为简单。

3 横断面设计

横断面设计是GCM区别于其他软件的重要功能模块，能够充分体现GCM软件使用特点。首先设定标准路基断面及完成超高设计，生成路面模型，然后在路面模型基础上添加边坡或者支挡结构，道路模型完成后即可横断面出图。

3.1 设定标准路基

软件含标准路基断面及超高设置模块，可在指定桩号处设置路宽及路面横坡。在欧洲地区高等级道路中，对于路面水多采用封闭式管道排水系统，需收集、处理路表水。GCM据此开发了CSC设计模块，通过编写和应用CSC文件，使得软件能够根据硬路肩边缘不同的工况如填挖和高低位置关系，分别添加不同的土路肩形式，例如当横坡朝向外侧时，其土路肩需设置排水缘石收集路面水；而横坡朝向内侧时，外侧土路肩则采用正常形式。CSC设计模块是GCM软件区别国内软件的重要内容之一，此处对CSC文件的应用限于道路模型“表皮”的构建，在后续逐桩横断面图绘制过程中会详细介绍该功能的重要作用。

3.2 路面建模

在平、纵及标准路基设计完成后，即可利用3D model模块生成含有路面及路肩的三维路面模型。该路面模型由独立的三维面构成，与上文所述的由三维面组合而成的地面模型本质上是一致的。当前，国内外主流道路设计软件已经将道路模型进行了整合，对组成道路模型的三维实体进行了集成，道路模型本身关联平、纵、路基模板、超高等设计信息，更新较为便捷。由于GCM中的道路模型呈现“散装”的状态，组成道路模型的三维面与平、纵、横的设计信息没有关联，其优势在于增加了设计的灵活度，设计者得以在最基本的三维面层次上实现对模型的编辑，缺点在于无法在设计调整后快速更新模型。GCM中的路面模型如图2所示。

图2 GCM中的路面模型

3.3 放坡设计

GCM软件含有丰富的三维点空间位置关系编辑命令，比如两个三维点之间线性内插、三维点移动至指定三维面上等。多个三维点之间串接即形成了三维点串，三维点串可进行合并、拆分、生成3D线等操作。软件放坡设计的核心是以三维点串为放坡线，通过制定放坡规则及目标地面模型，进行放坡设计。对于常规的道路边坡设计，可以生成沿路肩边缘的三维点串。针对复杂空间构型段落，例如隧道洞口段，则可以通过生成辅助三维点生成放坡边线，构建边坡模型。灵活使用GCM软件放坡功能，可以实现诸多软件难以构建的三维模型，在具有良好展示效果的同时，还可以实现精细化设计。GCM创建的隧道洞口模型如图3所示。

图3 GCM创建的隧道洞口模型

3.4 挡墙建模

挡墙建模是通过编制相应模板实现的，该模板由多条直线组合而成，其编制自由度较高。编制模板首先需要定义基点即导入点的位置，然后对组成模板的每条直线进行编号，为了实现高程控制，需对每条直线的端点进行编号。模板编制完成后，即可沿指定路线的指定位置进行模板定义，软件可实现自动放样融合，进而实现变截面设计。例如塞尔维亚地区常用的桩板墙，则可通过对直线节点进行高程定义，即将指定的节点关联特定竖曲线，从而实现变墙高。

3.5 横断面出图

GCM横断面出图采用了“刀”的概念，类似于Civil 3D中的采样线，即在路线切线的垂直方向假设存在一条“刀”，去切割CAD模型空间的三维实体，切割完成后保存数据并据此绘制横断面。通过该功能，能够实现不同道路模型、不同三维实体之间的联合显示，比如分离式路基的横断面显示就变得十分简单。

切割完成后即得到了道路“表皮”的横断面图，按照当地习惯，逐桩横断面图还需逐层显示道路结构层，且垫层需体现最小横坡限值。目前，国内主流设计软件均难以实现上述横断面出图标准，Civil 3D利用部件编辑器可以编制具备一定判断功能的路基装配模板，并可定制本地化出图样式。

CSC设计模块的开发是为了实现横断面图中复杂路面结构层的自动化绘制。CSC文件根据有无中分带分为两种形式，分别为T型无中分带、M型有中分带。T型CSC含有四种工况，分别为填方高侧、填方低侧、挖方高侧、挖方低侧，M型CSC有六种工况，较T型增加中分带低侧、中分带高侧。每种工况的基本绘图单元都是点与线，通过命令代码的形式定义点、线的位置参数、图层参数及相互之间的位置关系，涉及路面横坡和宽度的信息可以进行参数化定义，对于固定的参数可以直接定义为常数。例如在定义路面结构各层横向分界线时，分界线的横坡和宽度需要调取路面横坡和宽度，从而决定结构层厚度的竖向参数可以采用常数的形式直接定义。最终，表示各种工况断面的代码共同拼装，同时定义地面线所在的图层名称，即可完成整个CSC文件的编制。

应用CSC时，只需要在软件中定义横断面图中表示路面的图元，而后调用CSC文件并指定应用横断面图的范围即可，其应用效果如图4所示。

图4 应用CSC绘制路面结构层

4 工程量计算

GCM软件中，工程量计算是基于逐桩横断面图中的图元得到的，也正因如此，逐桩横断面图中的图元需按照其所属类型规划图层。道路工程量计算类型可分为两类，一类为长度数值，例如指定清表线所在的图层，利用工程量计算中的Surface模块得出逐桩横断面图中清表的宽度；另一类为面积数值，例如指定基层上表面所在的图层以及下表面所在的图层，利用工程量计算中的Volume模块得出横断面图中基层的面积。相邻断面的长度数值均值乘以断面间距可得到面积数值，相邻断面的面积数值均值乘以断面间距可得到体积数值。

5 辅助功能

GCM同时含有多个辅助功能，如运行速度模块，主要功能是读取平、纵设计数据模拟出运行速度曲线，可用于超高设计及视距检验，需要注意的是该运行速度模拟结果与国内软件模拟结果存在一定差异；再比如模拟驾驶模块，可选择多种类型车辆，模拟出车辆行驶过程中的包络线，以检验转弯半径是否满足要求。

6 结束语

总之，采用GCM软件不仅能够实现精细化的建模，还能够贴合当地设计习惯，在塞尔维亚道路设计领域具有独特优势。与此同时，相较于国内主流道路设计软件，该软件存在操作繁杂，道路模型过于碎片化，模型调整、更新效率较低的缺点。中国企业为拓展塞尔维亚乃至巴尔干地区道路设计市场，需要掌握并使用该软件。为了进一步提高软件的使用效率，有必要针对该软件进行优化，在宏观层面，应着重提高各个功能模块整合程度，在一定程度上简化操作步骤；整合道路模型，增强其于平纵横信息的关联性，从而使得模型更新更为便捷；对于最为灵活的放坡设计，应将放坡后的模型关联放坡参数，以便于后期更改。相较于目前国内外主流的道路设计软件，经过适当优化整合后的GCM仍然具备一定竞争力。