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路線在很多專業(yè)有不同的叫法，比如線路、軸線、中心線、渠線等等。為了表達(dá)方便，我在本文中統(tǒng)稱為“路線設(shè)計(jì)”，路線設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目的靈魂，比如公路、水渠、堤壩等項(xiàng)目。當(dāng)路線線位確定下來之后，項(xiàng)目的根本情況就確定了。這個(gè)線位在未來上百年的時(shí)間中始終是項(xiàng)目運(yùn)行最核心的要素，因此路線設(shè)計(jì)的重要性無論如何強(qiáng)調(diào)都不過分。
在《道路勘測(cè)設(shè)計(jì)》一書中，并沒有歸納整理路線設(shè)計(jì)方法，只給出了一些選線原則。養(yǎng)成國(guó)人設(shè)計(jì)習(xí)慣的，實(shí)際上是由老工程師紙上定線的習(xí)慣以及廣泛使用的公路設(shè)計(jì)軟件所形成的。國(guó)內(nèi)公路軟件看似很多，但其中總有千絲萬縷的聯(lián)系，后面有時(shí)間我打算回顧一下中國(guó)公路軟件30年的“黑歷史”，個(gè)中故事也讓人唏噓不已。
國(guó)內(nèi)路線設(shè)計(jì)的方法主要分為“交點(diǎn)法”和“積木法”，還有一個(gè)比較偏門的“曲線單元法”。
“交點(diǎn)法”，就是一開始設(shè)計(jì)路線的時(shí)候，先繪制交點(diǎn)線，業(yè)內(nèi)黑話也叫“穿針引線”或者“穿交點(diǎn)”。交點(diǎn)線確定下來后，再使用“鐵道彎尺”繪制平曲線，所以早期選線都是在紙張地圖上直接用直尺加鐵道彎尺手繪的，也叫“紙上定線”。還有一種就是使用CASIO可編程計(jì)算器，在現(xiàn)場(chǎng)定線和調(diào)線，工作壓力會(huì)非常大，很有可能一群人半天的活白干了。后來這些習(xí)慣也搬到了計(jì)算機(jī)軟件中，成為最主流的路線設(shè)計(jì)習(xí)慣。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)效率高，缺點(diǎn)是不夠靈活，尤其是山區(qū)公路設(shè)計(jì)很繁瑣。
“積木法”是最早期互通立交的設(shè)計(jì)方法，還因?yàn)槭侵袊?guó)最早的路線設(shè)計(jì)商業(yè)軟件“HEAD CAD”所采用的數(shù)據(jù)保存格式。這個(gè)方法顧名思義，是按照路線的每一個(gè)最小單元：直線、圓弧、緩和曲線一段一段繪制的，如果是互通立交再考慮終點(diǎn)接線，如果是道路就一直畫到路線終點(diǎn)單元。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方法也簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是選線不直觀，終點(diǎn)累計(jì)誤差大，往往會(huì)最開始失之毫厘，最后卻差之千里。而交點(diǎn)法在每個(gè)交點(diǎn)位置可以進(jìn)行平差，所以在不同軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的時(shí)候，交點(diǎn)法要更好一些。
“曲線單元法”是由東南大學(xué)李方教授最早采用的，主要分為三單元、五單元、七單元來解決平曲線的設(shè)計(jì)問題。立方教授甚至寫過一本關(guān)于路線曲線法設(shè)計(jì)的專著，技術(shù)含量頗高。因?yàn)樗缒甑聡?guó)求學(xué)的經(jīng)歷，所以對(duì)于德國(guó)公路代表軟件CARD/1的曲線法設(shè)計(jì)路線的思想比較熟悉，進(jìn)而引入國(guó)內(nèi)。曲線法對(duì)于山區(qū)公路設(shè)計(jì)、互通立交設(shè)計(jì)等比較方便，因此早年李方教授開發(fā)的軟件在互通立交設(shè)計(jì)中大受歡迎。只可惜，師門不幸，輕信小人，李方教授最終抱憾離場(chǎng)，也造就了中國(guó)公路軟件史上最有名的一樁公案，一度成為各大工程軟件論壇的置頂帖子。
以上三種方法，也是過去30年乃至現(xiàn)在國(guó)內(nèi)路線設(shè)計(jì)最主流的路線設(shè)計(jì)方法。受制于路線設(shè)計(jì)理論，也受制于軟件開發(fā)技術(shù)，路線設(shè)計(jì)方法和選線理論再?zèng)]有先前發(fā)展了，一直在原地踏步。
另外一種選線方式是“自動(dòng)選線”，最早的一家商業(yè)軟件是澳大利亞的“曠達(dá)軟件”（后來被天寶公司收購(gòu)），這也是做得最早并在全球范圍內(nèi)廣泛使用的自動(dòng)選線軟件。主要的方式是已知路線的起終點(diǎn)，以及一些地形地物限制條件，由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)計(jì)算并給出很多的路線推薦方案供參考。成塔軟件從2012年開始研究自動(dòng)選線理論并開發(fā)自動(dòng)選線軟件，歷經(jīng)十年時(shí)間，是第二款商業(yè)化程度較高的自動(dòng)選線軟件。不過因?yàn)樽詣?dòng)選線軟件基于“黑盒理論”并且最終的選線結(jié)果依然需要進(jìn)行人工調(diào)整，只是大大提高了路線設(shè)計(jì)效率，因此是手工選線技術(shù)的延伸而不是取代。自動(dòng)選線的基本操作方法可以參考如下文章：
公路自動(dòng)設(shè)計(jì)的四個(gè)基本功能：自動(dòng)選線、混動(dòng)選線；自動(dòng)拉坡、混動(dòng)拉坡。
成塔哥，公眾號(hào)：成塔軟件大幅提高公路設(shè)計(jì)效率的四個(gè)步驟（視頻版）
我們?cè)倩剡^來說Civil3D為道路選線帶來了哪些新思想？毫無疑問，Autodesk在CAD方面的技術(shù)研發(fā)能力是全球最強(qiáng)的，因此使得我們過去想到的一些新的路線設(shè)計(jì)理論，受限于計(jì)算機(jī)代碼能力和復(fù)雜度而無法實(shí)現(xiàn)的理想，Autodesk在這方面卻做到了，他們擁有數(shù)量龐大的優(yōu)秀程序員團(tuán)隊(duì)和成熟的研發(fā)體系，將路線設(shè)計(jì)實(shí)踐推向一個(gè)新的高度。
首先，Civil3D是支持“交點(diǎn)法”的，這也是世界人民普遍喜愛的方式。因?yàn)椴僮骱?jiǎn)便、效率高，應(yīng)對(duì)常規(guī)道路設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠了。不過Civil3D增加了一個(gè)特性，就是可以指定每個(gè)交點(diǎn)默認(rèn)的圓曲線半徑、緩和曲線默認(rèn)值，這樣在繪制交點(diǎn)線的時(shí)候順便給了一個(gè)初始值。其實(shí)這個(gè)功能見仁見智，所以是否設(shè)置完全取決于用戶的使用習(xí)慣。
接下來，就是Civil3D完全與傳統(tǒng)軟件不同的地方了。主要特點(diǎn)總結(jié)如下：
路線是可以斷開的，可以是一段一段的。
傳統(tǒng)的路線設(shè)計(jì)軟件，路線一定是連續(xù)的。但在Civil3D中，路線是可以斷開的，可以一段一段的，但邏輯上他們依然是“同一條路線”。
路線設(shè)計(jì)是平行的，反復(fù)的，并不是一直向前走。
如果路線是可以斷開的，那么就可以平行往復(fù)的做設(shè)計(jì)。同一個(gè)位置可以做多個(gè)方案來進(jìn)行比較，就是所謂的“平行選線”。
因?yàn)榭梢云叫羞x線，最終使用哪個(gè)解決方案就可以自由組合。在成塔《混動(dòng)設(shè)計(jì)》軟件中，增加了“刪除部分路線”和“合并兩條路線”就極大提高了這種任意選線的方式。“刪除部分路線”和“合并兩條路線”。這兩個(gè)功能并不是Civil3D的原生功能，而是成塔《混動(dòng)設(shè)計(jì)》軟件基于Civil3D路線對(duì)象機(jī)制開發(fā)的增強(qiáng)功能，在進(jìn)行平行選線的時(shí)候非常實(shí)用。路線段落的批量刪除和兩條路線合并成一條路線，是大幅提高路線設(shè)計(jì)靈活性的功能。
如果最開始設(shè)計(jì)了路線A，后來在特定段落再次設(shè)計(jì)另外一個(gè)比較方案路線B，如下圖：
現(xiàn)在我們可以把路線A中的一段刪除掉，然后使用路線B進(jìn)行替換，將路線A和路線B合并為一個(gè)路線。
操作如下，首先刪除路線A的一部分：
然后將路線A和路線B合并為同一個(gè)路線：
路線圖元是離散的，使用各種方式將其連接起來。
因?yàn)槁肪€可以斷開，那么就可以隨意在感興趣的區(qū)間來設(shè)計(jì)路線。然后再將這些離散的圖元使用自由直線、自由圓弧、自由緩和曲線等連接起來，形成最終連續(xù)的路線方案。路線圖元分為固定、浮動(dòng)、自由。
固定、浮動(dòng)、自由是Civil3D軟件的專有詞匯，國(guó)內(nèi)軟件或教科書中并沒有這個(gè)概念，因此會(huì)讓很多初學(xué)Civil3D的人感到困惑。之所以有這個(gè)不同的概念，就是因?yàn)镃ivil3D的路線是可以斷開的，比如用固定的方式繪制斷開的路線圖元，再用自由的方式將斷開的路線圖元接起來，而國(guó)內(nèi)的傳統(tǒng)解決方案中路線都是連續(xù)的。因?yàn)檫@個(gè)概念的不同，才真正大大擴(kuò)展了路線設(shè)計(jì)理論，才讓我們可以自由設(shè)計(jì)路線，而不是局限在過去的條條框框中。只有熟悉了這個(gè)理論，才可以讓我們的選線思想更進(jìn)一步。好在我們用到最多的是固定和自由兩種方式，浮動(dòng)用得比較少，這樣一下就少了三分之一的學(xué)習(xí)量。設(shè)計(jì)路線更像是繪制圖形，并且是隨心所欲的繪制，是自由的。
在Civil3D中做路線設(shè)計(jì)，更像是畫圖，是直接畫路線，想到哪里就畫到哪里。這是與傳統(tǒng)軟件最根本、最核心的區(qū)別。傳統(tǒng)路線設(shè)計(jì)軟件總是有一個(gè)整體的概念，做路線設(shè)計(jì)的時(shí)候束手束腳，一點(diǎn)都不自由。而Civil3D徹底打破了這種束縛，路線設(shè)計(jì)終于可以自由表達(dá)自己的思想了。可以同時(shí)設(shè)計(jì)多條路線。
因?yàn)镃ivil3D的路線是使用的自定義對(duì)象，是圖形化的操作。和傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)軟件基于外部文件不同，Civil可以在一個(gè)dwg文件中設(shè)計(jì)多條路線。因?yàn)镃ivil3D可以同時(shí)設(shè)計(jì)多條路線，并且建立這些路線之間的關(guān)系，就讓我們?cè)谝恍?fù)雜設(shè)計(jì)的時(shí)候更加方便，比如公路的主路/輔路同時(shí)設(shè)計(jì)并生成聯(lián)合橫斷面，水渠與渠頂公路同時(shí)設(shè)計(jì)并組成一個(gè)橫斷面，一起計(jì)算工程量。
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