http:/www.paper.edu.cn MECAD 5.0 市政工程设计系统 吴小平，杨俊 吴小平，杨俊 华中科技大学土木工程与力学学院 武汉市 （430074） wuxppublic.wh.hb.cn摘 要摘 要：本文介绍市政工程设计系统 MECAD 5.0，主要介绍四大功能模块数字地面模型、道 路工程、给排水工程和管线综合的功能和应用。 关键词关键词：市政工程、 数字地面模型、 道路 、排水、 管线综合 0 引言引言 MECAD 从 1992 年开始研究开发，该系统定位于市政工程设计方向,实现市政工程的规 划、设计、管理一体化。1994 年完成第一版本，其主要包含两大功能模块，城市道路、市 政给排水；1995 年 MECAD 2.0 通过湖北省教委组织的鉴定；1997 年获湖北省科技进步三 等奖；1997 年升级到 3.0 版本，新增市政工程管线综合功能模块；1999 年升级到 4.0 版本， 增加了数字地面模型功能模块。2005 年全面升级到 5.0 版本,增加了项目管理功能,提供了美 观简洁的数据输入与修改界面,并能支持到 AutoCAD 2004/2005/2006 版本的运行环境,同时 在国内同类型软件中率先采用数据库技术来管理设计资料,提供了与 GIS 系统的天然接口。 应该说 MECAD 始终贴近用户，随着用户和市场的需求逐步成长。 1 系统组成及其特点系统组成及其特点 1.1系统组成系统组成 本系统由四大块组成：数字地面模型 DTM、道路工程 Road、给排水工程 Water 和管线 综合 Pipeline。关系图见图 1。 MECAD5.0 道路工程 Road 给排水工程 Water 管 线 综 合 Pipeline. 数字地面模型 DTM 图图 1 ：系统组成图：系统组成图 1.2系统关系系统关系 ? 数据共享 四大功能模块数据高度共享。 如道路设计数据和中间数据供给排水设计时调用， 道路和 给排水设计数据供管线综合调用，而管线综合的数据亦可供道路和排水设计时调用等。 ? 图形共享 四大功能模块图形同样高度共享。如道路设计的平面图供给排水设计时调用,给排水设 计的平面图供道路设计锯齿街沟设计以及雨水口布置设计使用等。 ? 设计阶段的衔接关系 四大功能模块均能满足不同设计阶段（总体规划、专项规划、施工图设计）的要求，但 各功能模块各有所侧重。 ? 通用工具 本系统提供了功能强大， 通用性强的命令， 它们不仅适用 MECAD， 同样适用 AutoCAD1http:/www.paper.edu.cn 的普通作图要求。 1.3 特色特色 MECAD 5.0 主要支持 AutoCAD2004/2005/2006 版本，它涵盖专业面宽，图形和数据高 度共享，满足不同设计阶段（总体规划、专项规划、施工图设计）的要求,具有交互性，动 态化修改，形象直观等鲜明特色。与国内同行业软件相比, MECAD 5.0 具有以下特色: ? 国内首次在市政设计软件中引入数据库技术管理设计资料,提供了工程设计资料导 入 GIS 系统的天然接口; ? 国内首次在市政设计软件实现管线综合模块,提供交叉口管线综合的解决方案; ? 面向数据, 面向图形, 数据图形相互关联，双向更新； ? 提出多专业协同设计，在一个平台上合作设计； ? 提出由二维设计走向三维设计，实现仿真与设计相结合； ? 实现由项目管理到系统管理的跨越,项目+项目+=GIS 。 2 DTM 及其应用及其应用 2.1 原始数据的获取原始数据的获取 MECAD 能获取地形图的点和特征线（如流水线、建筑裙线、山脊线、等高线等）以及 标高注记，测量手簿，电子地图，生成 xyz 数据文件。实现了多方法的数据提取与整合。 2.2 TIN 数模数模 MECAD 采用的是不规则三角网数模 （Trangulation Irregular Net,简称 TIN） ， 分二级构网， 其主要功能有：构建 TIN,插入特征点和特征线，TIN 高程修改和查询，坡度分析及分色， 高程分析分色，TIN 剪切，TIN 无缝拼接等。 2.3 等高线等高线 可以实现等高线自动追踪，标注，分色以及曲线化，方便用户进行分析。 2.4 TIN 工程应用工程应用 ? 绘制单 TIN 剖面图，多 TIN（原地面 TIN、设计面 TIN 等）剖面图； ? 绘制构筑物填挖边坡； ? 道路集成应用：提取道路纵横断面信息、道路三维驾车模拟等； ? 由道路设计数据生成道路设计线框模型或 TIN； ? 大型场地平整（竖向设计）及土方工程计算。 2http:/www.paper.edu.cn 图图 2 大型场地竖向设计大型场地竖向设计 ? 生成设计面 TIN：由道路平面设计线和纵断面设计信息以及其它控制点、线生成设计面 TIN。它可广泛用于交叉口、立交、广场的竖向设计。 3 道路设计道路设计 3.1 平面设计平面设计 提供了一系列的交互和动态布线命令以及辅助线透明命令， 同时提供实时查询功能， 所 见即所得。道路设计线可以任意条，对城市小区的市政设计尤其方便使用。当完成道路纵断 面设计或横断面设计时， 可以利用平面设计模块中的工具把纵断面或横断面信息标注在平面 图上，使得施工图更加详实。 实时的动态设计工具， 使用户能更加方便修改路线。 功能强大的平面自动分幅工具节省 了设计人员的大量时间和精力。 而且可以通过设置， 让原图和分幅后的图形保持关联与更新。 3.2 纵断面设计纵断面设计 同平面设计一样，纵断面设计采用交互和动态布线方法，由数据库数据生成纵断面，亦 可由纵断面设计线更新数据库，同时可以表达多条纵断面设计线。当雨水设计完后，则可以 进行锯齿街沟设计，方便直观。 同平面设计模块一样， 纵断面设计模块也拥有纵断面动态调整工具和纵断面自动分幅工 具。 3.3 横断面设计横断面设计 横断面设计包括定义标准横断面，标准横断面分段，横断面绘图。用户可以在横断面图 上进行实时修改， 修改后程序可自动更新设计信息。 在横断面设计模块中有一个地面线预览 工具， 其工具能方便的对每个桩号断面的地面线进行预览， 方便数据检查并进行数据修改和 更新。横断面绘图结束后便可以输出土石方计算表。 3http:/www.paper.edu.cn 3.4 交叉口竖向设计交叉口竖向设计 交叉口竖向设计可以利用 DTM 进行设计，也可用 MECAD 提供的一系列的交叉口 设计命令进行。在 MECAD5.0 里实现了智能化的交叉口竖向设计，适应性广，能方便完成 对任意交叉口的设计工作。 4 给排水设计给排水设计 4.1 平面设计平面设计 ? 强大的管道,检查井等自动布置与标注 用户可以设定数据后利用程序进行自动布置管道和检查井， 也可以选择手动布置工具逐 一布置。同时也可以自动布置雨水口、预留井、沉泥井、横穿管等。 ? 管道竖向关联与检查井类型智能识别 通过程序可以自动识别管道和检查井信息， 并可以输入管道和检查井的类别， 材料等基 本属性。附带常用的材料和结构类型，便于用户查找和使用。 ? 管道材料自动统计 可以进行管道材料统计， 并能用多种方式输出。 只需要在布置管道和检查井时选择其材 料类别就可以完成数据的输入。 图图 3 检查井标准图号输入检查井标准图号输入 ? 形式多样的平面标注 形式多样的平面标注能满足大多数市政工程制图的要求，满足实用和美观的要求。 4.2 管道纵断面设计管道纵断面设计 ? 交互建立管道纵断面设计数据文件，与排水平面数据库相关联，方便用户的输入。 ? 管道纵断面绘图分单管和双管（同时绘制雨水和污水）,同时根据道路的设计数据情况 是否绘制道路纵断面设计线和地面线， 程序可自动对道路设计线进行管道前后的延伸或 打断处理。 在纵断面绘图中，能根据排水平面数据库在纵断面图中自动绘制横穿管、横穿管信息、 沉泥井标示等。 4http:/www.paper.edu.cn 图图 4 排水纵断面绘制对话框排水纵断面绘制对话框 ? 纵断面动态设计与修改， 能更加方便和直观的进行管道调整， 避免管道冲突。 实时修改， 实时更新数据库。 4.3 管道水力计算管道水力计算 水力计算包括雨水和污水水力计算以及给水的管网平差计算。 雨水水力计算对话框见下 图。 图图 5 雨水水力计算对话框雨水水力计算对话框 5 管线综合管线综合 5.1 建立道路和管线的拓扑关系以及工程属性建立道路和管线的拓扑关系以及工程属性 建立道路和管线的拓扑关系以及工程属性分新建和自动继承道路和给排水设计信息建 立，每一种管线均和道路建立拓扑关系,而每一种管线可以分成若干段，管线种类不限。在5http:/www.paper.edu.cn 数据输入方面有灵活友好的数据输入界面， 方便用户的输入和修改。 而且保持图形和数据的 智能关联，图形和数据之间可以实现互查。管道纵断面数据输入对话框见下图。 图图 6 管道纵断面数据输入对话框管道纵断面数据输入对话框 5.2 与道路和排水设计模型的统一与道路和排水设计模型的统一 数据接口是把道路设计,排水设计和管线综合的数据进行互相转换,以达到道路、排水、 管线综合三个模型数据的统一。由于平面信息 MECAD 通过平面图形自动获取,因而导入与导 出的数据为道路和排水的纵断面数据。 5.3 图形数据合并，实现图形数据合并，实现 “项目“项目+项目项目+=GIS” MECAD 的管线综合实际上是一个道路和市政管线的地理信息系统(即 GIS,Geographical Information System)。而实现该功能的工具就是“图形及数据合并”工具，将每个小工程 能合并在一个大工程中进行设计。 5.4 绘制纵断面和纵断面调整绘制纵断面和纵断面调整 可以绘制出管线综合中的道路和管线的纵断面图， 并标注其相应的信息和与其横穿的道 路和管线的信息。 通过纵断面图来检查管线的布置情况， 使用管线纵断面调整工具来动态调 整管线信息。使用更方便，工作效率更高。 5.5 管线空间踫撞检查管线空间踫撞检查 多种方式管线碰撞检查功能， 用户可以任意给定安全距离碰撞检查。 进行整个平面图的 搜索检查，并进行标注，便于一一检查修改。 5.6 标注和数据查询标注和数据查询 提供了适应各种设计阶段以及满足不同标注习惯的标注， 比如管长管径坡度的标注、 道 路信息标注、管线交点信息标注等等。还提供了不少实用的信息查询工具，方便用户查询。 6http:/www.paper.edu.cn 图图 7 管线综合图管线综合图 6 结束语结束语 MECAD 涵盖多专业，多设计阶段的一套大型市政工程设计 CAD 系统，其用户群分布 也呈多地区、多层次、多设计系统等特点，MECAD 已经形成了一种具有开发-应用、应用- 开发良好反应的机制链，这为 MECAD 系统的进一步开发与提高奠定了良好的基础。百尺 竿头，更进一步，欢迎同行、专家指正！ 参考文献参考文献 1 吴小平，市政工程设计 CAD 系统的开发研究。中国市政工程，1996 年(4). 2 吴小平，已知控制点反推圆曲线的方法。公路，1997 年(2). 3孙江宏 . AutoCAD ObjectARX 开发工具及应用 . 清华大学出版社 . 1999 4余承飞 方勇 . AutoCAD 2000 二次开发技术（ObjectARX) . 人民邮电出版社 . 1999 5郭剑峰，陈杉，王宁 . 用 Visual LISP 开发 AutoCAD2000 应用程序 . 人民邮电出版社. 2000 6 美科瑞克（Kreiker,P.)著 李世国等译 . Visual LISP 应用程序开发指南 . 机械工业出版社. 2001 7康博 . 中文版 AutoCA