Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова» Кафедра сухопутного транспорта леса Н. А. Тюрин, кандидат технических наук, профессор Г. А. Бессараб, кандидат технических наук, профессор Л. Я. Громская, кандидат технических наук, доцент В. В. Артемьев, ассистент СУХОПУТНЫЙ  ТРАНСПОРТ  ЛЕСА  *** ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В CREDO Учебное пособие для подготовки бакалавров по направлению 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» Санкт-Петербург 2013 Рассмотрено и рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией лесоинженерного факультета Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 3 октября 2013 г. Рецензенты: кафедра транспорта леса Московского государственного университета леса (зав. кафедрой доктор технических наук, профессор А. А. Камусин), кандидат технических наук, доцент Н. А. Вохмянин (НП «Лесоинженерный центр») УДК 630 Тюрин, Н. А. Сухопутный транспорт леса. Проектирование лесных автомобиль- ных дорог в CREDO: учебное пособие для подготовки бакалавров по направлению 250400 «Технология лесозаготовительных и деревопере- рабатывающих производств» / Н. А. Тюрин [и др.]. – СПб.: СПбГЛТУ, 2013. – 104 с. ISBN 978-5-9239-0625-7 Представлено кафедрой сухопутного транспорта леса. В пособии приведены методы и алгоритмы автоматизированного проектирования автомобильных дорог на примере САПР CREDO. Содержится описание процедур создания ЦММ, проектирования плана трассы, продольного и поперечных профилей, конструкции дорожной одежды, расчета объемов работ, а также формирование и оформление основных чертежей. Пособие предназначено для подготовки бакалавров по направле- нию 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабаты- вающих производств», изучающих дисциплину «Сухопутный транс- порт леса». Ил. 44. Библиогр. 16 назв. Темплан 2013 г. Изд. № 116. ISBN 978-5-9239-0625-7 © СПбГЛТУ, 2013 2 ВВЕДЕНИЕ При проектировании лесных автомобильных дорог необхо- димо учитывать комплекс требований, среди которых важней- шими являются: обеспечение рационального транспортного ос- воения лесных территорий; повышение эффективности работы лесовозного транспорта, воспроизводство и охрана лесных ресур- сов; экономия денежных и материальных ресурсов при проекти- ровании, строительстве и эксплуатации дорог с использованием местных дорожно-строительных материалов. Поиск проектного решения, в наибольшей степени отвечающего этим требованиям, является достаточно сложной задачей и связан с большими затра- тами труда высококвалифицированных специалистов. Повыше- ние обоснованности и качества проектных решений при одно- временном сокращении трудоемкости и сроков выполнения про- ектных работ достигается использованием информационных тех- нологий и в частности САПР – систем автоматизированного про- ектирования (CAD – Computer Aided Design). В данном пособии приводятся основные процедуры по авто- матизированному проектированию лесных автомобильных дорог на примере программного комплекса CREDO, который является широко используемым среди современных САПР автомобильных дорог и обладает всеми необходимыми инструментальными сред- ствами для полного цикла проектирования от обработки инженер- ных изысканий до оценки проектных решений. 3 1. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ 1.1. Общие сведения Лесные автомобильные дороги проектируют в системе автоматизиро- ванного проектирования автомобильных дорог общего пользования (САПР АД). Она представляет собой комплексную организационно-техническую систему, которая обеспечивает создание технологии проектно- изыскательских работ, позволяющей широко использовать ЭВМ и другие средства автоматизации с целью получения наилучших проектных реше- ний в заданные сроки с минимальными трудозатратами. Основными вопросами, решаемыми в САПР АД, являются: • выявление оптимального распределения функций между инженером- проектировщиком и ЭВМ в зависимости от стадии проектирования, типа и сложности объекта; • создание программного обеспечения для автоматизации вычисли- тельных, чертежно-графических и других видов работ; • автоматизация получения и обработки исходной информации, в пер- вую очередь топографической; • автоматизация чертежно-графических работ. Большинство существующих систем автоматизированного проектиро- вания автомобильных дорог базируются на одинаковых общесистемных принципах: информационного единства, системного единства, комплекс- ности, совместимости, развития. Существующие САПР автомобильных дорог включают, как правило, следующие уровни: • создание цифровых моделей местности зоны проектирования; • трассирование автомобильной дороги; • проектирование искусственных сооружений; • проектирование дорожных одежд; • проектирование продольного профиля; • проектирование поперечных профилей; • оценка проектных решений. Наряду с САПР, в автоматизированном проектировании автомобиль- ных дорог широко используются геоинформационные системы (ГИС). В дорожной отрасли ГИС используются для представления сети дорог на электронных картах, для анализа транспортного освоения районов, для по- лучения оперативной информации по объектам дорожной сети. Наличие атрибутивной поддержки является наиболее важным при решении задач диагностики, паспортизации, инвентаризации, кадастра дорог. При проек- тировании дорог ГИС применяются для выбора наилучшего из возможных коридоров варьирования проектируемой трассы с учетом существующей цифровой модели местности (ЦММ) и запасов леса. 4 При существующем сходстве и различиях между САПР и ГИС акту- альным является интеграция информационных систем. Рынок информационных технологий предлагает множество про- граммных продуктов класса САПР, которые различаются между собой по комплексности, удобству интерфейса, соответствию сложившимся техно- логиям проектирования и пр. Выбор наиболее приемлемых программ для проектирования дорог целесообразен в пользу оптимального соотношения цены и качества, а также сертифицированной программной продукции. 1.2. Средства обеспечения систем автоматизированного проектирования Системы автоматизированного проектирования базируются на компо- нентах технического, программного, информационного, методического и организационного обеспечения [10]. Техническое обеспечение САПР представляет собой комплекс тех- нологических средств, в состав которого входят ЭВМ с подключаемыми к ней внешними устройствами (мышь, принтер, графопостроитель, сканеры), фотограмметрические приборы для обработки аэрофотоснимков, топогра- фических планов и карт с целью формирования цифровой модели местно- сти, обеспечивающие автоматическую или полуавтоматическую запись ре- зультатов на носители памяти. Программное обеспечение САПР АД является одним из важнейших ее элементов. Его подразделяют на общесистемное и прикладное. В состав общесистемного программного обеспечения входят операци- онные системы Windows, Linux и др., трансляторы для различных алго- ритмических языков программирования, пакеты программ, например, AUTOCAD для выполнения чертежно-графических работ, стандартные программы и др. К прикладному программному обеспечению относятся программы, используемые для решения отдельных задач проектирования. Отдельные программы объединяют в системы (модули). Несколько программ образуют систему, если они предназначены для решения опре- деленной проблемы, соответствуют друг другу, и результаты расчетов по одной программе могут быть использованы в качестве исходных данных в других программах без их дополнительной обработки. Расчет с использо- ванием системы программ производится в определенной последовательно- сти, однако в случае необходимости из системы программ могут быть вы- браны отдельные программы для решения конкретной задачи. Так как комплексный характер процесса проектирования автомобиль- ных дорог требует учета большого количества факторов, в САПР АД при- меняют единое информационное обеспечение, многократно используемое в расчетах. 5 В состав информационного обеспечения, предназначенного для хра- нения, систематизации и обработки большого объема исходных данных, промежуточных и окончательных результатов, а также другой информа- ции, входят: 1. Нормативная база, используемая при проектировании, в том числе: ГОСТы, строительные нормы (СН), строительные нормы и правила (СНиП), ведомственные строительные нормы (ВСН), своды правил (СП); типовые проектные решения по сооружениям и элементам дорог, напри- мер, по земляному полотну, дорожной одежде, водопропускным трубам, мостам и т. п.). С изменением нормативных документов и типовых проек- тов информация, хранящаяся в ЭВМ, должна обновляться. 2. Сведения регионального характера, характеризующие особенности района и объекта проектирования в целом. К ним относятся, прежде всего, данные о рельефе и геологическом строении местности в виде ЦММ, карь- ерах и других источниках получения дорожно-строительных материалов, строительных организациях и др. 3. Сведения переменного характера, которые могут быть заданы до на- чала проектирования, а также получены в процессе проектирования как про- межуточные и окончательные результаты расчетов по нескольким вариантам. Методическое обеспечение САПР АД представлено нормативно- ме- тодическими документами, в которых излагаются: теория, методы, спосо- бы, алгоритмы, методические модели, методика проектирования дорог с использованием САПР АД. Организационное обеспечение САПР АД включает в себя мероприя- тия, направленные на обеспечение максимального эффекта от использова- ния САПР. К ним относятся: изменение организационной структуры про- ектной организации, ее отделов и подразделений, перераспределение неко- торых функций между отделами; изменение технологии проектно- изыскательских работ; повышение квалификации проектировщиков, в пер- вую очередь, с точки зрения практического использования САПР; повы- шение специализации труда [10]. В настоящее время существует достаточно большое количество про- граммных комплексов, используемых при автоматизированном проектиро- вании автомобильных дорог. В России и других странах СНГ широко при- меняется программный комплекс CREDO, разработанный в Белоруссии научно-производственной компанией КРЕДО-ДИАЛОГ. Ряд ведущих до- рожных проектных организаций, например, Союздорпроект, Гипродорнии, разработали, и продолжают совершенствовать собственные системы про- грамм. Среди зарубежных программных комплексов для автоматизирован- ного проектирования следует выделить комплексы, разработанные компа- ниями Softdesk, Intergraph Corporation, Eagle Point Software и др. 6 Приведем лишь некоторые из САПР автомобильных дорог: • САПР АД Robur (www.topomatic.ru) разрабатывается в научно- производственной фирме Топоматик (г. Санкт-Петербург). Реализованный на единой методологической основе, Robur обеспечивает решение комплек- са дорожных задач от обработки материалов изысканий до выноса проекта в натуру. Robur имеет три рабочих окна: План, Профиль и Поперечник, что позволяет вести проектирование трассы как пространственного объекта. • САПР АД IndorCAD/Road (www.indorsoft.ru) развивается с начала 90-х годов. До 2003 г. система разрабатывалась в Инженерном дорожном центре «Индор» (г. Томск) и называлась ReCAD (по аббревиатуре слов Ре- Конструкция Автомобильных Дорог). На начальном этапе развития система ReCAD представляла собой исследовательскую систему, на которой отраба- тывались новые подходы и алгоритмы автоматизированного проектирования автомобильных дорог. В 2001 г. была завершена разработка системы ReCAD 3-го поколения под управлением ОС Windows, которая была анонсирована и сертифицирована как программный продукт для массового применения. С этого времени система ReCAD широко применяется в производственной практике в России и в странах СНГ. В марте 2003 г. система ReCAD была пе- редана для дальнейшего развития в специализированную фирму по разработ- ке программного обеспечения «ИндорСофт. Инженерные сети и дороги», ко- торая наряду с системами автоматизированного проектирования разрабаты- вает и геоинформационные системы. В этот период система ReCAD была пе- реименована в систему IndorCAD/Road. IndorCAD, подобно MX, является ядром для целой линейки САПР объектов транспортного, промышленного и гражданского строительства, в которую помимо RoAD (Автомобильные до- роги), также входят Topo (Топография), Rail (Железные дороги), Pipe (Трубо- проводы), Site (Генеральные планы). Система автоматизированного проекти- рования автомобильных дорог IndorCAD/Road совместно с системой подго- товки чертежей IndorDraw является универсальным программным комплек- сом по проектированию автомобильных и городских дорог. • САПР АД CREDO (www.credo-dialogue.com) развивается с 1989 г. в научно-производственном объединении (НПО) Кредо-Диалог (Минск). Из- начально это был пакет программ по проектированию ремонта дорожных по- крытий. Название этой системы проектирования сохранилось с тех времен по аббревиатуре слов: Капитальный РЕмонт Дорожных Одежд. Система с само- го начала была ориентирована на эксплуатацию в производственных услови- ях, и получила широкое распространение не только в дорожных проектных организациях, но и в организациях других отраслей, занимающихся проекти- рованием линейно-протяженных объектов (нефтегазовая, электроэнергетиче- ская), а также при проектировании генеральных планов в промышленном и гражданском строительстве. В 1999 г. Кредо-Диалог приступила к разработке системы CREDO 3-го поколения под управлением ОС Windows. Но вклад системы CREDO в проектирование дорог трудно переоценить, поскольку 7 именно с этой системы во многих дорожных проектных организациях начал- ся процесс комплексной автоматизации работ. А многие расчетные схемы и алгоритмы системы CREDO и сегодня оцениваются как новаторские и взяты на вооружение другими разработчиками программных средств [2]. 1.3. Технология проектирования дорог с использованием САПР АД Технология автоматизированного проектирования автомобильных до- рог зависит от сочетания значительного количества факторов: особенно- стей имеющейся в проектной организации САПР АД; категории проекти- руемой дороги, ее протяженности; сложности природных условий в районе проектирования; стадии проектирования; особенностей материалов, полу- ченных в результате изысканий. Однако в большинстве случаев технология автоматизированного про- ектирования дорог основана на следующих положениях: 1. Предъявление информации о рельефе, иногда и о геологическом строении местности в виде цифровой (математической) модели, которую используют на всех этапах проектирования при разработке проектных ре- шений по плану, продольному и поперечным профилям дороги, пересече- ниям дорог, искусственным сооружениям и др. 2. Четкая последовательность основных этапов проектирования, когда какой-либо вид работ может быть выполнен только после получения опре- деленных проектных решений по ряду других элементов или сооружений дороги. Например, проектирование продольного профиля должно произ- водиться после получения ЦММ, разработки варианта плана трассы, опре- деления основных проектных решений по водопропускным сооружениям и транспортным развязкам; проектирование поперечных профилей и подсчет объемов земляных работ – после окончания проектирования продольного профиля. 3. Автоматизация расчетных, чертежно-графических работ и получе- ние таблиц результатов на всех этапах проектирования. 4. Системное использование всех средств технологического обеспече- ния САПР АД. 5. Диалоговый режим взаимодействия инженера-проектировщика с ЭВМ при разработке проектных решений. 6. Использование программ, основанных на математических методах оптимизации проектных решений, или, при отсутствии таковых, многова- риантная проработка проектных решений как в целом по дороге, так и по отдельным ее участкам и сооружениям. 7. Оценка проектных решений по комплексу количественных и каче- ственных показателей (обеспечение видимости, вписывание в окружаю- щий ландшафт, скорости движения, пропускная способность, безопасность 8 движения, объемы работ, стоимостные показатели, эксплуатационные за- траты, себестоимость перевозок, уровень отрицательного воздействия на окружающую среду, экономическая эффективность капитальных вложе- ний), как на промежуточных, так и на окончательном этапе проектирова- ния, их корректировка в случае необходимости [10]. Применение САПР АД позволяет повысить качество проектных ре- шений, уменьшить трудоемкость и сократить сроки выполнения проект- ных работ. При использовании систем автоматизированного проектирова- ния сроки проектных работ сокращаются не менее чем на 20–25 % с соот- ветствующим ростом производительного труда. При этом размеры капита- ловложений в строительство автомобильных дорог и материалоемкость проектных решений оказываются на 10–15 % меньше, чем эти же показа- тели, полученные при применении традиционной технологии. 1.4. Общая характеристика программного комплекса CREDO Комплекс программных продуктов CREDO разрабатывается и распро- страняется, начиная с 1989 г. За время своего развития комплекс прошел путь от системы проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог (САПР Кредо) до многофункционального комплек- са, обеспечивающего автоматизированную обработку инженерных изы- сканий, подготовку данных для землеустройства и различных геоинфор- мационных систем, создание и инженерное использование цифровых мо- делей местности, проектирование объектов промышленного, гражданского и транспортного строительства, разведки, добычи и транспортировки неф- ти и газа, автоматизированное проектирование автомобильных дорог, соз- дание и ведение крупномасштабных цифровых планов городов и промыш- ленных предприятий, решение многих других инженерных задач. В состав программного комплекса КРЕДО 2-го поколения входят сле- дующие основные части (подсистемы): (cid:131) CREDO_DAT – система, обеспечивающая сбор и обработку топо- графической информации. (cid:131) CREDO_TER – система создания и представления цифровой модели местности (ЦММ). (cid:131) CREDO_GEO – система формирования математической пространст- венной модели геологического строения площадки или полосы изысканий. (cid:131) CREDO_PRO – интерактивное проектирование горизонтальной планировки объектов промышленного, гражданского, автодорожного и же- лезнодорожного строительства. (cid:131) CREDO_MIX – решение задач проектирования горизонтальной и вертикальной планировки генеральных планов и транспортных сооружений. 9 (cid:131) CAD_CREDO – система обработки линейных изысканий, проекти- рования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог II–V категорий [1]. В состав системы CREDO 3-го поколения вошли 4 подсистемы (ТОПОПЛАН, ЛИНЕЙНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ, ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН, ДОРОГИ) и ряд пакетов прикладных программ (проектирование индиви- дуальных знаков, расчет нежесткой дорожной одежды и др.). В настоящее время комплекс CREDO состоит из нескольких крупных систем и ряда дополнительных задач, объединенных в технологическую линию обработки информации в процессе создания различных объектов от производства изысканий и проектирования до эксплуатации объекта. Каж- дая из систем комплекса позволяет не только автоматизировать обработку информации в различных областях (инженерно-геодезические, инженерно- геологические изыскания, проектирование и др.), но и сформировать еди- ное информационное пространство, описывающее исходное состояние территории (модели рельефа, ситуации, геологического строения) и про- ектные решения создаваемого объекта [www.credo-dialogue.com]. Схема программного комплекса CREDO двух поколений представле- на на рис. 1.1. Рис. 1.1. Схема программного комплекса CREDO CREDO_DAT предназначена для автоматизации камеральной обра- ботки инженерно-геодезических работ при инженерных изысканиях объ- ектов промышленного и гражданского строительства, геодезического обеспечения строительства, кадастра. В состав данной системы включены следующие задачи: 10