基于CAD的道路照明智慧合杆软件系统设计

张 磊,郭政青,曹礼鹏,王诗薇,白婷玉,闵俊浩

(湖北省交通规划设计院股份有限公司,湖北 武汉 430000)

0 引言

随着经济的不断发展,城市道路上诸如照明路灯、道路监控、交通信号灯、电信基站等杆件的数量也在不断增加。这些功能杆件的布设通常是以单杆单用方式为主,导致同一路口存在多个杆体,严重影响了市容市貌。道路交叉路口繁多的杆件严重压缩了车辆、行人的通行空间。驾驶员在驾驶过程中,会在同一地点看到多个杆件,获取的信息更是多达数十条,增加了驾驶员对信息的识别难度。杆件的重复建设导致大量资源的不必要浪费,不符合新时代对资源有效利用的要求。此外,目前政府投资将杆件工程作为不同的市政道路子项进行建设,验收后移交相关部门进行后续的管理和维护,这使得运营管理无法取得良好的集聚效益。该模式建设的杆件明显不具备功能扩展性,维修维护需政府持续投入,无运营收益价值等能力。

对城市道路交通标志、智能交通设备、照明设施、路名标识等市政设施杆件进行梳理与整合,取消不必要的杆件,整合可以合并设置的基础设施,对于城市集约化建设、提升道路公共服务设施的管理、保障道路交通出行安全性具有重要意义。现阶段,北京、上海、天津、杭州等城市已经尝试通过试点建设方式来运用“多杆合一”技术[1-2],促使城市的精细化治理水平得到进一步提升。从目前智慧城市爆发的阶段性特征来看,智慧合杆有着明显的优势[3]。在智慧合杆新基建布局脚步愈来愈快的今天,智慧合杆具有统一建设、统一管理、开放共享的特性,完全符合智慧城市建设的战略构想[4]。

从目前的合杆项目设计经验来看,智慧合杆设计需统筹协调照明工程、监控工程、安全设施、结构等各专业需求,综合选定杆件样式及设置位置。杆件位置、杆件型式、杆件搭载设备选择是智慧合杆设计的重要工作内容。合杆设计多为重复性劳动,设计烦琐,各专业内外部联系紧密,需花费大量时间进行内部专业沟通协调。路线专业资料的局部调整,往往会导致一定范围内所有综合杆件相关布设的整体变化,从整体效益上看很不经济。此外,在智慧合杆杆件设计中还需对合杆杆件进行结构受力分析。在智慧合杆设计过程中,杆件材料、杆件形式、杆件配置元件、预埋深度的不同等问题给杆件及基础受力计算带来难度。根据对设计行业的调研发现,当前还没有针对合杆设计开发绘图类的软件,目前设计手段以手工CAD制图为主,存在设计周期长、效率低等问题。在生产任务压力大、设计周期短的情况下,目前的设计手段难以满足业主给定的设计时限要求。随着道路里程和平交口数量的增加,智慧合杆设计耗费时间会更长,这严重制约了设计效率。

综上,开发一款可解决合杆设计中存在的交叉设计难、沟通成本大、人工耗时长、图纸质量低等问题的设计软件迫在眉睫。为此,本文细致地分析了智慧合杆的设计需求,开发了一款可实现高效率绘制道路智慧合杆的设计软件。

1 总体设计

智慧合杆设计软件旨在提高项目设计阶段各专业设计人员的设计效率,降低各专业沟通协调成本,达到准确、灵活、快速的设计目的。软件采用分段设计的思想,将相邻两平交口之间的道路范围作为一个功能单元,根据道路功能需求,确定标志标牌、电子警察、人行信号灯等所需杆件组件及设置桩号范围等。智慧合杆设计软件主要包含以下模块:系统模块、识图模块、布杆模块、计算模块、图库模块、统计与出图模块以及为三维建模如BIM预留的扩展功能模块,如图1所示。智慧合杆软件在开发各模块的过程中,积极利用公司已有道路设计开发系统,与公司数据系统融合。开发平台以中望CAD为主,同时考虑国产CAD在开发过程中的适用性,积极考虑所开发的智慧合杆设计软件与AutoCAD的适应性问题。

图1 智慧合杆总体设计

软件主要实现以下功能:路线识别、图层识别、桩号自动生成、区域自动布杆、手动局部调杆、合杆样式选择与管理、灯杆方向统一调整、字体角度统一调整、合杆杆件结构计算、合杆基础结构计算、合杆杆件统计、图纸打印等。

2 系统的开发与实现

2.1 路线导入

用户选择路线数据,将需要进行灯具布设的道路路线CAD文件导入智慧合杆设计软件,完成预处理工作。系统支持多种路线数据文件,包括纬地路线、鸿业路线、EICAD、DICAD、海地路线等,无路线数据时,支持系统提取图上中线。

2.2 绘制中线

根据用户导入的原始道路CAD文件,系统可以绘制出道路主线的所有中线,完成里程符号控制、道路编号控制、百米符号控制等。

2.3 绘制灯杆

设置灯杆规格、灯具功率、灯头类型。根据绘制的中线信息,用户选择绘图控制来确定绘制模式。用户可以选择全线绘制模式并确定灯杆间距,对于特殊路段可选择单点绘制。系统自动绘制灯具完成后,CAD图纸上显示灯杆编号、类型、桩号等信息。系统根据设置的灯杆规格、灯具功率、灯头类型和绘制的道路中线信息,自动完成灯杆和灯具的平面布设,并与项目数据库关联,方便后期的自动汇总统计,如图2所示。

图2 智慧合杆模型构建

2.4 结构计算

根据智慧合杆软件系统中建立的灯杆模型,系统与有限元计算平台软件迈达斯进行无缝连接,自动建立配置的照明灯杆有限元模型,实现精确的结构分析与计算。此外,系统还可实现法兰盘、地脚螺栓等细部构件的精确计算,分析所构建的模型在结构受力上是否满足要求。系统支持结构设计详图出图及计算报告的输出,作为模型结构可靠的说明依据。

2.5 绘制电缆、人手孔

将用户选择的电缆类型、设置的电缆与道路边线距离等数据输入系统,系统自动完成灯杆电缆布设,CAD图纸上显示电缆信息。系统可自动在灯杆平面位置系统完成手孔井布设,而道路平交口处需根据道路信息人为布设人井,CAD图纸上显示人孔/手孔编号、桩号信息。

2.6 出图

完成智慧合杆设计后,系统对当前平面图上的数据进行自动汇总,计算相关灯杆数量和电缆数量,并且将数据存放到项目文件中,方便后期进行表格输出。在灯杆、电缆、人/手孔平面布设后,系统可根据需要生成用户所需项目的统计报表,如图3所示。

图3 智慧合杆模型出图

3 结语

本文设计了基于CAD的道路照明智慧合杆软件系统。该系统能极大地提升快速化、标准化市政公路照明杆件的布设。系统支持自动生成平面布设后的灯杆桩号,灯杆、灯具、电缆及人/手孔数量完成自动算量与输出,可实时修改图纸、数量,并反馈重新计算修改后的数据,完成自动统计数量并输出。

基于CAD的道路照明智慧合杆软件系统与现有技术相比有以下显著的进步:(1)道路照明杆件的自动化布置。智慧合杆设计软件通过模板化配置,实现快速参数选定。系统可根据设定要求自动完成杆件、电缆、手/人孔等项目布设,相较于现有技术,实现了更高程度的自动化设计。(2)系统支持实时修改图纸和数量,并反馈重新计算修改后的数据,支持图纸输出,提高了设计的灵活性和实用性。