本站原创【摘 要】在设计行业中,CAD的应用已经越来越深入,它能减轻设计人员的在设计画图中的大部分重复性劳动,极大的提高了设计效率.在渠道设计中,CAD辅助功能分为力学计算和辅助出图两个部分,本文针对渠道横断面设计的特点,从辅助图形设计方面进行相关的研究和探讨.
【关 键 词】渠道设计横断面CAD
1渠道CAD横断面概述
常用的渠道分为挖渠、梯形渠、阶梯形渠这几种,左右侧根据不同的实际情况也可相互组合,类似左梯形右阶梯型等等.其中挖渠为简易的排水渠道,只有渠底和拉坡段,梯形渠道增加了堤岸线和开挖坡,阶梯型渠道是在梯形的基础上再增加马道和堤内坡.马道和堤岸线一般为水平,与道路相接作为人行道或者辅道.
在设计渠道时,考虑到其排水、灌溉和防洪作用,一般利用高程来对渠底、马道和堤岸线进行定义,而其余板块有的是根据宽度或者坡度来计算.在渠道设计时可以依据相邻板块相互条件来计算,依照桩号范围将断面用模板定义出来,再根据CAD的图形获取其余参数,组合成横断面图形,也就是模块化的设计渠道横断面.在其中,也包含很多高程、坡度和宽度的计算,还有测量数据及土石方的相关计算,在下文中将进行具体的阐述.
2模块化设计横断面
在渠道设计中,景观渠道板块宽度和渠道形式变化较多,且板块宽度的变化经常为非线性的,若在前期使用固定宽度和坡度的渠道模块来设置渠道,后期的修改工作将非常繁琐.在这种情况下,采取先对渠道的类型和板块的高程或者坡度进行设置,再使用交互式方法从CAD的平面图形中获取相应的板块宽度和组合顺序数据,将两者的数据组合起来形成渠道的横断面数据的方法,能够最大程度的减少用户的数据输入和修改的工作量.
在设置渠道类型和板块参数时,首先设置当前模块的桩号范围,分左右侧选择挖渠、梯形渠或阶梯形渠.同时对水平板块可进行高程的定义,类似渠底、马道和堤岸线,而有时设计需要固定开挖坡或者堤内坡的坡度,我们也可以通过设置相应板块的坡度来固定渠道的尺寸,高程和坡度只要确定一个条件,如图1中,左侧可只设置开挖坡1：i1,或设置堤岸线高程H1即可.以图1中渠道右侧为例,通过渠底的宽度和高程可以确定开挖坡的起点,这时若对开挖坡固定坡度,加上平面扫描获取的其宽度即可获得板块的参数；若是对马道进行高程定义,根据其与渠底的高差加上宽度条件也可固定该板块.在渠道末端再分别设置填挖方的坡度,自动与地面线顺接即可.
3横断面图绘制
渠道横断面的设计成果就是CAD的横断面图形,在对断面数据、横断面出图比例、图形间隔等数据进行设置后即可进行横断面出图了.
首先根据纵断面数据可以获得当前绘制桩号的设计高程,加上前期断面设置的模块信息及平面扫描数据可将设计线绘制到CAD中,一般可以渠底中心线作为CAD图形插入点.然后提取当前断面的测量数据,计算出测量中心处与设计线渠底中心的高差,换算成CAD图形中的距离,可计算出测量点在CAD中的实际坐标,再将地形数据的多段线绘制到CAD中.在断面设计线的末端处依据填方和挖方坡度绘制拉坡线,与地面线相交截止.
图形绘制完毕依次对板块宽度、坡度、高程及断面的相关桩号信息进行标注,具体图形如图2所示.
4断面填挖面积计算
在横断面图形绘制同时可以对断面的填挖面积进行计算,所生成的数据可用于后期的渠道工程量计算.
在横断面图形中可获得渠道设计线坐标、地面线坐标和渠道末端交地点的坐标,利用坐标法可以计算出其相交部分的面积,再对每个部分的点位置进行判断从而得知是填方还是挖方,除以图形的比例,最终得到当前断面的填挖实际面积.
设封闭图形图形共有n个端点,各端点坐标为（xi,yi）,坐标法计算公式如下：
5结论及应用情况
在本文的研究分析中可以看到,使用CAD技术可将渠道横断面设计数据及图形有效的结合在一起.在板块变化复杂的大型渠道设计中,只需设置部分关键数据即可进行快速出图,减少了断面修改的繁杂工作,而且还可快速生成工程量数据,大幅度的提高了设计效率.
本文的研究成果目前已在我公司的市政道路与给排水综合协同设计系统中得到了广泛应用,如武汉经济技术开发区连通港渠道工程、安路护国河渠道工程、火焰沟渠道工程、武汉市今年估计开发区下太子溪渠道工程等,得到了设计人员的充分肯定与一致好评.