Раздел третий. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог

Глава 25. Принципиальные основы автоматизированного проектирования автомобильных дорог и сооружений на них

25.1. Понятие о системах автоматизированного проектирования

Накопленный в настоящее время отечественный и зарубежный опыт показывает, что применение математических методов и средств автоматизации и вычислительной техники при проектировании существенно повышает технический уровень и качество проектируемых объектов при заметном снижении строительной стоимости, а также резко сокращает сроки разработки проектов. Автоматизированное проектирование оказывается особенно эффективным, когда от отдельных расчетов на компьютерах переходят к разработке и использованию систем автоматизированного проектирования, в которых уже взаимосвязаны все стадии проектно-изыскательских работ, начиная со сбора, обработки и представления исходной для проектирования информации и кончая оформлением проектно-сметной документации.

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации, выполняющей автоматизированное проектирование (Федотов Г.А. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1986. - 318 с).

Следует различать проектирование автоматическое и автоматизированное. При автоматическом проектировании процесс получения, преобразования, передачи информации, формирования управляющих команд осуществляется автоматически без участия инженера-проектировщика. Однако и в этом случае проектировщик принимает участие в главных этапах проектного процесса: на этапе подготовки исходных данных для проектирования и на этапе оценки полученного проектного решения с последующей возможной его корректировкой. В автоматическом режиме возможно проектирование относительно простых инженерных сооружений (например, гражданских и промышленных зданий и т.д.).

При автоматизированном проектировании, предназначенном для проектирования сложнейших и даже уникальных инженерных сооружений, таких как автомобильные дороги и сооружения на них, инженер-проектировщик непосредственно участвует в процессе выработки проектного решения, направляя проектный процесс по нужному руслу.

Главный эффект от применения САПР возникает в результате автоматизации различных творческих функций человека на ранних стадиях разработки проекта, когда вырабатываются самые принципиальные решения (например, выбор общего направления трассы автомобильной дороги, установление положения проектной линии продольного профиля и т.д.) Творческий процесс создания инженером-проектировщиком с помощью технических средств САПР математической модели объекта строительства, оперативный анализ в ходе этого процесса достоинств и недостатков модели определяют качественно новую ситуацию в проектировании: инженер-проектировщик в ходе диалога с компьютером всесторонне анализирует большое число вариантов, осуществляет оптимизацию проектных решений, моделирует поведение объекта или отдельных его элементов во времени и пространстве и в конечном итоге выбирает (чаще всего методом экспертных оценок) наилучший вариант для последующей детальной проработки.

САПР - это принципиально новая организационная система, основу которой составляют компоненты методического, программного, информационного, технического и организационного обеспечения. Проектирование на уровне САПР предусматривает перестройку всего проектно-изыскательского дела: радикальное изменение состава и знаний инженерно-технического персонала, изменение существующей структуры проектно-изыскательских институтов и фирм, а также технологии изысканий и проектирования.

Функциями САПР являются разработка и выпуск проектно-сметной документации, обладающей уровнем качества, недостижимым средствами традиционного (неавтоматизированного) проектирования.

Коренное отличие системного проектирования от эпизодического применения компьютерной техники при традиционном проектировании заключается в том, что все подсистемы САПР взаимосвязаны и результаты проработок по одной из подсистем непосредственно используются в качестве исходных данных для последующего проектирования без промежуточной переподготовки. Эти результаты, кроме того, могут выдаваться на экран монитора и при необходимости корректироваться инженером-проектировщиком. Таким образом, осуществляется диалог инженера с компьютером.

Целью создания САПР являются:

повышение качества объектов проектирования. Например, разработка проектов автомобильных дорог, имеющих зрительно плавную трассу, органически вписывающуюся в окружающий ландшафт и обогащающую его, обеспечивающую наилучшие транспортно-эксплуатационные показатели (уровни удобства и безопасность движения, скорости движения, время сообщения, пропускную способность и т.д.);

снижение стоимости строительства объектов и их материалоемкости. Стоимость автомобильных дорог и материалоемкость проектных решений при системном автоматизированном проектировании оказывается на 10-15 % (а иногда и более) ниже соответствующих показателей при использовании традиционной технологии;

сокращение сроков проектирования, трудовых затрат и повышение качества проектно-сметной документации. При системном автоматизированном проектировании сроки проектно-изыскательского цикла (с соответствующим ростом производительности труда) сокращаются в среднем на 20-25 % и более. Подготовка проектно-сметной документации с использованием средств автоматизации обеспечивает оформление проекта (пояснительных записок, смет и чертежей) с качеством, недостижимым при традиционной технологии.

При проектировании автомобильных дорог с использованием САПР наибольший экономический эффект достигается в связи с повышением качества объектов проектирования и снижением сметной стоимости и материалоемкости строительства. Экономический эффект при проектировании с использованием САПР обеспечивают следующие факторы:

системное использование средств автоматизированного проектирования. Результаты проектирования по одной из подсистем САПР автоматически используются в качестве исходной информации для последующих этапов автоматизированного проектирования без трудоемкой ручной переподготовки, определяющей к тому же большое количество неизбежных ошибок. Использование САПР автоматизирует трудоемкие и рутинные операции традиционной технологии (подготовка пояснительных записок, чертежей, смет, расчетов и т.д.);

создание новой технологии производства проектно-изыскательских работ. Проектирование на уровне САПР предполагает использование качественно отличной технологии выполнения проектно-изыскательских работ, характеризуемой системностью, комплексностью, широтой охвата и исключительной глубиной проработки;

повышение специализации труда. Зарубежный и отечественный опыт системного проектирования убеждает в необходимости разделения функций изысканий и собственно проектирования между специализированными организациями, оснащенными соответствующим оборудованием, изыскательскими и проектными организациями, а также в разделении функций проектирования между узкими специалистами по проектированию трассы, земляного полотна, дорожных одежд, водопропускных сооружений, транспортных развязок движения и т.д. Структура проектно-изыскательских институтов, определенная старой технологией производства проектно-изыскательских работ, должна быть существенно реорганизована;

совершенствование методов управления процессами проектирования;

внедрение математических методов оптимизации проектных решений. Использование оптимизирующих алгоритмов, реализация которых при ручном проектировании практически исключена, позволяет заметно снизить стоимость и материалоемкость основных проектных решений (земляного полотна, дорожных одежд, водопропускных сооружений и т.д.);

внедрение методов математического моделирования. Использование методов математического моделирования, реализация которых при ручном проектировании также немыслима, позволяет моделировать поведение проектируемого объекта во времени и пространстве (моделирование объектов проектирования, моделирование работы мостовых переходов, малых водопропускных сооружений, моделирование транспортных потоков и т.д.), что резко повышает обоснованность и качество принимаемых проектных решений;

многовариантность проработки проектных решений. Элементы автомобильных дорог, для которых еще в настоящее время не представляется возможным аналитически находить экстремальные значения целевых функций, проектируют многовариантно, т.е. используют эвристический принцип нахождения проектных решений, приближающихся к оптимальному.