THIẾT KẾ NÚT GIAO THÔNG CÙNG MỨC DỰA TRÊN MÔ HÌNH 3 CHIỀU LÊ QUỲNH MAI PHAN THỊ THU HIỀN Bộ môn Tự động hoá TK cầu đường Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Cấu tạo hình học của nút giao thông cùng mức hiện được thiết kế dựa trên các hình chiếu hoặc mặt cắt ở dạng 2 chiều có tính trực quan kém nên gây không ít khó khăn cho người thiết kế và làm giảm chất lượng của đồ án. Trong khi đó, với sự trợ giúp của các phần mềm hệ CAD, ta có thể thực hiện thiết kế dựa trên mô hình 3 chiều. Điều này làm thay đổi cách thức thực hiện quá trình thiết kế và do đó, việc phân tích để chỉ rõ sự thay đổi này cũng như cách thức triển khai thiết kế dựa trên mô hình 3 chiều là nội dung của bài báo này. Summary: At-grade-intersection’s configuration is currently designed using 2-D sections with low level of visuality. This can cause many difficulties to designers and sometimes reduce the quality of projects. Whereas, with the aids from CAD system, this process can be performed on 3-D model, a new approach that alters protocols in designing. This paper is to analyse the protocols in designing using such a model. I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG THIẾT KẾ HÌNH HỌC NÚT GIAO THÔNG TCT1 Nút giao thông luôn có ảnh hưởng lớn đến tình trạng giao thông của toàn tuyến, nó là điểm xung yếu trên tuyến, do đó việc thiết kế hình học nút giao cũng như thiết kế tổ chức giao thông trong nút luôn đòi hỏi người thiết kế phải đưa ra được phương án tốt nhất. Để có được phương án thiết kế hợp lý, người thiết kế, ngoài kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm, họ cần có các công cụ hỗ trợ để có thể cụ thể hóa ý tưởng của mình, qua đó mới có thể lựa chọn được phương án tốt nhất. Hiện nay, hầu hết cấu tạo hình học của nút giao thông cùng mức được thiết kế theo nguyên tắc là thiết lập hoặc điều chỉnh các thông số dựa trên các hình chiếu hoặc mặt cắt của chính nút giao đang thiết kế đó, cách thiết kế này hầu như chẳng khác gì so với thiết kế hình học của các đoạn tuyến ngoài nút giao. Trong khi đó, tại vị trí nút giao lại xuất hiện nhiều yếu tố khác hẳn so với các đoạn tuyến đơn ở bên ngoài. Chính vì vậy, khi triển khai thiết kế theo nguyên tắc trên, đã khiến cho sự hình dung một cách mạch lạc về cấu tạo của nút trong quá trình thiết kế rất khó khăn và đôi khi vô tình tạo ra những khiếm khuyết trong bản thiết kế. Khi triển khai thiết kế theo cách này, các đối tượng thiết kế không có mối liên hệ với nhau, sự thay đổi trên một đối tượng nào đó sẽ buộc người thiết kế phải điều chỉnh lại các đối tượng liên quan khác, khiến cho khả năng xảy ra sai lệch là rất lớn. Khi thiết kế hình học nút giao cùng mức, các hướng đi trong nút được thiết kế rời rạc nhau và dựa trên các mặt cắt dọc và cắt ngang, điều này khiến cho việc đánh giá khả năng thoát nước của bề mặt thiết kế khá khó khăn và nhiều khi chỉ mang tính tương đối. Như vậy có thể nói rằng, để có được một phương án thiết kế hình học nút giao tốt, ta cần phải triển khai việc thiết kế này dựa trên một công cụ hỗ trợ phù hợp, mà qua đó, ngay từ đầu mô hình 3 chiều của nút giao phải được tạo ra với đầy đủ các yếu tố dặc trưng cho cấu tạo hình học của nút. Thông qua mô hình này, mọi yếu tố về hình học của nút giao được gắn kết với nhau một cách tự động, các mặt cắt dọc và mặt cắt ngang, vốn được lấy làm cơ sở cho việc thiết kế phải được tạo ra trực tiếp và ngay lập tức từ mô hình 3 chiều của nút. Khi người thiết kế thay đổi một yếu tố nào đó trong mặt cắt dọc hoặc mặt cắt ngang thì ảnh hưởng của sự thay đổi đó phải được cập nhật ngay lên mô hình, và từ đó, cập nhật lên tất cả các mặt cắt hoặc hình chiếu đang được sử dụng làm cơ sở cho việc thiết kế. Đây cũng chính là cách tiếp cận vấn đề của phần mềm AutoCAD Civil 3D với chức năng thiết kế nút giao cùng mức được tách riêng ra khỏi các chức năng thiết kế tuyến thông thường khác. Hướng tiếp cận mới này dựa hẳn vào mô hình ba chiều, dạng mô hình phù hợp nhất với mọi đối tượng tồn tại trong thế giới thực. Các yếu tố trong bình đồ, trắc dọc, trắc ngang được tạo ra dựa trên mô hình 3D này và giữa chúng luôn có mối quan hệ chặt chẽ nhằm thể hiện tốt nhất những gì mà người thiết kế hiệu chỉnh. Do cách tiếp cận vấn đề thay đổi, công cụ thiết kế thay đổi nên phương pháp thiết kế phải thay đổi theo, và do đó, cần có sự nghiên cứu cụ thể về mô hình và cách thức ứng dụng mô hình này trong công tác thiết kế nút giao cùng mức. II. MÔ HÌNH 3D CỦA NÚT GIAO CÙNG MỨC TRONG AUTOCAD CIVIL 3D Do mô hình 3D là nền tảng cơ sở cho quá trình thiết kế tiếp theo, cho nên việc hiểu biết về nó một cách chi tiết là rất quan trọng. Về bản chất, mô hình này là một bề mặt ba chiều được tạo thành từ lưới tam giác đặc biệt đặt phía trên mô hình của bề mặt tự nhiên (mặt đất ban đầu), lưới tam giác này có đặc điểm là các cạnh của nó không cắt qua các đường cơ bản của nút giao (được gọi là Alignment trong Civil 3D), các đường này bao gồm: Hình 1. Mô hình 3D của nút giao cùng mức trong AutoCAD Civil 3D CT 1 - Đường tim của các nhánh vào nút, - Đường mép mặt đường của các nhánh vào nút, - Đường giới hạn phạm vi của rãnh dọc, bó vỉa, vỉa hè của các nhánh. Số lượng các đường này là không hạn chế trong mô hình, điều này cho phép xây dựng mô hình phù hợp với mọi loại nút giao cùng mức. Sau khi mô hình cơ bản được dựng xong, nó sẽ tạo ra các mặt cắt dọc bám theo các đường cơ bản trong mô hình cùng với các mặt cắt ngang vuông góc với các đường cơ bản này. Khi người thiết kế thay đổi các thông số trên các mặt cắt dọc hay mặt cắt ngang này thì lập tức mô hình sẽ thay đổi theo và đồng thời các mặt cắt liên quan cũng được tự động thay đổi. III. THIẾT KẾ NÚT GIAO DỰA TRÊN MÔ HÌNH 3D 3.1. Xác định các đường cơ bản Các đường này (trong Civil 3D gọi là Alignment) bao gồm đường tim của các nhánh dẫn và các đường xác định phạm vi của các bộ phận trên mặt bằng như phạm vi mặt đường, lề đường, rãnh dọc, bó vỉa hay là vỉa hè. Trong mô hình minh họa trên, chúng là các đường sau:  Đường tim của đường nhánh và đường chính (đường số 1 và số 2). TCT1  Đường giới hạn phạm vi mặt đường của đường chính (đường số 3). Đường giới hạn phạm vi của mặt đường của đường nhánh (đường số 4 và số 5). 3.2. Thiết kế trắc dọc Căn cứ theo các đường cơ bản đã định nghĩa trong mô hình 3D, Civil 3D sẽ tự động tạo ra các đối tượng trắc dọc tương ứng. Người thiết kế sẽ thiết lập cao độ thiết kế phù hợp với mục đích của mình. Những thiết lập này ngay lập tức sẽ được cập nhật lên bản vẽ trắc ngang và bình đồ. Nguyên tắc thiết kế bước này không có gì khác so với cách thiết kế trắc dọc thông thường. Hình 2. Các đường cơ bản trong nút giao Hình 3. Trắc dọc đường chính và đường nhánh (đường số 1 và số 2) Để đảm bảo sự êm thuận thì ở bước thiết kế này cần chú ý đến cao độ và sự thay đổi độ dốc của các vị trí ghép nối các đường với nhau. Hình 4. Trắc dọc đường giới hạn phạm vi mặt đường của đường nhánh (đường số 4 và số 5) Hai đường này sẽ khống chế độ dốc ngang của phần mặt đường của đường nhánh trong nút, sự thay đổi cao độ thiết kế của hai trắc dọc này cũng như hai trắc dọc trong hình 3, sẽ tác động trực tiếp bình đồ thể hiện độ dốc và phân tích nước chảy (hình 7). 3.3. Định nghĩa hình dạng trắc ngang chuẩn Với ví dụ minh họa trên thì các dạng mặt cắt ngang như trên hình 5. Hình 5. Các mặt cắt ngang dùng để áp thiết kế Ở bước này, việc xác định quan trọng ở hình dạng và các đặc điểm của các vị trí ghép đối với từng mặt cắt ngang. Các mặt cắt ngang sẽ được cập nhật cao độ cũng như kích thước theo vị trí của các đường cơ bản đã định nghĩa từ trước. 3.4. Áp mặt cắt ngang theo các hướng tuyến Các mặt cắt ngang chuẩn đã định nghĩa ở mục 3.3 sẽ được gán dựa theo các đường cơ bản trên mặt bằng và dựa theo cao độ thiết kế trên trắc dọc. Kích thước của các mặt cắt ngang sẽ phụ thuộc vào vị trí của các đường cơ bản, thể hiện trên hình 6. Hình 6. Áp các mặt cắt ngang lên mô hình 3.5. Thiết kế thoát nước mặt cho khu vực nút giao Sau khi toàn bộ các trắc ngang được áp thành công, ta có thể sử dụng tính năng phân tích hướng nước chảy của Civil 3D để thấy được hướng nước chảy trên bề mặt của mô hình cùng với hệ thống các đường đồng mức như hình 7. CT 1 Căn cứ vào hình này ta có thể đánh giá được khả năng thoát nước cũng như phân bố độ dốc của bề mặt nút. Nếu như thấy chưa phù hợp, chỉ cần điều chỉnh cao độ thiết kế trên trắc dọc (trong hình 3, 4) thì ngay lập tức Civil 3D sẽ phân tích lại hướng thoát nước và cập nhật lên bản vẽ. IV. KẾT LUẬN Có thể thấy rằng, với cách thức dựa hoàn toàn trên mô hình 3D, thì việc thiết kế các đối tượng có tính phức tạp như nút giao cùng mức trở nên rõ ràng và thuận lợi. Một mô hình 3D sơ bộ được tạo ra dựa trên các xác định trên mặt bằng, từ đây mọi mặt cắt dọc và mặt cắt ngang sẽ được tạo ra để chờ người thiết kế đưa ra phương án thiết kế cao độ của mình. Với từng bước thiết kế, mọi thông tin sẽ được cập nhật lên tất cả các bản vẽ và mô hình 3D khiến cho việc kiểm soát và đánh giá trong quá trình thiết kế thật rõ ràng và tiện lợi. Hình 7. Biểu diễn hướng thoát nước và cao độ bề mặt của nút giao Với những nội dung nghiên cứu trên, việc thiết kế nút giao dựa trên mô hình 3D rõ ràng đơn giản, trực quan và hiệu quả hơn nhiều so với cách thiết kế dựa trên các mặt cắt như hiện nay. Tài liệu tham khảo [1]. PGS. TS. Nguyễn Xuân Vinh – Nút giao thông – NXB Giao thông vận tải – 1999 [2]. GS. TS. Đỗ Bá Chương, TS. Nguyễn Quang Đạo – Nút giao thông trên đường ô tô, tập I–NXB Giáo dục – 2000. [3]. KS. Doãn Hoa – Thiết kế đường ôtô – NXB Xây dựng – 2000 ♦ . thiết kế phải thay đổi theo, và do đó, cần có sự nghiên cứu cụ thể về mô hình và cách thức ứng dụng mô hình này trong công tác thiết kế nút giao cùng mức. II. MÔ HÌNH 3D CỦA NÚT GIAO CÙNG MỨC. THIẾT KẾ NÚT GIAO THÔNG CÙNG MỨC DỰA TRÊN MÔ HÌNH 3 CHIỀU LÊ QUỲNH MAI PHAN THỊ THU HIỀN Bộ môn Tự động hoá TK cầu đường Khoa Công trình Trường Đại học Giao thông Vận tải . đầu mô hình 3 chiều của nút giao phải được tạo ra với đầy đủ các yếu tố dặc trưng cho cấu tạo hình học của nút. Thông qua mô hình này, mọi yếu tố về hình học của nút giao được gắn kết với