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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。為了表達方便，我在本文中統(tǒng)稱為“路線設計”，路線設計是工程項目的靈魂，比如公路、水渠、堤壩等項目。當路線線位確定下來之后，項目的根本情況就確定了。這個線位在未來上百年的時間中始終是項目運行最核心的要素，因此路線設計的重要性無論如何強調(diào)都不過分。
在《道路勘測設計》一書中，并沒有歸納整理路線設計方法，只給出了一些選線原則。養(yǎng)成國人設計習慣的，實際上是由老工程師紙上定線的習慣以及廣泛使用的公路設計軟件所形成的。國內(nèi)公路軟件看似很多，但其中總有千絲萬縷的聯(lián)系，后面有時間我打算回顧一下中國公路軟件30年的“黑歷史”，個中故事也讓人唏噓不已。
國內(nèi)路線設計的方法主要分為“交點法”和“積木法”，還有一個比較偏門的“曲線單元法”。
“交點法”，就是一開始設計路線的時候，先繪制交點線，業(yè)內(nèi)黑話也叫“穿針引線”或者“穿交點”。交點線確定下來后，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可編程計算器，在現(xiàn)場定線和調(diào)線，工作壓力會非常大，很有可能一群人半天的活白干了。后來這些習慣也搬到了計算機軟件中，成為最主流的路線設計習慣。這個方法的優(yōu)點是操作簡單、設計效率高，缺點是不夠靈活，尤其是山區(qū)公路設計很繁瑣。
“積木法”是最早期互通立交的設計方法，還因為是中國最早的路線設計商業(yè)軟件“HEAD CAD”所采用的數(shù)據(jù)保存格式。這個方法顧名思義，是按照路線的每一個最小單元：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接線，如果是道路就一直畫到路線終點單元。這個方法的優(yōu)點是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，操作方法也簡單；缺點是選線不直觀，終點累計誤差大，往往會最開始失之毫厘，最后卻差之千里。而交點法在每個交點位置可以進行平差，所以在不同軟件之間進行數(shù)據(jù)交換的時候，交點法要更好一些。
“曲線單元法”是由東南大學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計問題。立方教授甚至寫過一本關(guān)于路線曲線法設計的專著，技術(shù)含量頗高。因為他早年德國求學的經(jīng)歷，所以對于德國公路代表軟件CARD/1的曲線法設計路線的思想比較熟悉，進而引入國內(nèi)。曲線法對于山區(qū)公路設計、互通立交設計等比較方便，因此早年李方教授開發(fā)的軟件在互通立交設計中大受歡迎。只可惜，師門不幸，輕信小人，李方教授最終抱憾離場，也造就了中國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)在國內(nèi)路線設計最主流的路線設計方法。受制于路線設計理論，也受制于軟件開發(fā)技術(shù)，路線設計方法和選線理論再沒有先前發(fā)展了，一直在原地踏步。
另外一種選線方式是“自動選線”，最早的一家商業(yè)軟件是澳大利亞的“曠達軟件”（后來被天寶公司收購），這也是做得最早并在全球范圍內(nèi)廣泛使用的自動選線軟件。主要的方式是已知路線的起終點，以及一些地形地物限制條件，由計算機軟件自動計算并給出很多的路線推薦方案供參考。成塔軟件從2012年開始研究自動選線理論并開發(fā)自動選線軟件，歷經(jīng)十年時間，是第二款商業(yè)化程度較高的自動選線軟件。不過因為自動選線軟件基于“黑盒理論”并且最終的選線結(jié)果依然需要進行人工調(diào)整，只是大大提高了路線設計效率，因此是手工選線技術(shù)的延伸而不是取代。自動選線的基本操作方法可以參考如下文章：
公路自動設計的四個基本功能：自動選線、混動選線；自動拉坡、混動拉坡。
成塔哥，公眾號：成塔軟件大幅提高公路設計效率的四個步驟（視頻版）
我們再回過來說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)能力是全球最強的，因此使得我們過去想到的一些新的路線設計理論，受限于計算機代碼能力和復雜度而無法實現(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)秀程序員團隊和成熟的研發(fā)體系，將路線設計實踐推向一個新的高度。
首先，Civil3D是支持“交點法”的，這也是世界人民普遍喜愛的方式。因為操作簡便、效率高，應對常規(guī)道路設計已經(jīng)足夠了。不過Civil3D增加了一個特性，就是可以指定每個交點默認的圓曲線半徑、緩和曲線默認值，這樣在繪制交點線的時候順便給了一個初始值。其實這個功能見仁見智，所以是否設置完全取決于用戶的使用習慣。
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)的路線設計軟件，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”。
路線設計是平行的，反復的，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的做設計。同一個位置可以做多個方案來進行比較，就是所謂的“平行選線”。
因為可以平行選線，最終使用哪個解決方案就可以自由組合。在成塔《混動設計》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”。這兩個功能并不是Civil3D的原生功能，而是成塔《混動設計》軟件基于Civil3D路線對象機制開發(fā)的增強功能，在進行平行選線的時候非常實用。路線段落的批量刪除和兩條路線合并成一條路線，是大幅提高路線設計靈活性的功能。
如果最開始設計了路線A，后來在特定段落再次設計另外一個比較方案路線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進行替換，將路線A和路線B合并為一個路線。
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合并為同一個路線：
路線圖元是離散的，使用各種方式將其連接起來。
因為路線可以斷開，那么就可以隨意在感興趣的區(qū)間來設計路線。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、自由。
固定、浮動、自由是Civil3D軟件的專有詞匯，國內(nèi)軟件或教科書中并沒有這個概念，因此會讓很多初學Civil3D的人感到困惑。之所以有這個不同的概念，就是因為Civil3D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，而國內(nèi)的傳統(tǒng)解決方案中路線都是連續(xù)的。因為這個概念的不同，才真正大大擴展了路線設計理論，才讓我們可以自由設計路線，而不是局限在過去的條條框框中。只有熟悉了這個理論，才可以讓我們的選線思想更進一步。好在我們用到最多的是固定和自由兩種方式，浮動用得比較少，這樣一下就少了三分之一的學習量。設計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中做路線設計，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)路線設計軟件總是有一個整體的概念，做路線設計的時候束手束腳，一點都不自由。而Civil3D徹底打破了這種束縛，路線設計終于可以自由表達自己的思想了。可以同時設計多條路線。
因為Civil3D的路線是使用的自定義對象，是圖形化的操作。和傳統(tǒng)公路設計軟件基于外部文件不同，Civil可以在一個dwg文件中設計多條路線。因為Civil3D可以同時設計多條路線，并且建立這些路線之間的關(guān)系，就讓我們在一些復雜設計的時候更加方便，比如公路的主路/輔路同時設計并生成聯(lián)合橫斷面，水渠與渠頂公路同時設計并組成一個橫斷面，一起計算工程量。
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