市政路橋線形設計分析

劉子杰

（廣州市市政集團設計院有限公司，廣東廣州 510060）

0 引言

市政工程的線形方案對于城市規劃具有一定作用，居民建筑、商用建筑對于工程線形均有影響。線形設計特點如下。

（1）市政項目交通設施較多、交通交匯情況具有多樣性，線形設計需參考多種因素。

（2）市政道路設計，應契合城市發展理念，嚴格設定各項參數，從出行需求、人口密集性、經濟實況等方面，綜合確定給出線型設計。

1 市政路橋設計的積極作用

1.1 增加路橋曲線美

路橋線形設計融合了幾何作圖方法。橋型中線設計時，應將道路內外兩個中線設計在相同直線上。然而，實踐設計時，存在道內、道外兩個中心位置偏差問題。為此，需在兩組中線表層均添加一組直線。采取測量工藝，獲取兩個中線的偏差角度。假設偏角為A，在A角內進行幾何作圖，補充中線。此種設計方法，能夠利用通航孔橋，創建五連跨的路橋結構。水中引橋設計，采用雙幅橋面結構方案，對主梁進行分離設計。鋼箱梁采取自然流線設計方法，提升結構的抗風能力。邊跨位置的箱梁，保持主梁高度、箱體整高、梁柱高度的相同性。斜拉索的制作材料為“高強環氧鋼絞線”，拉索下方區域添加了止振設備，以此防止出現共振問題。在塔外增設兩個凹槽，提升主塔結構整體線條的曲線美。

1.2 保證雨水收集有效性

市政道路施工任務中，管渠是較為多見的結構。使用路面積水設施，收集路面匯集的雨水，經過連接管道，將雨水導入城市排水程序。參照城市道路設計要求，人行路、道路積水處、街邊庭院均需設計雨水口，道路低洼、積水聚集較多的位置，應結合實情添加雨水口。為此，設計人員應規范掌握各項設計規范，對于現場設計給出基礎方案。在市政道路豎向斷面位置添加雨水收集口，具有雨水收集設計的常見性。此種設計結構，豎向曲線兩側的邊坡，表現出一定差距，并未進行對稱設計，變坡節點與最低點位難以統一，由此形成豎向邊坡對稱性不足問題，在雨水收集、污水排出、水流疏導期間，會降低排水速度，形成水源浪費。在線型設計中，準確設計變坡點，利用幾何作圖形式，找出最低點方位，測算出雨水口的設計范圍。由此發現：使用道路線型設計，能夠準確找出雨水口位置，增強道路排水順暢性，提高雨水收集有效性。

1.3 提高工程美學欣賞價值

立交匝道設計引入工程美學設計思想，使交通流空間處于分割狀態。設計人員應保證立交匝道位置的合理性，使其處于安全使用狀態，再融合美學設計理念。路線線形的規劃，應結合工程具體實況，保證設計規范的可用性，參照各項設計規范，提升立交匝道設計的標準性，增加道路線形的美感。在道路功能完善時，可使用數學計量形式，準確獲取彎道度數、匝道高程、坡度大小各項參數，以此提升道路功能設計的規范性，帶給人們道路功能視覺美感[1]。

2 市政路橋引入BIM技術設計的具體用法

2.1 選地

路橋線形設計需合理選擇線形的設計點位，以保障路橋線形的整體視覺效果。使用BIM與地理信息平臺結合的形式，全面收集路橋周邊的信息，提升BIM模型的創建質量，完整呈現現場實況，給出針對性措施，綜合確定路橋線形。

2.2 可視設計

一般情況下，市政路橋的設計工作主要參照平面圖。設計人員無法全面掌握橋梁的結構信息，會進行多次修改，保證路橋線形設計質量。使用BIM技術，可創建立體模型，模擬工藝方案，展現施工效果，及時發現路橋線形設計的不足，設計師可自行調整線形，提高設計人員的線形方案優化速度，呈現視覺更自然、線條更美觀的路橋線形設計。此種可視設計，可提高路橋線形設計質量。BIM技術支持多方主體共同進行路橋線形設計，以此加強設計、施工各個參建單位的設計協同性，獲取更可行的路橋線形方案[2]。

2.3 優化道路線型

道路線形設計作為市政道路規劃的關鍵任務，設計過程應有效控制多種因素。選定道路中線時，應全面思考多種控制條件，參照道路線位設計方法，開展擬合處理，結合道路設計規范的各類規范，對平曲線、緩和線進行合理設計，以此保證線條設計的優化性。道路豎向斷面的線形設計，能夠顯著優化城市空間的設計效果，可增強城市建設能力，提高市政交通的運行秩序。BIM平臺可進行立體地形設計，參照道路中線位置，給出最優的設計方案，獲取較好的設計效果。

3 市政路橋線型設計實例分析

3.1 工程概述

案例城市道路項目起始于S114廣州市花都區省道，終點在一所熱力電廠門口，道路項目的行駛方向為“南北”，路長3304m，路況9m，采取雙向通行車道的設計方法。道路設計方案如表1所示。道路起點處有“巴江河”，需進行橋梁施工，橋梁長度合計454m，路寬17m，主橋采取三跨一聯結構的設計形式，主橋長度總和為204m。

表1 案例項目的施工值選取情況

3.2 創建地形曲線模型

使用案例道路工程的DWG地形文件，用作地形數據，創建地形曲面模型。使用Civil 3D程序創建空地形模型，再點擊曲面定義功能，在地形曲面模型中添加等高線、高程點等信息，形成資料完整的地形曲面。去除曲面高程的偏差點，進行邊界檢查、立體渲染等處理，獲取地形曲面模型。

3.3 平面線形設計

路橋線形的工藝方案，是參照市政道路設計需求，給出相應的路網規劃成果，結合項目勘察、市內交通數量各項因素，給出的線形規劃方案。線路方位對于城市周邊環境、設施性能具有一定影響作用。平面設計應考量道路地形、周邊地物的布置方法，已經確定的線路平面規劃，不可作出調整。平面設計項目含有：平曲線半徑、行車視距等。圍繞行車安全、行車高效等理念，綜合給出平面設計方案。道路線形含有路長、路寬等多種類型的數據，是道路線形的水平畫面。平面線形設計包括曲線、直線兩種設計方法。曲線法含有積木設計、單元設計等類型，直線設計以“交點法”為主要方法。路橋線形規劃期間，曲線半徑參數的確定，應參照用路規劃級別、地形實況、地物特征等多個因素，綜合給出線形方案。平曲線設計理念，應盡可能地選出半徑最大值，提高道路通行能力。如果項目所在位置、周邊地物，對于路橋線條具有一定設計干擾，可前期給出曲線切線、外矢距各類參數，獲取設計結果[3]。案例路橋項目的線位設計理念，圍繞“少用地”“紅線控制”等思想，共給出11組圓曲線。參照城市分路的設計規范，行車速度40km/h，少數路段行車速度減半，逐一給出設計方案，保證指標設計符合規范。

3.4 斷面線形設計

Civil 3D程序在進行豎向斷面線形設計時，有兩種設計路徑：參照單元法給出豎向斷面線形的具體方案；以直線交點為初始位置，確定直線后，添加豎曲線各項參數。以地形曲線模型為參考，用作豎向斷面設計的數據資料，使用線交點形式，獲取拉坡線，添加豎曲線數據，獲取豎向斷面線形的具體規劃。Civil 3D程序可進行多窗口設計工作，準確提取平面線形資料，保證豎向斷面線形的規劃質量，以此顯著增強平面、豎向兩種線形的設計效果，在變動平面線形時，可查看豎向斷面的整體情況。橫斷面設計時，案例項目為市政項目，路寬9m，河款17m，全面調查項目周邊的路網規劃情況，對規劃用地進行特征分析，同步計算交通流量，對比各類橫斷面方案。案例項目的橫斷面工藝內容為：路緣帶1m×2，行車路徑寬7m。豎向斷面設計時，參照坡長、豎向坡度的最大值等參數，設計方案如表2所示。

3.5 橋梁結構的線形設計

（1）預拱度設計。案例橋梁項目中跨位置的預拱度參數為20mm，邊跨位置未設預拱度。

（2）河堤斷面設計。案例橋梁項目的河堤防護等級為“4級”，使用的緣石強度為“C20”，用料裝配期間，各組用料間隔位置預留5cm的排水溝。主拱位置的斷面設計方案如圖1所示。

表2 豎向斷面設計方案

圖1 主拱位置的斷面設計方案

3.6 工程安全評價

案例項目的行車速度，是指交通運輸為“自由流動”時，特定位置獲取的行車速度，可在曲線中獲得其真實運行速度。參照相關研究，對于相鄰兩個路徑的行車速度差值ΔV、行車速度梯度值ΔI，用兩個參數的絕對值，判斷兩個路徑行車的平穩性。行車速度V減去設計速度差值ΔV，計算結果的絕對值，可用于判斷相同道路周邊路徑的行車平穩性。安全評價規則如表3所示。

表3 安全評價規則

參照公路工藝規范的硬性設計指標，進行視距安全性評價，以此保障行車安全。道路沿線各個車道應保證視距的充足性，以此提升行車安全性，在出現行車不利問題時，行車人員可及時給予響應。道路行車視距的干擾因素有：“平曲線”“豎向斷面”“邊坡”“護欄”等。為此，立體結構視距測算結果，更加符合項目視距實況[4]。

使用BIM技術規范測定立體視距參數，融合空間兩點通視理念，優先算出駕駛者、障礙物兩個節點高度，再獲取兩個空間視線的清晰性。運行Civil 3D程序，使用立體模型開展行車模擬，前期設定車輛的通行位置，引入空間兩點通視思想，獲取行車人員視線位置，得出可視路面的某物體距離最大值，即可獲得立體空間的視距測算結果。道路線形設計的視距安全性評價方法如圖2所示。

圖2 道路線形設計的視距安全性評價方法

4 結語

綜上所述，使用BIM調整行車路徑的平面線條、豎向斷面線條，給出相應的道路線形安全評價方法。實踐中，BIM技術可融合路橋線形參數調整，表現出較強可視設計、參數調整等技術優勢，順應各方主體的線形設計需求。Civil 3D平臺給出的各類線形設計方法，可顯著提高道路平面、斷面的設計質量，增強道路線形設計方案的可用性。從行車速度、視距兩個方面，綜合判斷道路線形設計的安全性，具有工程評價的客觀性，可用于判斷線形設計方案的可用性。