济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司新疆分院 新疆乌鲁木齐 830000
摘要：三维仿真技术可以将道路设计成果以三维的方式直观的展示出来，在控制因素复杂的情况下更好的做出分析、评价。本文根据工程实际，结合西二环路工程实例，详细介绍三维仿真技术在西二环路道路工程中的应用。
关键词：西二环路；三维仿真；设计理念；三维模型；工程应用
1 前言
乌鲁木齐市西二环快速路新建工程是乌鲁木齐市重要的基础设施建设工程，是乌鲁木齐市综合交通枢纽的重要组成部分，该项目路线全长约28km，道路等级为城市快速路，设计速度80km/h。
西二环路在石火山路段长约5km，该路段山势险峻，地形复杂，且受到多种因素制约，道路展线非常复杂。为了能更直观的展示出道路选线成果，项目组经过深入研究，将该路段道路线形和沿线地形做成三维仿真模型，将设计成果更直观的展现出来。
2 路线走廊带限制因素
拟建西二环路在石火山路段为山岭重丘区，该路段山势险峻，地形复杂，且受到煤矿采空区、石火山地形、王家沟河道、水源保护区、乌兰双线管道、燃气管线等多种因素制约，是整个西二环路设计难度最大的路段。根据现场踏勘情况，对本项目路线走廊带内主要限制因素分析如下：
2.1 石火山
路线有5km路段位于石火山区域，石火山为基岩山区，海拔高度为970m～1050m，该区域要注意工程规模的控制，进行经济合理的线位方案论证，同时还需要考虑路线走廊带附近三利煤矿采空区的影响。
2.2 王家沟
西二环路沿王家沟河谷展线，王家沟为天然沟壑，平均宽度为100m，两侧为石火山山体，整体地势南高北低。王家沟底部有现状河道，河道内一年四季流水，水量较小。路线在展现过程中尽量减少对现状河道的影响，无法避免的路段设置高架桥跨越，确保河道流水通畅，满足防洪及景观需求。
2.3 水源保护区
西二环路K15+500路段道路中心线距离水库边缘最近距离为500m。红岩水库库容为3600万立方米，为高位饮用水水库，水库东侧为王家沟河道，河道底与水库水面的高差约35米，本项目位于王家沟河道的东侧，对红岩水库影响较小。
2.4 乌兰双线管道
乌兰双线管道起点位于王家沟油库，终点位于兰州，包括一条原油管道管径（610mm）和一条成品油管道（559mm），管线平均埋深约2-3m，管道管理单位中国石油西部管道公司。
为了更清晰的展示各种限制因素与道路走廊带的关系，确定合理的道路中线方案，我院成立三维仿真技术研究小组，对三维仿真技术进行深入探索，最终利用路易软件制作出西二环路石火山路段三维仿真模型。
3 三维仿真技术流程
3.1 建立地形曲面
首先新建一个目标工程文件。打开地形图，地形数据由等高线和高程点组成，分别在“等高线”和“高程点”图层中，使用“地形图创建曲面”命令新建一个曲面，命名为“地形”。
图中存在文本格式的高程点数据，可直接使用“文本识别”命令，选中任意一个高程点高程标注文字，识别模式选择“块定位”，选择高程点符号块，然后全选当前图上的高程点，完成高程点添加。
使用“三维地形”命令查看生成的地形曲面，修改高程异常点。根据需要使用“删除三角形”命令删除地形曲面边界处的错误三角形，最终得到完整的三维地形。
3.2 路线设计
利用路易软件菜单下的“路线识别”功能将前期研究好的道路中线导入到软件中，直接转为道路设计线。
3.3 纵断面设计
纵断面设计一般通过“从地形提取自然纵断数据”、“新建设计纵断”、“和“纵断拉坡”三个步骤完成纵断设计。本项目将已有的西二环路设计纵断面数据直接导入路易软件中，得到纵断面设计图。
3.4 横断面设计
在完成纵断面设计后，需创建道路。点击创建道路命令，弹出“创建道路”对话框。该命令可以单独创建路线，也可以直接创建出带道路全属性的模型。
在西二环工程实例中，在工程管理菜单下的设计纵断中右键创建道路，选择相应的设计纵断面，并对道路板块方案及边坡计划进行编辑。
3.5 生成道路
使用创建道路功能由路线、设计纵断、板块方案、边坡方案生成道路。并在三维查看中对道路模型进行查看，检查道路板块与边坡计划是否有误，并进行修改。
3.6 定义桥梁
（1）定义桥梁
根据工程实例在需要架设桥梁的位置定义桥梁。以本工程 K15+870～K16+170“石火山6号桥”为例：
在桥梁模块下点击“定义桥梁”功能，根据提示命令选择进入“桥梁定义对话框”。在对话框中将桥梁信息对应输入。其中桥梁的起始桩号可以用右边的按钮从图面定义，此时可以同时定义结束桩号，也可手动输入起止桩号，自动显示起止桩号之间的距离，且为只读。
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输入跨径组合，格式为“跨数*跨径+跨数*跨径...”，如本实例为10*30。跨径总长要等于桥长。可以使用右边的按钮从图面定义，软件在图面上画出桥梁起止桩号位置、已定义跨径位置、立交出入口特征桩位置。
（2）桥梁三维设计
进行桥梁三维设计，包括分联，指定每联的主梁形式，进行造型桥梁的三维设计等。在工程管理器界面找到对应桥梁命名，右键查看特性即可对桥梁进行三维特性进行编辑修改。
3.7 导入卫星影像
首先需要下载地形影像图，可利用路易软件下载谷歌联机地图，将下载的地形影像图按照对应位置（坐标）大小覆盖在地形区面上，在三维查看时形成有起伏感和实景感的三维模型。
3.8 成果输出
在对以上内容设置完成后，可进行三维查看，输出成果。输出成果为路径漫游视频与发布漫游两种。
路径漫游视频：在道路漫游程序中，对路径漫游录像并保存为视频。
发布漫游：在道路漫游程序中利用发布功能将当前的漫游内容保存到一个可执行程序中，便于在其它机器上进行漫游。使用项目发布的程序进行漫游。
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图2 西二环路基段三维模型
4 技术创新点分析
西二环路石火山路段三维仿真成果地形精确、设计全面、桥梁及路基分段明确，道路设计效果直观，三维仿真成果得到领导的高度评价。本次三维仿真研究技术创新点如下：
（1）将传统设计工作中的CAD 平面设计，转换为三维仿真模型进行设计。
本项目利用路易2018软件的三维漫游功能，在虚拟的环境中建立了西二环石火山路段的数字化模型，包含了具体而精确的工程信息，因此设计师可以不再通过二维图纸的信息转化，而直接在三维数字平台中进行工程的创建和调整。
（2）通过三维仿真模型进行方案论证
对设计师来说，通过模型来评估所设计的空间，可以获得较高的互动效应，以便从使用者和业主处获得积极的反馈。设计的实时修改往往基于最终用户的反馈。在三维仿真模型中，项目各方关注的焦点问题比较容易得到直观的展现并迅速达成共识，减少项目决策时间，有效推进工程进展。
5 结束语
（1）运用三维仿真技术，在可视化、数模化的前提下，在控制因素复杂的情况下更好的做出分析、评价，通过对模型的分析研究直观高效地实现项目决策，确定最优方案。
（2）目前三维仿真技术在新疆尚未普及，应用前景十分广阔，在复杂的项目汇报过程中可将道路方案及沿线设施、地形制作成三维模型，将设计成果更直观的展现出来，更能得到领导和专家的认可，推进项目进程。
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