曾 柯,羅 超

(1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司,重慶 400013;2.重慶通拓交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,重慶 401147)

城市用地豎向規(guī)劃是在用地開發(fā)建設(shè)片區(qū)或區(qū)段,為滿足道路交通、排水防澇、建筑布局及環(huán)境景觀等方面綜合要求,對(duì)自然地形進(jìn)行利用與改造,明確坡度、控制高程和土石方平衡等而進(jìn)行的規(guī)劃。城市道路豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)是用地豎向規(guī)劃的重要組成,是指導(dǎo)區(qū)域道路網(wǎng)實(shí)施與用地開發(fā)建設(shè)的關(guān)鍵依據(jù)之一,與土地開發(fā)利用的程度密不可分,二者相互制約、促進(jìn)。路網(wǎng)豎向規(guī)劃確定的豎向標(biāo)高很大程度上影響著土地開發(fā)投入成本,尤其對(duì)開發(fā)建設(shè)過程中土石方的影響最為顯著。但現(xiàn)實(shí)中由于城市新區(qū)開發(fā)建設(shè)過程中的快速施工與片面性等因素,導(dǎo)致建設(shè)過程中的土石方調(diào)配利用不平衡、難消納等問題日漸突出,尤其復(fù)雜地形的山地城市,受先天地形條件限制,城市開發(fā)建設(shè)中的土石方問題更為嚴(yán)峻。因此做好規(guī)劃階段道路網(wǎng)豎向規(guī)劃設(shè)計(jì),改善城市新區(qū)建設(shè)過程中的土石方消納矛盾、提升土地開發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)性非常必要。

目前已有學(xué)者分別針對(duì)道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化與土石方優(yōu)化等兩方面開展了相關(guān)研究工作。道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化方面,已有研究普遍從道路交通使用者本身需求出發(fā)研究道路豎向縱坡特征,或基于不同道路建設(shè)環(huán)境提出道路豎向控制要求,部分學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注了道路平面交叉口的豎向設(shè)計(jì)研究。陳旭娟[1]、蔡建勇[2]從道路縱坡選擇、線位標(biāo)高等方面論述了城市道路豎向設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的一些原則,并對(duì)不同地形條件下的道路豎向設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。王英杰等[3]重點(diǎn)探討了城市道路豎向設(shè)計(jì)的10個(gè)技術(shù)要點(diǎn),進(jìn)一步拓展了豎向設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)注要素。韓旭等[4]通過深化土方計(jì)算,結(jié)合場(chǎng)地價(jià)值、豎向進(jìn)行評(píng)估分析后,提出機(jī)場(chǎng)限高區(qū)域的道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。王真平[5]、陳正雄[6]等重點(diǎn)關(guān)注城市道路平面交叉口的豎向設(shè)計(jì),從安全性、行駛舒適性提升等角度提出優(yōu)化建議。

土石方優(yōu)化管控方面,大多數(shù)研究從土石方調(diào)配角度出發(fā),引入包容性、動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制更優(yōu)的調(diào)配模型,或結(jié)合實(shí)際土石方管理經(jīng)驗(yàn)研究智能化時(shí)空調(diào)配管理系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)土石方工程優(yōu)化管控。張仲勇等[7]建立土石方調(diào)配與施工進(jìn)度的動(dòng)態(tài)聯(lián)合優(yōu)化模型;黃丙湖[8]、趙蕓[9]等從算法優(yōu)化角度,運(yùn)用蟻群算法等模型改進(jìn)優(yōu)化了土石方調(diào)配優(yōu)化模型;周瑞園[10]基于交通特性影響,站在路徑優(yōu)化視角提出土石方平衡規(guī)劃,采用仿真系統(tǒng)進(jìn)行了模型驗(yàn)證;陳超[11]、丁志軍[12]等面向土石方調(diào)運(yùn)管控的新技術(shù)與手段,提出了開發(fā)智能化時(shí)空調(diào)配管理系統(tǒng),并在相關(guān)工程建設(shè)應(yīng)用中取得效果。

1 城市新區(qū)開發(fā)土石方特征分析

城市新區(qū)是拓展城市的建設(shè)空間,優(yōu)化城市空間格局的重要方式。一般來說,新區(qū)的開發(fā)建設(shè)主要包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與用地開發(fā)建設(shè)兩個(gè)階段。而道路交通的建設(shè)貫穿整個(gè)新區(qū)的開發(fā)過程。在基礎(chǔ)建設(shè)的前期階段,城市主干路作為片區(qū)開發(fā)先行官,一般會(huì)優(yōu)先考慮實(shí)施建設(shè),為后續(xù)用地的開發(fā)與招商引資提供基礎(chǔ)支撐。隨著城市主干道的通車運(yùn)營(yíng),新區(qū)產(chǎn)業(yè)、商業(yè)商務(wù)、居住等用地開發(fā)也將逐步沿著城市主干道分布開展。當(dāng)用地開發(fā)到一定程度后,隨著人口逐漸增長(zhǎng)與區(qū)域吸引力的提升,沿主干道的軸向發(fā)展會(huì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿珔^(qū)域開發(fā)建設(shè)[13],這個(gè)階段區(qū)域化的新區(qū)用地開發(fā)成為主導(dǎo),次、支路等服務(wù)性道路成為路網(wǎng)建設(shè)的主要任務(wù),且其建設(shè)基本是伴隨緊鄰區(qū)域用地的開發(fā)同步完成,土地開發(fā)一片、道路建設(shè)一片(或一段),既實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施集約建設(shè),又提供了有效的出行保障。以重慶高新區(qū)南部片區(qū)為例,片區(qū)整體位于高新大道以南,現(xiàn)狀建設(shè)形成白彭路、九江大道構(gòu)成的“十字型”主干道路,開發(fā)建設(shè)用地總體較少,基本分布在兩條主干道沿線,同時(shí)建成用地周邊配套建設(shè)有次、支服務(wù)道路。從南部片區(qū)的整體建設(shè)發(fā)展歷程來看,工程土石方的產(chǎn)生主要包括兩個(gè)來源,一是區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段,由于白彭路主干道、九江大道(華福隧道)等前期基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)而產(chǎn)生的土石方;二是干道沿線地塊開發(fā)以及緊鄰次、支道路建設(shè)的階段,因存在場(chǎng)地綜合整治、地下空間開發(fā)以及道路邊坡開挖等因素而產(chǎn)生的土石方。

2 規(guī)劃道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

2.1 土石方優(yōu)化管控思路

結(jié)合相關(guān)研究情況,土石方的產(chǎn)生貫穿城市開發(fā)建設(shè)全過程。因此提出“土石方全周期優(yōu)化管控”思路,即“規(guī)劃階段的源頭控制與開發(fā)建設(shè)階段的過程管控”,見圖1。

圖1 開發(fā)階段土石方動(dòng)態(tài)調(diào)配優(yōu)化流程建議

規(guī)劃階段源頭控制強(qiáng)調(diào)的是道路豎向規(guī)劃的合理優(yōu)化,以減少基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)階段的土石方產(chǎn)生。運(yùn)用GIS三維信息技術(shù),結(jié)合土石方填挖、用地功能特征、道路功能保障等綜合分析,優(yōu)化規(guī)劃路網(wǎng)豎向設(shè)計(jì)參數(shù),實(shí)現(xiàn)道路與場(chǎng)地在豎向設(shè)計(jì)上的協(xié)同,從而減少道路邊坡或場(chǎng)地開挖等工程,促進(jìn)土石方的源頭減量。

開發(fā)建設(shè)階段的過程管控則重點(diǎn)關(guān)注建設(shè)過程中土石方的調(diào)度與平衡,包括智慧動(dòng)態(tài)調(diào)度與精細(xì)科學(xué)管理兩個(gè)方面。結(jié)合新區(qū)用地開發(fā)建設(shè)時(shí)序,基于土石方的產(chǎn)生與需求,合理選取土方消納場(chǎng)進(jìn)行集中調(diào)度管理,并引入智慧調(diào)度系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)距內(nèi)的統(tǒng)一調(diào)度;同時(shí)規(guī)范借土、棄渣場(chǎng)運(yùn)營(yíng),明確不同類別土方使用要求,分類精細(xì)管理。

重慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)位于重慶中心城區(qū)西部槽谷,規(guī)劃區(qū)域范圍1 198 km2,涉及重慶高新區(qū)及沙坪壩、九龍坡、北碚、江津、璧山5個(gè)行政區(qū),其核心區(qū)是重慶高新區(qū)直管園、面積313 km2?，F(xiàn)狀城市建設(shè)順谷生長(zhǎng)、北快南緩,城市建成區(qū)大多集中在高新大道以北,而高新大道以南片區(qū)多為城市待開發(fā)區(qū)域,更具備條件推進(jìn)“土石方的全周期優(yōu)化管控”。但考慮到后期開發(fā)建設(shè)階段的過程管控受實(shí)際條件影響,本次研究將著重聚焦“規(guī)劃源頭控制”,從土石方優(yōu)化管控視角,研究道路與場(chǎng)地的豎向協(xié)同設(shè)計(jì),并以高新區(qū)南部片區(qū)的道路網(wǎng)豎向規(guī)劃為例,對(duì)規(guī)劃階段道路網(wǎng)豎向規(guī)劃的優(yōu)化策略進(jìn)行探析與研究。

2.2 基于土石方管控視角的道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化

結(jié)合土石方的產(chǎn)生特征與優(yōu)化管控思路,道路豎向設(shè)計(jì)在城市開發(fā)建設(shè)的不同階段,存在對(duì)應(yīng)的優(yōu)化策略與方法。

(1)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段

本階段以城市主干道、橋隧等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主,為實(shí)現(xiàn)土石方的源頭減量,此階段道路豎向設(shè)計(jì)應(yīng)力求在保障道路功能需求與設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下,盡可能結(jié)合區(qū)域條件優(yōu)化調(diào)整平面線形與豎向標(biāo)高,充分遵循依山就勢(shì)合理布線的理念,減少土石方填挖、促進(jìn)項(xiàng)目的土石方自平衡,建議遵循以下四點(diǎn)設(shè)計(jì)策略。

①以規(guī)劃為基礎(chǔ)

以用地規(guī)劃和道路交通規(guī)劃為基礎(chǔ),原則上基本保持道路交通骨架路網(wǎng)的構(gòu)成,重點(diǎn)考慮道路及場(chǎng)地豎向高程的優(yōu)化空間,不對(duì)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)做大的調(diào)整。

②尊重現(xiàn)狀并對(duì)接跟蹤大型項(xiàng)目

統(tǒng)籌協(xié)調(diào)新建道路、地塊與在建和已建項(xiàng)目的關(guān)系,減少對(duì)現(xiàn)狀的破壞和影響。優(yōu)化過程中對(duì)接大型項(xiàng)目和主要通道型道路的設(shè)計(jì)單位,豎向優(yōu)化與主通道道路高程合理銜接。

③保護(hù)生態(tài)環(huán)境

根據(jù)地形條件科學(xué)調(diào)整道路豎向,在滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的前提下,減少大填大挖,保護(hù)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀水系和山體。

④經(jīng)濟(jì)合理

對(duì)豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行全局把控,減少土石方,節(jié)約工程造價(jià)。

(2)用地開發(fā)建設(shè)階段

在本階段中,次、支道路將作為主要實(shí)施對(duì)象要滿足地塊開發(fā)的實(shí)施建設(shè)需求。因此除遵循道路本身豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化策略外,更關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)道路與地塊的豎向設(shè)計(jì)協(xié)同,促進(jìn)周邊場(chǎng)地開發(fā)與道路建設(shè)的土石方綜合優(yōu)化。首先,結(jié)合居住、商業(yè)及公服等用地的地下空間開發(fā)需求(工業(yè)一般不考慮地下建筑),按照用地性質(zhì)對(duì)開發(fā)建設(shè)片區(qū)的未建設(shè)用地地下空間土石方量進(jìn)行測(cè)算。參考國(guó)內(nèi)建筑地下空間普遍開發(fā)情況,居住用地建議按照2層測(cè)算,公服用地按照1層測(cè)算,商業(yè)辦公按照1層測(cè)算,平均層高按4 m計(jì),挖方松散系數(shù)考慮1.1,從而測(cè)算得到擬開發(fā)片區(qū)的地下土石方開挖情況。其次,基于地下土石方開挖量的測(cè)算,對(duì)應(yīng)優(yōu)化擬開發(fā)片區(qū)范圍內(nèi)的次、支道路豎向標(biāo)高參數(shù),若片區(qū)整體以土石方挖方利用與外運(yùn)需求為主,則道路豎向優(yōu)化應(yīng)以抬高策略為主,相反豎向優(yōu)化應(yīng)盡可能遵循道路土石方的自身平衡。最終,采用鴻業(yè)市政道路軟件的方格網(wǎng)法(網(wǎng)格間距建議設(shè)置為20 m)核算道路豎向調(diào)整后的片區(qū)土石方變化情況。經(jīng)多次道路豎向標(biāo)高優(yōu)化與土石方核算后,可實(shí)現(xiàn)區(qū)域的道路豎向設(shè)計(jì)與土石方填挖的協(xié)同優(yōu)化。以居住功能區(qū)為例,由于存在地下車庫(kù)建筑等較大地下空間開發(fā)需求,此時(shí)若考慮將緊鄰地塊的規(guī)劃道路豎向標(biāo)高整體抬升優(yōu)化約4 m,此時(shí)實(shí)際地面正負(fù)零標(biāo)高將隨之抬高,見圖2。通過對(duì)比分析,居住地塊原地下車庫(kù)開挖將由兩層變?yōu)橐粚?大幅減少了土石方挖方工程量;同時(shí)由于原始地面的抬高,也一定程度上增加了所在區(qū)域土石方消納能力,后續(xù)用地開發(fā)的成本隨之變得更為經(jīng)濟(jì)。

1—挖方區(qū)域;2—填方區(qū)域。

而針對(duì)地下空間開發(fā)需求相對(duì)較小的片區(qū),若為近期開發(fā)用地,建議參照干道豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化策略,采取依山就勢(shì)合理布線的理念,減少土石方填挖。若作為遠(yuǎn)景開發(fā)用地,建議在滿足地塊建設(shè)和區(qū)域道路功能前提下,同樣采取次支道路標(biāo)高抬高的方式,以增強(qiáng)片區(qū)土石方的消納能力、減小用地開發(fā)成本。

值得關(guān)注的是,由于次、支道路局部標(biāo)高抬升后將導(dǎo)致道路高程高于緊鄰規(guī)劃地塊,容易形成積水或堰塘,不利于地塊后續(xù)開發(fā)利用,建議做好地塊建設(shè)前的排水設(shè)計(jì)。一般來說主要存在兩種情況,當(dāng)?shù)貕K標(biāo)高低于市政道路雨水系統(tǒng)標(biāo)高時(shí),此時(shí)需在路基基底采用設(shè)置場(chǎng)地排水管或盲溝方式,將積水及時(shí)排出;當(dāng)?shù)貕K標(biāo)高大于或等于市政道路雨水系統(tǒng)標(biāo)高時(shí),考慮將場(chǎng)地內(nèi)部積水接入道路雨水系統(tǒng)后,及時(shí)排出,見圖3、圖4。

圖3 場(chǎng)地標(biāo)高小于市政道路雨水系統(tǒng)標(biāo)高時(shí)地塊排水處理方式示意圖

圖4 場(chǎng)地標(biāo)高大于等于市政道路雨水系統(tǒng)標(biāo)高時(shí)地塊排水處理方式示意圖

3 應(yīng)用實(shí)例——以重慶高新區(qū)南部某片區(qū)規(guī)劃道路為例

某規(guī)劃生活功能片區(qū)隸屬重慶高新區(qū)南部片區(qū),為典型的山地城市地形,且片區(qū)用地以居住用地性質(zhì)主。同時(shí)根據(jù)高新區(qū)用地開發(fā)建設(shè)時(shí)序,本片區(qū)為中遠(yuǎn)期開發(fā)建設(shè)區(qū)域。

分析片區(qū)現(xiàn)行規(guī)劃路網(wǎng)資料,區(qū)域道路以次、支等級(jí)為主,最大規(guī)劃設(shè)計(jì)縱坡為3.6%。但既有規(guī)劃道路邊坡普遍較大,基本為四級(jí)邊坡。經(jīng)采用鴻業(yè)土石方計(jì)算軟件分析后,片區(qū)規(guī)劃道路建設(shè)涉及填方約59萬(wàn)m3、挖方約241萬(wàn)m3;由于區(qū)域以居住用地功能為主,存在較大的地下空間開挖需求。參考一般居住建筑地下空間開發(fā)情況,測(cè)算出片區(qū)地下空間用地挖方約404萬(wàn)m3,若按照既有規(guī)劃路網(wǎng)方案實(shí)施開發(fā),片區(qū)存在較大土石方外運(yùn)需求,道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化前見圖5。

1—片區(qū)范圍線;2—路段縱坡值;3—道路邊坡。

結(jié)合土石方管控視角的道路豎向優(yōu)化策略,片區(qū)道路豎向優(yōu)化應(yīng)以抬高為主,道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化后見圖6。經(jīng)多次迭代優(yōu)化測(cè)算后,道路整體線形與縱坡可基本保持不變,但邊坡級(jí)數(shù)明顯減少,且道路自身挖方已由241萬(wàn)m3減少至181萬(wàn)m3、填方由59萬(wàn)m3增至83萬(wàn)m3;同時(shí)由于道路標(biāo)高平均抬升2.3 m,地塊地下空間挖方也大幅降低,總體挖方由404萬(wàn)m3減少至273萬(wàn)m3。結(jié)合道路土石方變化情況,片區(qū)總體將減少土石方棄方191萬(wàn)m3,增加填方24萬(wàn)m3,按照重慶土石方項(xiàng)目一般投資經(jīng)濟(jì)指標(biāo),區(qū)域開發(fā)建設(shè)的土石方項(xiàng)目投資將節(jié)約近5 000萬(wàn)元(挖方單位造價(jià)為10～12元/m3,棄方單位造價(jià)為20元/m3,填方單位造價(jià)為6～8元/m3,借方單位造價(jià)為25～30元/m3)。綜上所述,道路豎向優(yōu)化后,不僅實(shí)現(xiàn)了與用地更好的銜接,還有效從源頭減少片區(qū)土石方棄方、增加了片區(qū)土石方消納能力,也為降低新區(qū)用地開發(fā)建設(shè)成本、提高土地利用價(jià)值打下了良好基礎(chǔ)。

表1 道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化前后相關(guān)指標(biāo)對(duì)比

1—片區(qū)范圍線;2—路段縱坡值;3—道路邊坡;4—降低標(biāo)高節(jié)點(diǎn)2 m;5—抬升節(jié)點(diǎn)標(biāo)高1 m。

4 結(jié) 語(yǔ)

城市道路豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)考慮的因素較多,文中從新區(qū)開發(fā)建設(shè)中土石方的產(chǎn)生源頭出發(fā),重點(diǎn)探討了道路豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)與土石方工程的互動(dòng)聯(lián)系,針對(duì)如何源頭優(yōu)化管控土石方問題,從道路豎向設(shè)計(jì)優(yōu)化角度提出了不同用地場(chǎng)景下的優(yōu)化策略,并結(jié)合重慶高新區(qū)規(guī)劃道路進(jìn)行有效性的實(shí)例分析。文中提出的優(yōu)化策略與方法貼合實(shí)際、具備可操作性,能夠?yàn)槠渌聟^(qū)城市道路的豎向規(guī)劃設(shè)計(jì)提供借鑒。