互通立交線形設計與數據處理技術探究

李 懷 兵

（蘭州乾元交通規劃設計咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

隨著社會經濟不斷發展，我國相關部門愈發重視橋梁工程的建設工作，并制定相關政策，以保證橋梁工程完成預期施工任務。互通立交作為我國公路交通體系的重要環節，能有效解決道路擁堵問題。制定健全的交叉設計方案，能提高規劃設計的科學性，進一步優化區域交通運輸狀況，促進當地經濟實現可持續發展。但從目前道路交通情況來看，隨著城市化發展進程加快，我國互通立交規模和種類呈現逐年遞增的趨勢，且設計技術在持續更新。為了充分發揮互通立交線形設計作用，本文在傳統施工設計方法的基礎上應用融合數字化技術，促使設計方法向智能化方向發展，以保證設計方案具有較強的可行性，從而提高互通立交線形設計的效果。

1 工程概況

夏官營互通立交位于甘肅省榆中縣夏官營鎮，距離榆中縣縣城約13.5 km，距離北繞城高速出入口1.1 km。立交布設于宛川河兩側階地，本項目立交是與北繞城高速立交相接的樞紐立交，主交通方向為定西至河口。該立交位置的選擇直接影響著高等級公路緩解和分散交通的能力，將促使區域內交通體系重組并發生重大變化，對沿線經濟開發和人民群眾出行具有重大影響，也關系到公路本身的使用功能[1]。

2 互通立交線形設計分析

2.1 主線設計情況

該樞紐立交區主線設計速度80 km/h，路基寬度25.5 m，采用雙向4 車道一級公路標準，主線平曲線最小半徑R=800 m，最大縱坡2.1%；夏金公路設計速度40 km/h，路基寬度8.5 m，采用2 車道二級公路標準，平曲線最小半徑R=500 m，滿足互通立交布設要求[2]。

2.2 匝道設計

1）匝道平縱面設計

該樞紐立交匝道設計速度40 km/h，匝道平曲線最小半徑R=60 m，擬定立交區主線采用匝道A，B，C，D，E 形式分別與本項目主線對接；匝道最大縱坡3.85%，立交匝道各項技術指標滿足《高速公路互通式立交匝道設計規范》要求，車流可以快速轉換，服務水平較高，詳細技術指標見表1。

表1 夏官營樞紐立交技術指標表

2）變速車道設計

在夏官營樞紐立交加、減速車道設計過程中，最常用單車道平行式和單車道直接式，應嚴格遵循公路立體交叉設計要求。其中匝道B 采用單車道平行式，加速車道長240 m；匝道C 應用單車道直接式，減速車道長124 m；匝道D 采用單車道直接式，減速車道長142 m；匝道E 采用單車道平行式，加速車道長180 m。該項目上部結構采用連續鋼箱梁和現澆普通鋼筋混凝土連續梁，箱梁環節使用普通鋼筋混凝土箱梁和直腹板設計，底板和頂板坡度并無明顯差異。橋梁平面交叉于圓曲線上，其縱面在凹曲線位置，其上坡段和下坡段坡度指標為2.35%和-3.5%。在設計中，工作人員設置了一個門形支架，高度為100 cm，下方凈高500 cm，在第三聯匝道C 橋梁和匝道B 橋梁上全部使用普通鋼筋混凝土現澆箱梁結構，其設計施工技術和第一、第二聯并無明顯差異性，但在橋梁平面設計參數上存在嚴重差距，其中匝道B 橋梁平面相交于K=1 300 m，T=240 m 圓曲線上，上坡段和下坡段坡度指標為2.56%和-3.42%。K和T分別表示匝道B 橋梁和圓曲線相交的兩個點。

3）匝道橫斷面設計

該互通立交匝道A 斷面（一）采用雙向4 車道，匝道路基寬度23.5 m，2 m×0.75 m 土路肩；立交匝道A 斷面（二）采用對向分隔式雙車道匝道，路基寬度16.5 m，2 m×0.75 m 土路肩。該互通立交橋梁的上部結構為預應力混凝土連續箱梁，箱梁環節采用直腹板結構，配置三相室內斷面和高度2.2 m 梁，保證其底板、頂板和路線橫坡基本相同。同時，在箱梁頂部現澆C40 混凝土，混凝土厚度為6 cm，橋面鋪筑10 cm 厚的瀝青混凝土。橋梁上部結構利用平面桿進行設計，通過專業軟件計算結構內力匝道B，C，D，E 采用單向單車道匝道，路基寬度9.0 m（見圖1）。

圖1 匝道橫斷面設計（mm）

2.3 路基路面設計

1）一般填方邊坡設計

路基填方邊坡坡率是根據行業規范要求，如路基填料種類、邊坡高度和基底工程地質條件、水文條件等，合理控制確定路堤邊坡坡率。當邊坡高度H≤10 m 時，采用1∶1.5 一坡到底的直線邊坡；當10 m＜H≤20 m 時，采用折線形邊坡；當H＞20 m 時，邊坡形式通過穩定性計算確定，按高填路堤進行專項設計。本合同段路基最大填方邊坡高度55.5 m。

2）挖方路基邊坡設計

根據沿線挖方路段的巖土情況，邊坡設計以安全為原則，兼顧環保和景觀要求，同時借鑒類似項目的成功經驗。本合同段工程地質及水文地質條件差異性較小，挖方邊坡均為黃土。通過穩定性分析計算，為確保路基開挖后邊坡穩定，經綜合比較，采用坡率如下：當H＜10 m 時，采用直線型邊坡，坡率1：1.25，邊坡采用植草灌綠化；當10.0 m≤H＜30.0 m時，第一級邊坡高6 m，采用1∶1 邊坡坡率，空心六棱塊植草防護，二級及二級以上邊坡采用陡坡寬臺，每級邊坡高4 m，坡率1∶0.5，每級平臺寬均為2.5 m，挖方平臺采用植樹綠化；當H≥30.0 m 時，按深挖路塹專項設計，邊坡采用臺階式設計，第一級邊坡高6 m，采用1∶1 邊坡坡率，空心六棱塊植草防護，二級及二級以上邊坡采用陡坡寬臺，每級邊坡高4 m，坡率1∶0.5，邊坡中部加設寬平臺，其余每級平臺寬2.5 m[3]。

3 互通立交數據處理技術分析

3.1 采集互通立交線形設計中的基礎數據

①圖形分幅。對互通立交線形施工圖紙進行分幅處理，是采集互通立交線形設計結構數據的基礎。因此，工作人員應嚴格遵循分類分幅原則，將特征相同的施工設計圖紙統一分類，標注施工設計圖紙名稱，精準采集互通立交語義描述數據，結合數據內容優化各種類型互通立交施工圖紙。②圖層映射。通過利用圖層映射技術提高數據采集效率，掌握互通立交線形施工設計圖紙上的基礎數據。在確保圖紙分幅操作科學的基礎上，將分類后的涂層名稱和互通立交線形設計結構數據進行對比，準確收集到語義描述數據，根據實際數據采集要求，對映射后的圖形進行分類命名，給采集互通立交線形設計結構特征提供豐富的數據資源[4]。

3.2 互通立交線形設計結構定位數據采集

在設計互通立交線形時，注重施工設計圖紙的定位軸線是保證互通立交線形設計結構定位數據準確性的前提。在采用線段平行法進行收集互通立交線形設計結構幾何數據時，應規劃結構幾何形態的平行關系，將平行線進行排序，有利于采集線形設計結構幾何形態的平行等距線。在處理互通立交線形設計結構中的二維平面投影后，根據線段平行關系科學劃分投影分組，根據從遠到近原則排序平行線交點。應在確保軸線定位正確的基礎上，開展互通立交線形設計結構定位數據采集工作，規范定位軸線交叉點，將其作為圖紙分幅的主要依據，實現互通立交線形設計圖紙分幅工作。

3.3 互通立交線形設計結構幾何數據采集

在采集互通立交線形設計結構幾何數據時，應根據定位軸線屬性特征，還原互通立交平面施工圖中的互通立交線形設計結構的底部結構，采集其標高數據，根據還原后的互通立交線形設計結構幾何形態，在三維空間上實現互通立交線形設計結構的幾何數據采集工作。

本文利用互通立交線形設計結構幾何數據表達形式進行采集分類。在采集互通立交線形設計結構的幾何數據時，應以線段平行和拓撲閉合特征為基礎，合理規范采集方法[5]。同時，計算線段斜率，對比不同斜率數據，將相同斜率線段控制在相同分組，避免互通立交線形設計結構數據采集受到外在因素影響，加強幾何數據在互通立交施工設計圖的識別度，為后期收集互通立交線形設計結構平行線打下堅實的基礎（見圖2）。

圖2 互通立交線形設計結構幾何數據的采集方法示意圖

在完成互通立交線形設計結構基礎數據采集工作后，需對采集結果進行分類處理和數據重建等工序。針對數據采集結構，嚴格遵循設計標準，確定采集結構間的關聯性，全面分析采集結構，保證采集結構的合理性[6]。

3.4 建立數據庫，處理互通立交線形設計數據

在互通立交線形設計結構基礎數據采集作業完成后，應對分類采集結果進行數據重建，通過建立互通立交線形設計數據庫，進一步處理結構數據。而構建數據庫作為完善互通立交線形設計結構數據處理工作的重要環節，保證施工單位能優化數據結構。同時，施工單位可建立互通立交BIM 數據處理平臺，通過平臺全程處理互通立交線形設計數據。但由于受到互通立交線形結構數據處理結果影響，工作人員不能將其直接導入到Access 數據庫中[7]，因此，應將互通立交線形結構以BIM 數據為基礎，通過數據提取、程序編譯等操作方法，將互通立交線形結構數據處理結果應用到Access 數據庫表格內，對線形結構數據采集結果進行編號處理（見圖3）。

在使用Access 數據庫時，應處理互通立交的線形結構數據，將相關數據應用到互通立交維護中。同時，細化互通立交線形結構重要環節的數據提取流程，根據其幾何屬性特征進行編碼處理，實時監控互通立交的關鍵構件質量，通過Access 數據庫實時處理監測數據，以數據采集階段記錄的數據為基礎，開展數據匹配操作行為，如果互通立交關鍵構件實時監控數據和記錄數據間差距較大，Access 數據庫應標紅并處理異常數據，及時提醒工作人員檢查構件質量，提高互通交通線形設計的可靠性[8]。

4 結語

綜上所述，本文基于BIM 技術分析互通立交線形設計，提出全新數據處理方法，通過BIM 建模技術，合理優化線形結構數據庫，積極引進互通立交線形結構質量檢測信息化技術，實現互通立交線形設計和數據處理間的協同發展，全面提高數據處理效率，加強互通立交建設質量。