解析計(jì)算機(jī)3D建模技術(shù)在公路橋梁互通立交等中的應(yīng)用

3D技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)而形成的數(shù)字模型技術(shù)，原本主要用于動(dòng)畫、廣告、影視、網(wǎng)絡(luò)游戲等領(lǐng)域，隨著該技術(shù)的逐漸成熟，更多的行業(yè)開始進(jìn)行引進(jìn)和推廣。在建筑行業(yè)中，3D技術(shù)主要用于工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)建模，其作用是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行立體、直觀的展現(xiàn)，并對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，使工程項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)和外觀更為合理、實(shí)用、美觀。尤其是在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工程項(xiàng)目中，如公路、橋梁、互通立交等，3D建模技術(shù)對(duì)于保證工程設(shè)計(jì)的合理性，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益損失方面所起到的作用越來越突出。目前采用3D技術(shù)進(jìn)行建模，主要的應(yīng)用軟件為AUTOCAD、3DMAX、PHOTOSHOP等?，F(xiàn)在，就這3D建模技術(shù)在公路橋梁互通立交等工程項(xiàng)目中的意義、應(yīng)用方法和流程進(jìn)行簡要介紹。

1 3D建模技術(shù)對(duì)公路橋梁互通立交等的意義

城市建設(shè)與建筑行業(yè)的發(fā)展與社會(huì)經(jīng)濟(jì)有密切關(guān)系，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，城市建設(shè)的步伐不斷加快，從而促進(jìn)了建筑行業(yè)在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方面不斷進(jìn)行革新，為科學(xué)解決城市人口增長、交通壓力變大的問題，對(duì)于公路橋梁互通立交項(xiàng)目的投入越來越多，旨在提升城市形象、拉動(dòng)社會(huì)投資，形成強(qiáng)大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，最終實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展的目的。與過去相比，公路橋梁互通立交項(xiàng)目已開始朝向多元性、功能性、美觀性轉(zhuǎn)變，其整體結(jié)構(gòu)也隨之變得更為復(fù)雜，對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工人員都提出了更高難度的要求。以往，由于技術(shù)條件所限，相關(guān)工程的設(shè)計(jì)及施工部署只能通過平面圖紙或手繪圖形進(jìn)行，對(duì)于設(shè)計(jì)的合理性、施工的可預(yù)見性缺乏深入的分析。

首先，在設(shè)計(jì)方面時(shí)常會(huì)因?yàn)閷?duì)互通立交項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化要求，增加設(shè)計(jì)的難度，相關(guān)設(shè)計(jì)如果無法滿足城市規(guī)劃的實(shí)際需求，最終會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目完工交付使用后出現(xiàn)各種問題。比如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)不到荷載要求、無法實(shí)現(xiàn)改善城市交通擁堵現(xiàn)象、影響交通的正常秩序、施工技術(shù)難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求而造成工程項(xiàng)目的整體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等。

其次，在施工方面，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提升，對(duì)于施工工藝及現(xiàn)場(chǎng)施工的流程安排及推進(jìn)的要求也提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。而傳統(tǒng)的平面圖紙無法直觀展現(xiàn)設(shè)計(jì)思路和意圖，在具體操作過程中常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)度安排不合理，機(jī)械布置及堆場(chǎng)布置混亂、機(jī)械碰撞隱患等一系列問題，為施工的順利開展埋下隱患，造成對(duì)后期施工推進(jìn)的一連串影響。

由于公路橋梁互通立交項(xiàng)目屬于市政建設(shè)性質(zhì)，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)同等重要。一旦工程出現(xiàn)問題，不僅會(huì)使相關(guān)的建造成本投入蒙受巨大損失，還會(huì)形成較嚴(yán)重的社會(huì)不良影響。而這一類的工程一般規(guī)模較大，一旦建成發(fā)現(xiàn)問題之后也難以拆除，會(huì)對(duì)城市交通網(wǎng)絡(luò)形成負(fù)面效應(yīng)。

而3D建模技術(shù)正好可以有效彌補(bǔ)公路橋梁互通立交項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)過程中的這些缺陷，通過3維建模，將工程的設(shè)計(jì)及施工部署進(jìn)行立體直觀的呈現(xiàn)，使工程設(shè)計(jì)、施工人員可以有效的進(jìn)行可行性模擬分析，沖撞分析，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工單位、部門進(jìn)行可視化交底，使其各方明確清晰設(shè)計(jì)意圖，為工程高效準(zhǔn)確的完成發(fā)揮重要作用。

2 3D建模技術(shù)在立體交叉中樞紐型式工程中的應(yīng)用

在城市交通工程項(xiàng)目中，互通立交的應(yīng)用非常廣泛，并且因?yàn)楣こ趟巺^(qū)域的地理位置和設(shè)計(jì)需求，形成多種多樣的形式，如菱型、樞紐型、單喇叭型、雙喇叭型、苜蓿葉型等，下面就3D建模技術(shù)在此類型工程建模的應(yīng)用進(jìn)行舉例說明。

2.1模型建立

公路橋梁互通立交建筑的結(jié)構(gòu)，一般情況下都是由主線和匝道兩個(gè)部分構(gòu)成，這兩個(gè)部分的道路、橋梁連接形式較為多樣，通過對(duì)不同形式的利用形成了各個(gè)構(gòu)造物的特點(diǎn)，針對(duì)這一類型建筑物的模型，可以分為三大類：連續(xù)帶狀實(shí)體模型，即路基、護(hù)欄、連續(xù)路面標(biāo)線、人行道、路面結(jié)構(gòu)、橋梁上部結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的模型；離散構(gòu)筑物實(shí)體模型，即路燈、橋墩、欄桿、交通標(biāo)志牌等結(jié)構(gòu)的模型；面模型，即立交建筑所在地的地面模型。這三大類結(jié)構(gòu)的模型均可采用3DMAX的不同技術(shù)完成，如連續(xù)帶裝實(shí)體模型可以用放樣造型實(shí)體完成，離散構(gòu)筑物實(shí)體模型可以用各種基本實(shí)體造型編輯生成，針對(duì)面模型的制作，3DMAX中也有專門的面模型進(jìn)行生成。

2.2 連續(xù)帶狀實(shí)體模型

連續(xù)帶狀實(shí)體模型是立交三維實(shí)體模型中的主體結(jié)構(gòu)，它體現(xiàn)的是立交建筑的主要框架，建模過程主要通過3個(gè)步驟完成。

（1）模型放樣路徑生成

首先，依據(jù)材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的區(qū)別，將主線和各匝道進(jìn)行分段，相同的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)可劃分為一段，再對(duì)這些分段路徑進(jìn)行編號(hào)，以便識(shí)別。這一部分工作對(duì)于立交建筑3D建模的整體定位和快捷性有重要作用。

再求各路徑的三維曲線，將建筑設(shè)計(jì)方案中對(duì)主線與匝道的初步拉坡定線設(shè)計(jì)生成的平面線位數(shù)據(jù)、縱斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，引入模型中，求出設(shè)計(jì)線的逐樁坐標(biāo)和逐樁高程，利用LISP程序讀出坐標(biāo)高程，自動(dòng)生成空間曲線，再對(duì)這些空間曲線進(jìn)行保存，即可完成。

（2）模型放樣截面生成

利用AUTOCAD繪制不同路徑的截面，操作要點(diǎn)是需要以與放樣路徑相同的尺寸單位進(jìn)行編制，如路徑截面沿該分段沒有變化，則只需繪制一個(gè)截面，若路徑截面發(fā)生變化，則需對(duì)變化路徑進(jìn)行橫截面生成。將這些橫截面文件導(dǎo)入3DMAX，即可生成截面模型SHARP。

（3）實(shí)體模型生成

由于三維放樣路徑是以實(shí)際的設(shè)計(jì)坐標(biāo)和高程在軟件中生成，且放樣截面也是以實(shí)際尺寸進(jìn)行繪制，因此生成的三維放樣實(shí)體是以實(shí)際定位生成，這有效避免了立交建筑中各種線的復(fù)雜組成而導(dǎo)致的定位困難問題，正因?yàn)?D技術(shù)的這一特點(diǎn)，使得長期困擾立交建模的定位問題得以解決。

2.3 離散構(gòu)筑物實(shí)體模型

在立交建筑設(shè)計(jì)中，離散構(gòu)筑物所起到的作用是使立交建筑的功能得以有效實(shí)現(xiàn)和完善。這些離散構(gòu)筑物有些是呈規(guī)律性分布的，如欄桿、路燈等，有些則沒有固定的位置，如交通標(biāo)志牌、高桿燈等。采用3DMAX對(duì)這些構(gòu)筑物進(jìn)行模型處理，可得到更精確的模型效果。利用維放變形、扭曲變形、傾斜變形、倒角變形及布爾運(yùn)算，生成三維實(shí)體，再根據(jù)離散實(shí)體與放樣路徑之間的關(guān)系，進(jìn)行復(fù)制、移動(dòng)、定位，即可將這些離散實(shí)體以準(zhǔn)確的定位放置在模型中。

2.4面模型

面模型主要用于直觀反應(yīng)立交建筑的地面與現(xiàn)狀地形的結(jié)合情況，因此應(yīng)在地形圖上劃分坐標(biāo)網(wǎng)格，利用AUTOCAD軟件編制LISP程序，以讀取地面坐標(biāo)和高程靈敏據(jù)，這樣即可生成符合實(shí)際地形標(biāo)高的面模型。再對(duì)建筑面的不同材質(zhì)進(jìn)行渲染，即可生成立交的三維效果、形式、平面與立面的組合關(guān)系，全面的反映立交建筑的交通組織方式。再以燈光效果進(jìn)行處理，即可得到立交建筑的照明設(shè)計(jì)效果。

3 后期處理

完成渲染輸出后，3DMAX在建模中的使命完成，接下來需要采用PS技術(shù)進(jìn)行后期處理。在生成立交三維模型的過程中，有一些不太完美的地方，均可有后期處理進(jìn)行完善。首先，用數(shù)碼相機(jī)將建筑周邊的環(huán)境拍攝下來，再對(duì)圖片進(jìn)行包括亮度、對(duì)比度、色階等基礎(chǔ)參數(shù)的調(diào)整，之后通過建立各個(gè)圖層完成布景布置，最后進(jìn)行合成即可。也可結(jié)合實(shí)際需要，對(duì)攝像機(jī)的高度、角度、位置等進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳的視覺效果。還可以在模型中加入景觀、綠化設(shè)計(jì)等。

4結(jié)語

本文對(duì)公路橋梁互通立交應(yīng)用3D建模技術(shù)，采用包括CAD、3DMAX、VRay、PS等在內(nèi)的多種制圖專業(yè)軟件進(jìn)行工程設(shè)計(jì)模型建立的方法和流程進(jìn)行了闡述，對(duì)計(jì)算機(jī)建模的常用思路進(jìn)行了分析，為公路橋梁互通立交項(xiàng)目建模的模型及動(dòng)畫效果的展現(xiàn)提供了一些支持。作為一種新興的技術(shù)，3D技術(shù)在建筑行業(yè)尤其是公路橋梁互通立交工程項(xiàng)目中的應(yīng)用前景非常廣闊，還可由此擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目景觀、路面、路基、施工過程動(dòng)畫等多方面的演示。因此，需要不斷深入對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用研發(fā)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的品質(zhì)提升。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://00559.cn/w/qk/21223.html