市政工程基于设计软件的虚拟仿真技术研究

李书芳

摘要：根据高职院校市政工程专业实践教学的现状，本文通过对市政道路及管网仿真软件研究与分析，选择适合的仿真软件鸿业三维智能管线设计（管立得），建立市政道路模型和管网系统仿真模型，展示市政管网基础、管道、节点等各个系统的实际施工情况，既解决了课本中理论的凭空想象，又弥补了因传统实验仪器缺乏而造成的缺憾，具有良好通用性。

关键词：设计软件；虚拟仿真技术，管立得；仿真实训；实践教学

1、引言

实践教学对于市政工程专业的教学工程具有重大的意义，但在实际教学应用中，随着普通高等院校学生规模的急剧膨胀，导致学生人数的增加与实验场地、仪器设备不足的矛盾愈加突出，使得学生在实践教学中很少有动手操作的机会，且各单一实验设备之间相互独立，教学效果难以达到教学目标要求。

随着大量优秀的数值仿真软件的广泛普及，基于设计软件的仿真实训的发展为我们提供了解决上述教学难点，减少单纯独立性实验，增加综合性、系统性的工程联系，加深学生对理论知识和实验知识的结合，给传统实验教学带来了新的教学方法和探索。本文将对市政道路及管网仿真软件进行研究与分析，为市政工程仿真软件的选择提供参考和指导意义。

2、软件分析

（1）纬地道路

纬地道路交通辅助设计系统（HintCAD）是路线与互通式立交设计的专业CAD软件，主要功能：公路路线设计、互通立交设计、三维数字地面模型应用、公路全三维建模（3DRoad）等。适用于高速、一、二、三、四级公路主线、互通立交、城市道路及平交口的几何设计。利用实时拖动技术，可直接在计算机上动态交互式完成公路路线的平（纵、横）设计、绘图、出表；在互通式立交设计方面，以立交曲线设计方法、起终点智能化接线和批量的连接部处理等功能而著称。因此该软件更适用于公路路线及立交设计。

（2）EICAD

集成交互式道路与立交设计CAD"，简称："EICAD"。该系统主要用于公路、城市道路、互通立交的各阶段设计。EICAD的主要优点可以总结如下：1）采用动态交互方式完成设计。例如：用户动态拖动修改一个交点位置时，可以实时地观察到整个路线的线形变化情况。2）具有强大的方案管理能力。用户能够在同一个图形文件中，在同一时间内随意地在进行任意多条道路的平面、纵断面设计。软件的这一强大管理功能，对于立交设计或同一条道路多个设计方案的比较，是极其有利的。3）纵断面设计模块中，具有灵活的高程控制功能。4）方便的动态参数化设计功能。在软件测试中，自动完成一条280km长的路线，仅需30秒。5）丰富的设计查询功能及适应性极强的设计图表绘制功能。用户可在屏幕上随时查询任一条道路的信息，如查询设计线要素、桩号、坐标、控制点、断链等。总之，软件把可供选择的方式尽可能地在对话框中列出，以最大限度地满足不同用户的需要。

因此EICAD在设计软件中相对于纬地设计辅助功能更加丰富，更适用于市政道路设计。

（3）AutodeskCivil3D

AutodeskCivil3D软件是一款面向土木工程设计与文档编制的建筑信息模型（BIM）解决方案。AutodeskCivil3D能够帮助从事交通运输、土地开发和水利项目的土木工程专业人员保持协调一致，更轻松、更高效地探索设计方案，分析项目性能，并提供相互一致、更高质量的文档，一切均在熟悉的AutoCAD环境中进行。AutodeskCivil3D就是根据专业需要进行了专门定制的AutoCAD，是业界认可的土木工程道路与土石方解决的软件包，可以加快设计理念的实现过程。

（4）鸿业三维智能管线——管立得

鸿业三维智能管线设计系统是在鸿业市政管线软件基础上开发的管线设计系列软件，包括给排水管线设计软件、燃气管线设计软件、热力管网设计软件、电力管线设计软件、电信管线设计软件、管线综合设计软件，各专业管线设计可以单独安装，也可以任意组合安装。管线支持直埋、架空和管沟等埋设方式，电力电信等管道支持直埋、管沟、管块、排管等埋设方式。软件可进行地形图识别、管线平面智能设计、竖向可视化设计、自动标注、自动表格绘制和自动出图。平面、纵断、标注、表格联动更新。可自动识别和利用鸿业三维总图软件、鸿业三维道路软件路立得以及鸿业市政道路软件的成果，形成道路、桥梁、管线设计成果合成图（图1）。管线三维成果也可以与这些软件进行三维合成和碰撞检查，实现三维漫游和三维成果自执行文件格式汇报，满足规划设计、方案设计、施工图设计等不同设计阶段的需要。

针对市政工程管线，采用二三维一体化的设计方式，可以直观查看管线与周围地形、地物、建构筑物的关系。管道可采用直埋、架空、管沟等敷设方式，电力电信管线支持电缆直埋、管沟、管块、排管等敷设方式。竖向设计完成后，可以将检查井、管道、阀门等转化为真实的三维形式，在三维基础上可以针对具体情况进一步细化设计，也可以直接绘制三维管线（图2）。进行三维碰撞检查。场地等可根据情况设置透明度，更好检查管线与地下构筑物、基础等的碰撞情况。

值得提出的是，对于中心城区的市政道路建设项目，项目周边环境复杂，地面建筑林立、地下管线交错，对与道路管网的设计限制重重。因此对于涉及复杂的管网设计的项目，往往需要借助三维可视化的手段对设计进行检验。管立得可视化技术就是当前解决这种问题的不二选择。学生通过基于管立得的仿真实训，可以透过地面，清晰的看到市政管线交错情况，利用软件内嵌的碰撞检测功能，可以快速实现碰撞检测，并显示检测结果和生成检测报告。对市政给排水的实验监测及泄露提供了较直观的模型基础。

图3管网碰撞示例图

3结论

通过以上对常用软件的分析研究，总结得出对于市政工程，特别是市政给排水的实验研究，鸿业三维智能管线（管立得）可较好的实现市政道路及管网仿真模拟，展示市政管网基础、管道、节点等各个系统的实际施工情况，既解决了课本中理论的凭空想象，又弥补了因传统实验仪器缺乏而造成的缺憾，具有良好通用性。体现了以学生为主体的理念，为传统教学带来了新的教学方法和探索。

参考文献：

[1]郑富龙，仿真实验与传统实验的教学探索【J】实验室研究与探索，2005年第24卷第9期

[2]颜喜林，轨道交通工程结构仿真实验教学的研究【J】沿海企业与科技，2009年第09期

[3]魏晓亮，全三维技术在市政工程设计行业中的应用【J】建筑与发展

基金项目：课题名称：基于设计软件的虚拟仿真技术与市政给排水实验研究，课题批准号：KJB201714