數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

羅顯偉

（江蘇中設(shè)集團(tuán)股份有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430050）

引言：探索數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，需設(shè)計(jì)人員能夠把握數(shù)字技術(shù)的具體特征、發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，并在把握路橋工程整體概況的基礎(chǔ)上，對(duì)其加以應(yīng)用，發(fā)揮出其最大的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化各個(gè)階段的設(shè)計(jì)工作，擯除以往設(shè)計(jì)工作中的諸多難題與缺陷，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，避免路橋在后續(xù)使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題而造成的成本提升，這對(duì)于路橋設(shè)計(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有著積極的意義。

一、路橋設(shè)計(jì)數(shù)字化概述

實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，滿足以下特征：其一，材料特征。通過(guò)數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料各項(xiàng)屬性的分析與描述，比如鋼筋、混凝土的標(biāo)號(hào)、數(shù)量、應(yīng)用階段等基本信息，構(gòu)建物理特征，為其后結(jié)構(gòu)計(jì)算以及材料匯總提供豐富、完善的原始資料；其二，功能特征。按照各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施、材料結(jié)構(gòu)等在不同階段路橋設(shè)計(jì)中的特征與作用，對(duì)其加以描述并進(jìn)行相應(yīng)的功能約束；其三，幾何特征，對(duì)路橋整體的幾何結(jié)構(gòu)分析并描述，然后以三維數(shù)據(jù)的形式加以表達(dá)；其四，裝配特征，描述不同特征間存在的幾何關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建相對(duì)完善的特征模型[1]。

二、數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前階段，數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，已經(jīng)取得了比較直觀的效果，比如可實(shí)現(xiàn)手機(jī)、電腦等終端與條形讀碼器、激光測(cè)距儀、GIS 技術(shù)、打印機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、掃描儀等設(shè)備的連接，可實(shí)時(shí)獲取路橋現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為其后的設(shè)計(jì)工作提供比較豐富的參考數(shù)據(jù)，通過(guò)BIM、3D 建模、3D 繪圖、施工模擬、碰撞檢查等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)技巧把各類信息進(jìn)行數(shù)字化處理，最大程度降低設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)交流障礙。但是數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用多是起到輔助的作用，很多應(yīng)用方式正處于開(kāi)發(fā)狀態(tài)。

三、數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用途徑

（一）信息采集

路橋設(shè)計(jì)進(jìn)程中，信息采集必不可少，以往的信息采集方式，雖然實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)信息設(shè)備與技術(shù)的應(yīng)用，但大部分都需依靠人工來(lái)完成，效率較低，且容易出現(xiàn)錯(cuò)漏問(wèn)題，且在大量的重復(fù)性檢驗(yàn)過(guò)程中，耗費(fèi)較多的人力物力，仍舊難以完全保證其真實(shí)性，而在引入數(shù)字技術(shù)之后，能夠在一定程度上避免以上問(wèn)題，并可通過(guò)遠(yuǎn)距離勘探來(lái)降低工作壓力，提升勘測(cè)信息準(zhǔn)確性。具體流程：在設(shè)計(jì)前組建專業(yè)團(tuán)隊(duì)對(duì)路橋施工場(chǎng)地進(jìn)行全范圍的考察與勘探，了解該地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文情況、土層結(jié)構(gòu)與相關(guān)政策變化等，并需相關(guān)管理人員從全局角度考慮，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、全面化的數(shù)據(jù)采集與匯總，以此來(lái)為后續(xù)的路橋設(shè)計(jì)提供比較可靠的數(shù)據(jù)信息以及后勤保障，提升整體過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性。同時(shí)，還可以相應(yīng)的數(shù)字技術(shù)構(gòu)建路橋數(shù)據(jù)庫(kù)，將與路橋工程相關(guān)的工程預(yù)算、歷史軌跡、其后環(huán)境、地理位置等信息掃描并輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)，建立單獨(dú)的文件夾進(jìn)行分類存放；最后，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、整理與儲(chǔ)存中，可加快各項(xiàng)數(shù)據(jù)的校對(duì)速度，利于后續(xù)路橋設(shè)計(jì)的穩(wěn)步推進(jìn)[2]。

（二）三維建模

信息采集是路橋設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工作，其后需將采集的信息以合理的方式應(yīng)用在路橋設(shè)計(jì)圖紙與方案中，以此來(lái)使得設(shè)計(jì)的外部形態(tài)、功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等能夠以比較立體的方式展現(xiàn)，為整體的設(shè)計(jì)工作提供較大的便利性。在采集人員采集完系列數(shù)據(jù)信息后，在數(shù)字技術(shù)的支持下將系列數(shù)據(jù)信息優(yōu)化處理，以此來(lái)為設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造更加適宜的數(shù)據(jù)應(yīng)用環(huán)境，這對(duì)提升路橋設(shè)計(jì)整體效果有著積極的作用。設(shè)計(jì)人員能夠綜合路橋設(shè)計(jì)整體情況，合理應(yīng)用GIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)、遙感技術(shù)來(lái)獲取施工現(xiàn)場(chǎng)比較全面的信息，亦可選擇一些輔助建模軟件來(lái)推進(jìn)三維建模，比如OpenBridge Modeler軟件，是Bentley 公司針對(duì)橋梁模型創(chuàng)建而開(kāi)發(fā)的一款參數(shù)化三維設(shè)計(jì)軟件，具有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)建模功能，包括渲染和可視化、碰撞檢測(cè)、動(dòng)態(tài)視圖、出鋼筋表和施工模擬。可以利用強(qiáng)大的參數(shù)化截面圖模板，自由創(chuàng)建復(fù)雜形狀的模型。而其豐富的常用結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化組件庫(kù)可以幫助用戶簡(jiǎn)化日常的橋梁建模工作、實(shí)現(xiàn)逼真的可視化效果并提供費(fèi)用估算明細(xì)；最后設(shè)計(jì)人員可對(duì)比分析三維模型與設(shè)計(jì)圖紙，明確其中的錯(cuò)漏內(nèi)容與不切適宜的部分，對(duì)其加以針對(duì)性的整改工作，并可選擇可視化技術(shù)，整合路橋設(shè)計(jì)進(jìn)程中的客觀因素，建造三維立體模型，展示路橋設(shè)計(jì)與施工后的整體效果[3]。

（三）道路工程設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)模式的道路工程設(shè)計(jì)工作凸顯往復(fù)、復(fù)雜、瑣碎的特征，為避免這些問(wèn)題，有必要實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)在設(shè)計(jì)道路進(jìn)程中的全范圍、深層次應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)道路設(shè)計(jì)中數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，主要表現(xiàn)在以下數(shù)點(diǎn)：

其一，通過(guò)數(shù)字技術(shù)可解決以往城市道路應(yīng)用過(guò)程中的立交互動(dòng)與線性交叉問(wèn)題，在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)之后，可對(duì)道路的整體設(shè)計(jì)以及后續(xù)的應(yīng)用情況有一個(gè)整體的把握，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行計(jì)算與邏輯推導(dǎo)，有效調(diào)整道路的縱斷面與平面，以數(shù)字技術(shù)中的智能化運(yùn)算來(lái)解決城市道路應(yīng)用過(guò)程中的擁堵問(wèn)題，在宏觀層面對(duì)下表1中道路設(shè)計(jì)涉及的各類指標(biāo)，加以把控，提升道路設(shè)計(jì)的數(shù)字化程度，提升該道路的實(shí)用性；其二，通過(guò)數(shù)字技術(shù)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)程中的各項(xiàng)道路參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤與監(jiān)控，特別是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)專業(yè)類軟件的綜合與應(yīng)用，可協(xié)調(diào)多專業(yè)的橋梁團(tuán)隊(duì)：交換項(xiàng)目信息(其中包括橋梁幾何線形、材料、載荷、預(yù)應(yīng)力鋼絞線模式和抗剪鋼筋)，從而加強(qiáng)決策。通過(guò)在整個(gè)橋梁生命周期過(guò)程中實(shí)時(shí)協(xié)作和共享、重復(fù)利用和重新創(chuàng)建數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容管理，最大程度地減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)和施工問(wèn)題；其三，通過(guò)數(shù)字技術(shù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，可保持道路控制點(diǎn)、核心位置信息以及焦點(diǎn)間距等各個(gè)系統(tǒng)間的平衡性，從而使得道路工程曲線半徑、轉(zhuǎn)角方式、分布狀態(tài)等參數(shù)按照數(shù)字化模式呈現(xiàn)，提升道路設(shè)計(jì)質(zhì)量；其四，數(shù)字技術(shù)可為設(shè)計(jì)人員構(gòu)建相應(yīng)的操作空間與輔助系統(tǒng)，比如通過(guò)HCAD 系統(tǒng)，可讓設(shè)計(jì)人員進(jìn)行交互式處理與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，在發(fā)揮各項(xiàng)專業(yè)軟件與數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員能夠迅速明確工程標(biāo)高、位置等關(guān)鍵信息，并把握道路縱橫方向數(shù)據(jù)信息，發(fā)揮出數(shù)字技術(shù)更大價(jià)值的同時(shí)，為設(shè)計(jì)人員構(gòu)建更加先進(jìn)、直觀的設(shè)計(jì)平臺(tái)以及操控空間。需注意的是，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用需掌握對(duì)應(yīng)的方法與策略，立足于其本身的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其與道路設(shè)計(jì)的有效結(jié)合，方可有效提升道路設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。

表1 道路設(shè)計(jì)指標(biāo)表

（四）橋梁設(shè)計(jì)

橋梁設(shè)計(jì)進(jìn)程中，撓度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與承載力計(jì)算與分析等工作異常關(guān)鍵，在引入數(shù)字技術(shù)后，通過(guò)其精準(zhǔn)計(jì)算能力，能夠有效保證設(shè)計(jì)工作的精準(zhǔn)性，保障橋梁設(shè)計(jì)的運(yùn)行壽命與安全，比如可借助人機(jī)交互，將各個(gè)階段的設(shè)計(jì)成果展示在計(jì)算機(jī)界面，并以相關(guān)分析軟件來(lái)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、分析、儲(chǔ)存與應(yīng)用；同時(shí)，也可借助數(shù)字技術(shù)來(lái)構(gòu)建橋梁跨度結(jié)構(gòu)，以模型為參考來(lái)處理其中的拉彎問(wèn)題，優(yōu)化橋梁上部平整度以及兩端坡度，提升其合理性與美觀性；最后可借助界面顯示，控制端點(diǎn)變化在一定范圍內(nèi)，保持橋梁結(jié)構(gòu)變化幅度與極限承載力不會(huì)遭受過(guò)多影響，以此來(lái)優(yōu)化整體的橋梁設(shè)計(jì)工作，這對(duì)于提升橋梁的整體性能來(lái)說(shuō)有著一定的促進(jìn)作用[5]。

結(jié)語(yǔ)：綜述，文章就數(shù)字技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了論述與分析，探討了該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用特征，強(qiáng)調(diào)了其對(duì)于路橋設(shè)計(jì)整體的重要性，要求給予其足夠的重視，提升其與設(shè)計(jì)工作的契合性，優(yōu)化整體的設(shè)計(jì)流程，提升路橋設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性，從而保障其后續(xù)順利施工與應(yīng)用效果。