公路線路設計常用技術手段比較研究

摘 要：論述了公路線路設計的重要性，對目前公里線路設計中常用的技術手段進行了總結，并對這些手段的優缺點進行評析，以期為公路線路設計實踐提供參考和借鑒作用。

關鍵詞：公路 線路設計 技術手段 優缺點評析

中圖分類號：TU2文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0126-01

公路施工質量的好壞，投資效益的高低，都與公路設計的質量好壞息息相關。一般來說，設計方案對工程造價的影響占到75%[1]，改變設計方案是節約工程造價的最有效手段。同時，在按圖施工的模式下，設計方案的質量則直接決定施工質量，直接決定公路建成后能否發揮良好的經濟社會效益。因此，有必要對公里設計技術手段進行研究，不斷改進公路設計的技術手段，為提供高質量的公路設計方案提供技術支撐。文章對公路設計中常用的設計手段進行研究，總結它們在實踐中的應用，以期提高公路設計方案的質量。

1 公路設計的常用技術手段

隨著公路設計理論的創新和計算機技術的發展，公路設計的基本理論和方法和計算機軟件相結合，使得公路設計的技術手段有了長足的進步和發展。當前，常用的技術手段有如下這些。

1.1 CAD技術

CAD技術是目前在建設工程領域使用最為廣泛的技術，也是相對而言比較成熟的技術。早在1992年，便有相關學者對此展開了研究。趙喜安（1992）[2]研究了互通式立交的計算機輔助設計與繪圖系統，建立了適合計算機特點又給用戶提供了最大自由決策的線元設計法，它能迅速有效地由線元構造出各種復雜線形，并可支距出任意條線性、拋物線或圓弧等有確定函數關系的偏置線。該方法實現了方案的比選和優化設計，可以完成各種型式互通立交的初步沒計和施工圖設計與繪圖的主要工作。

1.2 DTM實現技術

趙永平（2009）[1]在研究如何將傳統的公路線路設計中的外業測量和內業作圖有機結合起來，以提高路線設計的效率時候，提出把外業測量采集數據的過程通過數字地面模型DTM技術由計算機自動在內業完成，形成集數據采集、路線設計、成果輸出等多項任務于一體的設計集成系統。該系統主要包含三個核心技術模塊，一是數字地面模型DTM的構建及數據采集技術；二是設計圖表自動生成技術；三是HSDIS道路勘測設計一體化集成系統的功能及程序設計方法。數字地面模型DTM是指利用一個任意坐標場中大量選擇的已知x，y，z的坐標點對連續地面的一個簡單的統計表示。數字地面模型是一個數學模擬的過程，即用地形表面的按一定精度進行觀測的大量采樣點三維坐標表達地形表面。圖表自動生產主要采用的是excel軟件和AutoCAD軟件以及VB語言編寫的源程序，方便其他用戶編輯、保存和技術交流。

1.3 三維關聯優化設計技術

郭騰峰（2005）[2]在研究山區高速公路設計中路線方案比選和優化等迫切問題時，在數字地面模型技術的基礎上，研究和開發了公路平、縱、橫和三維模型之間實時關聯互動的公路三維關聯優化設計技術。該技術用到的核心技術主要有高速三維建模與優化技術、高速數據提取與分段技術、高速數模插值計算技術、平縱橫三維圖形實時刷新技術、計算機多線程運用技術、三維模型建立與顯示技術、網絡數據共享技術和三維動態影像處理技術。

1.4 Supermap公路路線輔助決策支持系統

趙建三（2007）[4]針對現行公路路線CAD系統尚不足以解決公路路線方案比選這類多目標空間決策問題的現實短板，將地理信息系統技術應用于公路設計，開發了基于Supermap公路路線輔助決策支持系統。該系統采用面向對象編程語言、數據庫技術、Supermap組件式開發工具和DSS技術，建立適用面向空間層次體系的數據結構以及開放式系統結構，提供功能完善的信息查詢和決策支持。該系統主要包括數據管理模塊、公路選線模塊和路線輔助決策模塊。該系統包含的主要模型有公路路線決策因子模型、公路路線決策排序模型和CAD數據轉換模塊。

2 常用技術手段優缺點評析

以上總結的4種常用技術手段，由于發展階段和所處時代不同，科技發展水平對于這些方法的發展、推廣和應用有著重要的影響。現就這些常用技術手段的異同點進行如下的評析。

2.1 4種方法的共同點

從以上對各個方法的介紹中可以看出，這四種方法的共同點有以下這些：①都以AutoCAD技術為基礎。AutoCAD作為使用時間最長，在實踐中得到廣泛應用和不斷修正的軟件，被很多專業人員所熟悉和接受，在它的基礎上進行改進或者和其他方法綜合便于業界接受；②三維技術的應用是熱點。以上四種方法中，AutoCAD方法中其實本身包含三維建模功能，只是這種功能不能很好的適應公路線路設計的線形需求。其他幾種方法，則是將空間數據引入傳統的設計工作，使得路線設計工作的外業測量和內業繪圖實現某種程度上的整合和銜接，便于后續的改動，以提高工作效率；③多學科、多種方法融合是發展趨勢。上述四種方法，AutoCAD和其他學科和方法的融合是設計方法進步的重要來源。其中以AutoCAD和地理信息系統方面的知識和軟件相結合最為常見。④計算機技術是這些方法應用的重要保障。這些方法大多依賴于計算機或者軟件完成，尤其是其中的一些編程工作是復雜計算和圖形導出的關鍵所在，而這則有賴于計算機技術的成熟，沒有相應的計算機技術是無法開發這些軟件的，更談不上進一步的推廣和應用。

2.2 4種方法的差異點

AutoCAD方法最為成熟，主要是輔助繪圖，其他方面的功能有限。DTM實現技術則將傳統的外業勘探和內業繪圖結合起來，是在傳統的AutoCAD繪圖技術上的一種整合和延伸。三維關聯優化設計技術則是將繪圖和其他功能模塊相結合，實現計算、圖形建模和三維顯示的有效整合。Supermap公路路線輔助決策支持系統的亮點在于將AutoCAD技術和地理信息系統模型有效結合，同時實現了多方案比選的智能化，系統的功能和其他三種方法相比是最強的。

3 研究結論

公路路線設計是一項復雜的系統工程，傳統的設計方法和技術手段存在工作量大，效率不高，修改工作任務繁重的問題。公路路線設計技術手段的發展和最新進展是值得從業者關注的一個重大問題，文章對當前公路設計中常用的技術手段進行總結，并對他們的異同點進行評述，指出它們各自的優缺點，以便于業界更好地認識這些方法，促進這些方法的應用，為設計工作的繁榮發展提供參考和借鑒。

參考文獻

[1]趙永平，馬松林，王百成.道路勘測設計一體化的DTM實現技術[J].哈爾濱工業大學學報，2009，7（7）：155-159.

[2]趙喜安，洪德昌.互通式立交計算機輔助設計與繪圖系統[J].中國公路學報，1992，5（2）：32-39.

[3]郭騰峰，劉建蓓，張明波.公路三維關聯優化設計技術的研究與開發[J].中國公路學報，1992，5（2）：32-39.

[4]趙建三，朱添寶.基于Supermap公路路線輔助決策支持系統的研究與開發[J]. 中外公路，2007，10（5）：135-138.