關于新技術在路橋設計中的應用

唐仕國

摘 要：為解決路橋設計中面臨的各類問題，本文首先提出了路橋設計新技術應用基本要求，然后對路橋設計中全壽命周期設計、數字化與智能化技術、機載激光雷達等新技術的應用進行分析，以此為相關人員提供參考，從根本上提高路橋設計技術水平。

關鍵詞：路橋設計;全壽命周期設計;數字化;智能化;機載激光雷達

路橋設計是一項極其繁瑣且專業性極強的工作，以往的路橋設計由于技術上的限制導致不夠全面和具體，給日后的橋梁建設及使用都帶來了一定影響。因此，在路橋設計中合理引入一些新技術是十分重要且必要的。

1 路橋設計新技術應用基本要求

設計是需要由人來完成的一項復雜且綜合的工作，若想要在路橋設計中引入各類新技術，并確保新技術的應用發揮出預期效果，自然對設計人員提出了很高要求，若能解決人的問題，則離實現預期的設計目標就不遠了，所以有必要明確路橋設計新技術應用對設計人員提出的基本要求。

（1）路橋設計人員必須具備良好的創新意識，認識到設計創新的意義和必要性，并且還要擁有足夠的創新能力，通過學習和借鑒掌握創新方法與技巧，敢于突破傳統思維的束縛，不再局限于傳統觀念和經驗，發揮自身想象力及主觀能動性，不受制于權威，努力發展興趣。對于創造力，并非在任意一種情況之下都可以自發表現，而需要通過專門的教育和訓練來獲取、提高。

（2）路橋設計人員需將自己專業的相關基礎知識作為基礎，創造一個新技術應用“游擊區”。促進專業基礎知識和其它專業知識之間的彼此滲透與融合，以此形成一個完整的網絡結構。此外，還應努力開發智能化的因素，如提高觀察力、記憶力、注意力、想象力及操作力。除創造能力外，對于創造性人才，還必須具備一定創造性人格及精神。其中，創造性精神是指有濃厚的好奇心，敢于探索，對各類新事物保持敏感，能致力于發現和革新，秉持開拓創新的精神;而創造性人格是指要有責任心、使命感與毅力，面對挫折也要有良好的心態，只有這樣才能創造出良好的成果[1]。

（3）在路橋設計中引入新技術必須將保證結構受力合理性與經濟性作為前提，并充分考慮功能要求，不能以犧牲功能為代價，否則新技術的應用將沒有任何實質上的意義與價值。力是路橋設計中需要充分考慮的因素，基于此，對路橋設計人員而言，必須掌握豐富的力學知識，確保設計出的結構可以明確反映出其力流，使不同作用力的實際傳遞都能做到一目了然。

（4）美學是一個相對的概念，人類自身審美會隨著時代發展發生變化，這就要求在美學設計過程中和持續變化更替的美學觀念保持同步，也就是說路橋設計中各類新技術的應用都不能與人的審美觀念相脫離。對設計人員而言，要對美學觀念及其發生的變化有較高的洞察能力，由于美學觀念發生的變化沒有規律可循，所以要用新的眼光對這種變化進行觀察，切不可墨守成規。通過對變化的觀察，能預測將來美學觀念可以達到的效果，進而作為設計中新技術應用的參考依據[2]。

（5）加大力度推動各類新工藝和新材料的使用及發展，對力學分析方式予以持續改進，增強設計人員自身分析能力，加快分析速度，保證分析結果的準確度，在良好掌握各類力學知識的基礎上，引入新手段，最大限度發揮設計人員自身創造力及想象力，從而創造出技術先進、經濟合理、造型美觀的新形式或新結構。

除此之外，還應總結以往的經驗教訓，前車之鑒、后車之師，但學習前人的經驗并非完全照搬，同時也不是單純的學習過去已經被淘汰的做法，而是要在保留傳統好的做法的基礎上進行創新，使各類新技術的應用發揮出它應有的價值[3]。

2 路橋設計對新技術的應用

在路橋建設快速發展的進程中，其設計理念越來越先進，這主要表現在以下幾個方面：其一，全壽命周期設計理念;其二，功能結構和景觀設計實現一體化;其三，結構多樣化;其四，數字化和智能化的設計;其五，標準化設計;其六，結構構件的大噸位化;最后，為適應資源節約與環境友好建設模式而開展的設計，比如在生態環保設計。以下就全壽命周期設計理念、數字化與智能化技術在當前路橋設計中的應用、以GPS為基礎的路橋勘測與設計系統為例進行分析。

（1）對于全壽命周期設計，它是將設施建設可取得的總體效益達到預期最佳作為根本目標，確保路橋在其設計壽命周期之內，以最少的消耗使經濟效益實現最大[4]。其中，消耗包括了所有活動，如前期規劃設計、中期施工運營和管養，以及后期拆除及再利用。路橋設計除了要圍繞應達到如何的可靠度，還需要在確保路橋發揮應有作用的基礎上，有效減少路橋建設投入的成本;這里指的成本并不單純是指建橋過程中投入的成本，而是從最初的設計到建設完畢，再從開始運營到報廢整個周期的成本。目前，這一新理念已經在我國很多路橋工程中得到應用，其中最著名的就是湖北鄂東長江公路大橋。

（2）科技的發展催生出很多數字化技術及智能化技術，若能在路橋設計中引用這些先進技術不僅能為設計帶來很大的便利，而且還能取得以前無法達到的效果。比如，在路橋設計中引入計算機輔助技術，可實現有效且快速的優化，并能進行仿真設計，并在虛擬現實技術的加持下，幫助建設方、設計方的人員體現看到成型后路橋整體外形，并能對地震或臺風等自然因素可能對路橋造成的影響開展模擬，以此為最終的決策提供參考。就目前來看，無論是對彎斜變寬箱梁還是大跨度變截面箱梁，都已經研發出了相應的CAD（Computer Aided Design）系統，同時針對下部結構還研發出了CAE（Computer Aided Engineering）系統，通過對這些系統的合理應用，除了能路橋設計實現標準化，還能提供橋梁通用圖，以此為路橋設計提供更深層次的便利[5]。

“橋梁博士”作為一體化綜合性路橋設計軟件，在當前的路橋設計工作中得到了廣泛應用，該軟件不僅能對數據進行可視化處理與管理，還能實現結構分析。該軟件的編制嚴格按照路橋設計過程來完成，與路橋設計規范高度結合，并借助現代計算機技術，與設計人員自身習慣完全相符。在結構計算過程中，該軟件能充分考慮不同結構的組成，能在方便使用的同時，保證計算結果的精確度。另外，還能提高數據輸入方面的容錯性，防止用戶由于失誤而直接釀成損失。該軟件從投向市場開始就得到了廣泛應用，可以在多種路橋類型中使用，如連續梁橋（鋼筋混凝土結構或預應力混凝土結構）、剛構橋、連續拱橋、桁架梁橋、斜拉橋，都能在設計中運用這一軟件。在實際的設計工作中能充分發揮出具有的各項特點，包括程序簡單、實用;自動化水平高與可操作性強等，能從根本上提高設計水平。通過與其它軟件之間的對比和實踐校核，還能對這一軟件進行有效擴充及完善，使其更好的適應現代及未來路橋設計提出的要求[6]。

針對諸如預應力箱形橋梁那樣的特殊結構橋梁，可采用Midas輔助設計，采用該軟件能完成以下幾方面工作：①非線性邊界分析;②水泥水化熱分析;③材料非線性分析;④靜、動力彈塑性分析。該軟件可以在很多橋型的設計中使用，但結果往往缺乏直觀性，需要設計人員自行組合荷載。除了Midas軟件，還可使用與其屬于同一類的ansys，該軟件的功能十分強大，而且操作簡單，對設計人員的要求不高，目前已經成為世界范圍內最為流行和常用的一種分析軟件。值得一提的是，我國有百余所理工院校都將該軟件作為教育的標準軟件。但該軟件存在建模比較麻煩的不足，容易出現邊界條件模型本身錯誤[7]。

（3）對于機載激光雷達，它是一項將激光、GPS（Global Positioning System）技術與IMU（Inertial Measurement Unit）等技術結合到一起的數據采集與處理技術，具有以下技術特點：可提供點間距在1 m以內的點陣數據;可以從植被葉冠上穿過;基本不需要進入到測量現場當中;可以同時對地面與非地面層進行測量;絕對精度可以達到0.30 m以內;可實現24 h全天候不間斷作業;可迅速獲取數據。與以往常用的航空攝影測量等手段相比，該技術不僅有很高的自動化程度，而且基本不會受到天氣等外界因素的影響，能在保證精度的基礎上縮短生產周期[8]。該技術在路橋所在場地三維空間信息動態獲取等方面得到了顯著的突破，能為路橋設計時的空間信息獲取提供全新方法。通過對地形數據的獲取，創建相應的數據庫，并和公路CAD之間高度集成，以路線方案為依據動態獲取橫縱斷面對應的地面信息，由此進行路線方案綜合對比與優化。實踐表明，其成果與深度完全可以滿足施工圖設計要求。

3 結語

綜上所述，在路橋事業日益壯大的同時，我國的路橋建造能力及水平都得到了充分體現。在路橋建設過程中，建設技術水平有了很大程度的提高，出現了很多新技術與新方法。我國路橋設計水平已經得到世界同行認可。

參考文獻：

[1]賈力寧，石慧.路橋設計的構思及對新技術的研究[J].建筑技術開發，2020，47（1）：17-18.

[2]鄧悅，游元興.新技術在路橋設計中的應用[J].江西建材，2019（8）：35-36.

[3]李肇東.論新技術在路橋設計中的應用[J].四川水泥，2019（1）：93.

[4]鄭朝林.路橋設計的構思及對新技術的探討[J].建材與裝飾，2018（23）：246-247.

[5]黃余陽陽.試談新技術在路橋設計中的應用[J].建材與裝飾，2018（11）：280.

[6]李佑.路橋設計中安全性和經濟性研究[J].城市建設理論研究（電子版），2017（16）：188.

[7]楊巍.試談新技術在路橋設計中的應用[J].科技經濟導刊，2017（14）：57.

[8]陸世昶.路橋設計的構思及對新技術的研究[J].建材與裝飾，2017（10）：266-267.