市政路桥线形设计分析

刘子杰

（广州市市政集团设计院有限公司，广东广州 510060）

市政工程的线形方案对于城市规划具有一定作用，居民建筑、商用建筑对于工程线形均有影响。线形设计特点如下。

（1）市政项目交通设施较多、交通交汇情况具有多样性，线形设计需参考多种因素。

（2）市政道路设计，应契合城市发展理念，严格设定各项参数，从出行需求、人口密集性、经济实况等方面，综合确定给出线型设计。

1.1 增加路桥曲线美

路桥线形设计融合了几何作图方法。桥型中线设计时，应将道路内外两个中线设计在相同直线上。然而，实践设计时，存在道内、道外两个中心位置偏差问题。为此，需在两组中线表层均添加一组直线。采取测量工艺，获取两个中线的偏差角度。假设偏角为A，在A角内进行几何作图，补充中线。此种设计方法，能够利用通航孔桥，创建五连跨的路桥结构。水中引桥设计，采用双幅桥面结构方案，对主梁进行分离设计。钢箱梁采取自然流线设计方法，提升结构的抗风能力。边跨位置的箱梁，保持主梁高度、箱体整高、梁柱高度的相同性。斜拉索的制作材料为“高强环氧钢绞线”，拉索下方区域添加了止振设备，以此防止出现共振问题。在塔外增设两个凹槽，提升主塔结构整体线条的曲线美。

1.2 保证雨水收集有效性

市政道路施工任务中，管渠是较为多见的结构。使用路面积水设施，收集路面汇集的雨水，经过连接管道，将雨水导入城市排水程序。参照城市道路设计要求，人行路、道路积水处、街边庭院均需设计雨水口，道路低洼、积水聚集较多的位置，应结合实情添加雨水口。为此，设计人员应规范掌握各项设计规范，对于现场设计给出基础方案。在市政道路竖向断面位置添加雨水收集口，具有雨水收集设计的常见性。此种设计结构，竖向曲线两侧的边坡，表现出一定差距，并未进行对称设计，变坡节点与最低点位难以统一，由此形成竖向边坡对称性不足问题，在雨水收集、污水排出、水流疏导期间，会降低排水速度，形成水源浪费。在线型设计中，准确设计变坡点，利用几何作图形式，找出最低点方位，测算出雨水口的设计范围。由此发现：使用道路线型设计，能够准确找出雨水口位置，增强道路排水顺畅性，提高雨水收集有效性。

1.3 提高工程美学欣赏价值

立交匝道设计引入工程美学设计思想，使交通流空间处于分割状态。设计人员应保证立交匝道位置的合理性，使其处于安全使用状态，再融合美学设计理念。路线线形的规划，应结合工程具体实况，保证设计规范的可用性，参照各项设计规范，提升立交匝道设计的标准性，增加道路线形的美感。在道路功能完善时，可使用数学计量形式，准确获取弯道度数、匝道高程、坡度大小各项参数，以此提升道路功能设计的规范性，带给人们道路功能视觉美感[1]。

2.1 选地

路桥线形设计需合理选择线形的设计点位，以保障路桥线形的整体视觉效果。使用BIM与地理信息平台结合的形式，全面收集路桥周边的信息，提升BIM模型的创建质量，完整呈现现场实况，给出针对性措施，综合确定路桥线形。

2.2 可视设计

一般情况下，市政路桥的设计工作主要参照平面图。设计人员无法全面掌握桥梁的结构信息，会进行多次修改，保证路桥线形设计质量。使用BIM技术，可创建立体模型，模拟工艺方案，展现施工效果，及时发现路桥线形设计的不足，设计师可自行调整线形，提高设计人员的线形方案优化速度，呈现视觉更自然、线条更美观的路桥线形设计。此种可视设计，可提高路桥线形设计质量。BIM技术支持多方主体共同进行路桥线形设计，以此加强设计、施工各个参建单位的设计协同性，获取更可行的路桥线形方案[2]。

2.3 优化道路线型

道路线形设计作为市政道路规划的关键任务，设计过程应有效控制多种因素。选定道路中线时，应全面思考多种控制条件，参照道路线位设计方法，开展拟合处理，结合道路设计规范的各类规范，对平曲线、缓和线进行合理设计，以此保证线条设计的优化性。道路竖向断面的线形设计，能够显著优化城市空间的设计效果，可增强城市建设能力，提高市政交通的运行秩序。BIM平台可进行立体地形设计，参照道路中线位置，给出最优的设计方案，获取较好的设计效果。

3.1 工程概述

案例城市道路项目起始于S114广州市花都区省道，终点在一所热力电厂门口，道路项目的行驶方向为“南北”，路长3304m，路况9m，采取双向通行车道的设计方法。道路设计方案如表1所示。道路起点处有“巴江河”，需进行桥梁施工，桥梁长度合计454m，路宽17m，主桥采取三跨一联结构的设计形式，主桥长度总和为204m。

表1 案例项目的施工值选取情况

3.2 创建地形曲线模型

使用案例道路工程的DWG地形文件，用作地形数据，创建地形曲面模型。使用Civil 3D程序创建空地形模型，再点击曲面定义功能，在地形曲面模型中添加等高线、高程点等信息，形成资料完整的地形曲面。去除曲面高程的偏差点，进行边界检查、立体渲染等处理，获取地形曲面模型。

3.3 平面线形设计

路桥线形的工艺方案，是参照市政道路设计需求，给出相应的路网规划成果，结合项目勘察、市内交通数量各项因素，给出的线形规划方案。线路方位对于城市周边环境、设施性能具有一定影响作用。平面设计应考量道路地形、周边地物的布置方法，已经确定的线路平面规划，不可作出调整。平面设计项目含有：平曲线半径、行车视距等。围绕行车安全、行车高效等理念，综合给出平面设计方案。道路线形含有路长、路宽等多种类型的数据，是道路线形的水平画面。平面线形设计包括曲线、直线两种设计方法。曲线法含有积木设计、单元设计等类型，直线设计以“交点法”为主要方法。路桥线形规划期间，曲线半径参数的确定，应参照用路规划级别、地形实况、地物特征等多个因素，综合给出线形方案。平曲线设计理念，应尽可能地选出半径最大值，提高道路通行能力。如果项目所在位置、周边地物，对于路桥线条具有一定设计干扰，可前期给出曲线切线、外矢距各类参数，获取设计结果[3]。案例路桥项目的线位设计理念，围绕“少用地”“红线控制”等思想，共给出11组圆曲线。参照城市分路的设计规范，行车速度40km/h，少数路段行车速度减半，逐一给出设计方案，保证指标设计符合规范。

3.4 断面线形设计

Civil 3D程序在进行竖向断面线形设计时，有两种设计路径：参照单元法给出竖向断面线形的具体方案；
以直线交点为初始位置，确定直线后，添加竖曲线各项参数。以地形曲线模型为参考，用作竖向断面设计的数据资料，使用线交点形式，获取拉坡线，添加竖曲线数据，获取竖向断面线形的具体规划。Civil 3D程序可进行多窗口设计工作，准确提取平面线形资料，保证竖向断面线形的规划质量，以此显著增强平面、竖向两种线形的设计效果，在变动平面线形时，可查看竖向断面的整体情况。横断面设计时，案例项目为市政项目，路宽9m，河款17m，全面调查项目周边的路网规划情况，对规划用地进行特征分析，同步计算交通流量，对比各类横断面方案。案例项目的横断面工艺内容为：路缘带1m×2，行车路径宽7m。竖向断面设计时，参照坡长、竖向坡度的最大值等参数，设计方案如表2所示。

3.5 桥梁结构的线形设计

（1）预拱度设计。案例桥梁项目中跨位置的预拱度参数为20mm，边跨位置未设预拱度。

（2）河堤断面设计。案例桥梁项目的河堤防护等级为“4级”，使用的缘石强度为“C20”，用料装配期间，各组用料间隔位置预留5cm的排水沟。主拱位置的断面设计方案如图1所示。

表2 竖向断面设计方案

图1 主拱位置的断面设计方案

3.6 工程安全评价

案例项目的行车速度，是指交通运输为“自由流动”时，特定位置获取的行车速度，可在曲线中获得其真实运行速度。参照相关研究，对于相邻两个路径的行车速度差值ΔV、行车速度梯度值ΔI，用两个参数的绝对值，判断两个路径行车的平稳性。行车速度V减去设计速度差值ΔV，计算结果的绝对值，可用于判断相同道路周边路径的行车平稳性。安全评价规则如表3所示。

表3 安全评价规则

参照公路工艺规范的硬性设计指标，进行视距安全性评价，以此保障行车安全。道路沿线各个车道应保证视距的充足性，以此提升行车安全性，在出现行车不利问题时，行车人员可及时给予响应。道路行车视距的干扰因素有：“平曲线”“竖向断面”“边坡”“护栏”等。为此，立体结构视距测算结果，更加符合项目视距实况[4]。

使用BIM技术规范测定立体视距参数，融合空间两点通视理念，优先算出驾驶者、障碍物两个节点高度，再获取两个空间视线的清晰性。运行Civil 3D程序，使用立体模型开展行车模拟，前期设定车辆的通行位置，引入空间两点通视思想，获取行车人员视线位置，得出可视路面的某物体距离最大值，即可获得立体空间的视距测算结果。道路线形设计的视距安全性评价方法如图2所示。

图2 道路线形设计的视距安全性评价方法

综上所述，使用BIM调整行车路径的平面线条、竖向断面线条，给出相应的道路线形安全评价方法。实践中，BIM技术可融合路桥线形参数调整，表现出较强可视设计、参数调整等技术优势，顺应各方主体的线形设计需求。Civil 3D平台给出的各类线形设计方法，可显著提高道路平面、断面的设计质量，增强道路线形设计方案的可用性。从行车速度、视距两个方面，综合判断道路线形设计的安全性，具有工程评价的客观性，可用于判断线形设计方案的可用性。