劉子杰

（廣州市市政集團設(shè)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(guī)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(shè)計特點如下。

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

（2）市政道路設(shè)計，應(yīng)契合城市發(fā)展理念，嚴格設(shè)定各項參數(shù)，從出行需求、人口密集性、經(jīng)濟實況等方面，綜合確定給出線型設(shè)計。

1 市政路橋設(shè)計的積極作用

1.1 增加路橋曲線美

路橋線形設(shè)計融合了幾何作圖方法。橋型中線設(shè)計時，應(yīng)將道路內(nèi)外兩個中線設(shè)計在相同直線上。然而，實踐設(shè)計時，存在道內(nèi)、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(shè)偏角為A，在A角內(nèi)進行幾何作圖，補充中線。此種設(shè)計方法，能夠利用通航孔橋，創(chuàng)建五連跨的路橋結(jié)構(gòu)。水中引橋設(shè)計，采用雙幅橋面結(jié)構(gòu)方案，對主梁進行分離設(shè)計。鋼箱梁采取自然流線設(shè)計方法，提升結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)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(huán)氧鋼絞線”，拉索下方區(qū)域添加了止振設(shè)備，以此防止出現(xiàn)共振問題。在塔外增設(shè)兩個凹槽，提升主塔結(jié)構(gòu)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(wù)中，管渠是較為多見的結(jié)構(gòu)。使用路面積水設(shè)施，收集路面匯集的雨水，經(jīng)過連接管道，將雨水導(dǎo)入城市排水程序。參照城市道路設(shè)計要求，人行路、道路積水處、街邊庭院均需設(shè)計雨水口，道路低洼、積水聚集較多的位置，應(yīng)結(jié)合實情添加雨水口。為此，設(shè)計人員應(yīng)規(guī)范掌握各項設(shè)計規(guī)范，對于現(xiàn)場設(shè)計給出基礎(chǔ)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(shè)計的常見性。此種設(shè)計結(jié)構(gòu)，豎向曲線兩側(cè)的邊坡，表現(xiàn)出一定差距，并未進行對稱設(shè)計，變坡節(jié)點與最低點位難以統(tǒng)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(dǎo)期間，會降低排水速度，形成水源浪費。在線型設(shè)計中，準確設(shè)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(shè)計范圍。由此發(fā)現(xiàn)：使用道路線型設(shè)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(xué)欣賞價值

立交匝道設(shè)計引入工程美學(xué)設(shè)計思想，使交通流空間處于分割狀態(tài)。設(shè)計人員應(yīng)保證立交匝道位置的合理性，使其處于安全使用狀態(tài)，再融合美學(xué)設(shè)計理念。路線線形的規(guī)劃，應(yīng)結(jié)合工程具體實況，保證設(shè)計規(guī)范的可用性，參照各項設(shè)計規(guī)范，提升立交匝道設(shè)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(shù)學(xué)計量形式，準確獲取彎道度數(shù)、匝道高程、坡度大小各項參數(shù)，以此提升道路功能設(shè)計的規(guī)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(shù)設(shè)計的具體用法

2.1 選地

路橋線形設(shè)計需合理選擇線形的設(shè)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(jié)合的形式，全面收集路橋周邊的信息，提升BIM模型的創(chuàng)建質(zhì)量，完整呈現(xiàn)現(xiàn)場實況，給出針對性措施，綜合確定路橋線形。

2.2 可視設(shè)計

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

2.3 優(yōu)化道路線型

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

3 市政路橋線型設(shè)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(qū)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(shè)計方法。道路設(shè)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(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)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(chuàng)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(shù)據(jù)，創(chuàng)建地形曲面模型。使用Civil 3D程序創(chuàng)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(shè)計

路橋線形的工藝方案，是參照市政道路設(shè)計需求，給出相應(yīng)的路網(wǎng)規(guī)劃成果，結(jié)合項目勘察、市內(nèi)交通數(shù)量各項因素，給出的線形規(guī)劃方案。線路方位對于城市周邊環(huán)境、設(shè)施性能具有一定影響作用。平面設(shè)計應(yīng)考量道路地形、周邊地物的布置方法，已經(jīng)確定的線路平面規(guī)劃，不可作出調(diào)整。平面設(shè)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(shè)計方案。道路線形含有路長、路寬等多種類型的數(shù)據(jù)，是道路線形的水平畫面。平面線形設(shè)計包括曲線、直線兩種設(shè)計方法。曲線法含有積木設(shè)計、單元設(shè)計等類型，直線設(shè)計以“交點法”為主要方法。路橋線形規(guī)劃期間，曲線半徑參數(shù)的確定，應(yīng)參照用路規(guī)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(shè)計理念，應(yīng)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(shè)計干擾，可前期給出曲線切線、外矢距各類參數(shù)，獲取設(shè)計結(jié)果[3]。案例路橋項目的線位設(shè)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(shè)計規(guī)范，行車速度40km/h，少數(shù)路段行車速度減半，逐一給出設(shè)計方案，保證指標設(shè)計符合規(guī)范。

3.4 斷面線形設(shè)計

Civil 3D程序在進行豎向斷面線形設(shè)計時，有兩種設(shè)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(shù)。以地形曲線模型為參考，用作豎向斷面設(shè)計的數(shù)據(jù)資料，使用線交點形式，獲取拉坡線，添加豎曲線數(shù)據(jù)，獲取豎向斷面線形的具體規(guī)劃。Civil 3D程序可進行多窗口設(shè)計工作，準確提取平面線形資料，保證豎向斷面線形的規(guī)劃質(zhì)量，以此顯著增強平面、豎向兩種線形的設(shè)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(shè)計時，案例項目為市政項目，路寬9m，河款17m，全面調(diào)查項目周邊的路網(wǎng)規(guī)劃情況，對規(guī)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(nèi)容為：路緣帶1m×2，行車路徑寬7m。豎向斷面設(shè)計時，參照坡長、豎向坡度的最大值等參數(shù)，設(shè)計方案如表2所示。

3.5 橋梁結(jié)構(gòu)的線形設(shè)計

（1）預(yù)拱度設(shè)計。案例橋梁項目中跨位置的預(yù)拱度參數(shù)為20mm，邊跨位置未設(shè)預(yù)拱度。

（2）河堤斷面設(shè)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(yù)留5cm的排水溝。主拱位置的斷面設(shè)計方案如圖1所示。

表2 豎向斷面設(shè)計方案

圖1 主拱位置的斷面設(shè)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(guān)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(shù)的絕對值，判斷兩個路徑行車的平穩(wěn)性。行車速度V減去設(shè)計速度差值ΔV，計算結(jié)果的絕對值，可用于判斷相同道路周邊路徑的行車平穩(wěn)性。安全評價規(guī)則如表3所示。

表3 安全評價規(guī)則

參照公路工藝規(guī)范的硬性設(shè)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(yīng)保證視距的充足性，以此提升行車安全性，在出現(xiàn)行車不利問題時，行車人員可及時給予響應(yīng)。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(jié)構(gòu)視距測算結(jié)果，更加符合項目視距實況[4]。

使用BIM技術(shù)規(guī)范測定立體視距參數(shù)，融合空間兩點通視理念，優(yōu)先算出駕駛者、障礙物兩個節(jié)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(shè)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(jié)果。道路線形設(shè)計的視距安全性評價方法如圖2所示。

圖2 道路線形設(shè)計的視距安全性評價方法

4 結(jié)語

綜上所述，使用BIM調(diào)整行車路徑的平面線條、豎向斷面線條，給出相應(yīng)的道路線形安全評價方法。實踐中，BIM技術(shù)可融合路橋線形參數(shù)調(diào)整，表現(xiàn)出較強可視設(shè)計、參數(shù)調(diào)整等技術(shù)優(yōu)勢，順應(yīng)各方主體的線形設(shè)計需求。Civil 3D平臺給出的各類線形設(shè)計方法，可顯著提高道路平面、斷面的設(shè)計質(zhì)量，增強道路線形設(shè)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(shè)計的安全性，具有工程評價的客觀性，可用于判斷線形設(shè)計方案的可用性。