基于公路三維模型的涉路施工許可應用

文/浙江省嘉興市公路管理局 黃鑫 丁國飛

嘉興東芯蘭電子科技有限公司 肖雪嬌

隨著社會經濟的不斷發展，我國的公路里程持續增長，公路信息化也在加快，逐漸由公路二維模型發展到公路三維模型。公路路政管理，基于點多、線長、面廣、數量眾多、信息量大的屬性，諸如挖掘公路或使用公路改線、穿越公路、建筑控制區埋設管線等許可設施、建設公路平面交叉道口許可等，具有動態特性的涉路施工許可管理工作，管理起來錯綜復雜。此外，較多的涉路施工具有隱蔽、永久等特點，例如埋設管線、穿越等涉路工程，在工程結束后，只能通過公路的樁號記錄路基下的管線設施。但是，公路樁號會隨公路等級或者名稱的變更而改變，隨著時間的推移，很難再通過公路樁號找到路基下埋設管線設施的具體位置，該種傳統的做法使路政管理工作處在被動的位置，同時也為公路改擴建工作、公路管養工作增加阻礙，甚至還會對地下管線造成破壞和損失。

基于公路二維模型的GIS方式對公路路網管理，受到二維平面的限制，無法從縱深上直觀反映路網及地下管線設施的真實空間位置，難以對大量的路網附屬物信息和地下管線信息有效地描述和表達，不能直觀地反映公路及其附屬物的情況。在涉路施工設計和許可過程中，由于缺乏對公路地下管線的了解，造成涉路施工前期勘察物探工作難度大、進度緩慢。基于BIM+3D GIS技術構建的公路三維模型能直觀地描述路網的三維特征及空間關系，能真實地反映公路、公路用地范圍、建筑控制區的地上地下的空間狀況，為涉路施工許可審查提供公路電子化數據、可視化模型，減化公路涉路施工許可現場勘測的工作量，提高審查準確性，避免由于公路涉路施工審核依據不足或盲目施工造成損失，對涉路施工許可有重要的現實意義。

公路三維模型及涉路施工許可

公路三維模型

公路一般由中央分隔帶、路基面、硬路肩、土路肩、邊溝、邊溝平臺、路堤、護坡、邊坡外側地面等組成，同一線路不同路段的公路，通常情況下其組成部分也不相同，很難作為一個對象建模。因此可將公路的組成抽象為描述獨立的點狀地物，如行道樹、路燈、交通標志等的點對象；描述二維空間中的實體，如路面、邊坡表面、邊溝的側面和底面等地面對象；描述有特定意義的實體，如橋梁、涵洞等工程實體或其構件，一段特定紋理的路面、邊坡等對象；以及多個對象的集合組對象。

根據不同的對象，利用3D GIS、VR、CAD等技術和公路三維建模方法，建立公路地形模型、建筑模型、公路設施模型、管線模型、植被模型，設計公路三維數據結構和道路場景組織方式，使影像模型、數字地面模型與公路三維實體模型有效融合，生成公路的真實感景觀模型，如圖1所示。

圖1 公路的真實感景觀模型

涉路施工應用的優勢

公路、橋梁、城市道路、給排水管線、電力線、石油管線、天然氣管線等基礎設施建設的不斷增加，與在有限的市域面積內進行大規模基礎設施建設，造成相互交叉和干擾。涉路施工許可前公路管理機構可依據公路真實感景觀三維模型查看涉路施工申請目標路段的路線平面、縱斷面、橫斷面、公路用地范圍、建筑控制區的地上地下的設施設備空間分布狀況，了解涉路施工活動的可行性，減化現場勘測的工作量，提高涉路施工許可審查的可靠性，規避工程建設的風險。

涉路施工許可后，系統依據涉路施工申請中的占用、挖掘、使用公路改線、跨越或穿越公路、公路用地范圍內架設，埋線管設、建筑控制區埋設管線、建設公路平面交叉道口等涉路施工方式，以及管道類型、路線簡稱、起點樁號、終點樁號、中心樁號、與公路夾角、管線長度、管徑、埋設方式、管徑材料等信息，結合公路管線設施的三維參數化CAD模型，自動生成公路管線設施，迅速自動關聯管線設施類型、覆土深度、埋深、管徑、材質等屬性數據，及時更新公路三維模型圖，如圖2所示，避免其他建設單位的涉路施工申請與已許可的涉路施工申請沖突，同時為涉路工程完工后的驗收工作提供可視化審核依據。

圖2 三維模型圖

實施的關鍵技術

涉路施工管線可分為跨穿越類管線和并行路面類管線，其中跨穿越類管線通過錄入中心樁號參數表如圖3所示，而并行路面類管線錄入兩點樁號參數表如圖4所示。根據錄入的參數進行轉化算法形成三維管線圖，將錄入的樁號通過算法（具體算法基于大量的樁號與經緯度采集數據表設計而成）轉換成對應的84坐標系經緯度。

就跨穿越管線而言，通過中心點樁號獲取中心點經緯度，再根據管線與路面夾角，以及管線兩端距離中心線距離、管線總長計算得到進出土點經緯度，得到二維地圖上的管線走勢，最后根據管線出入土點的高度，以及管線距離路面高層的距離和彎曲曲率半徑，將管線生成盡可能多的離散點，從而生成路面上、下的管線形狀和走勢。并行路面管線同理，在生成管線走勢時參考管線施工類別，譬如采用水平定向鉆管線，管線走向大致如圖5所示，如采用頂管作業，則管線走向大致為直線。

圖3 跨穿越類管線通過錄入中心樁號參數

圖4 并行路面類管線錄入兩點樁號參數

圖5 水平定向鉆施工案例

結語

我國公路網的面積不斷增大，公路的占用、挖掘、改線、跨越、穿越、架設、埋線等作業使得公路網內部變得異常復雜。公路三維模型在涉路施工許可中的應用使公路網地上地下的空間狀況變得立體、透明、可視化，大大提高涉路施工審核的準確性，很大程度上規避了工程建設的風險。但是，公路平面交叉道口及公路占用、挖掘、改線涉路施工三維模型自動生成目前還未實現。