道路设计方法探索

道路设计方法探索

作者：解锟 胡树超

来源：《环球市场信息导报》2014年第02期

道路设计方法决定其设计出道路的质量、工程量及设计过程中设计人员所花费时间和精力的多少。因此，在社会日新月异、科技高速发展、各行各业都致力于改革与创新的今天，道路设计方法的改革与创新也迫在眉睫。 1 道路设计方法简介

现有的道路设计方法主要有现场勘探设计、纸上设计和计算机设计。

现场勘探设计是指有经验的专业人员通过对现场地形进行勘探，根据专业知识和经验，在现场设计出道路的路线、坡度、坡向及大概的标高。其优点是设计出来的道路与现场地形结合较好；缺点是过多地依靠主观经验，没有进行精确的客观计算，无法在路线行车舒适性及工程量上达到最优。

纸上设计是设计人员通过对地形图的分析，考虑路线行车舒适性及工程量等因素，在图纸上进行道路设计。其优点是可以统筹全局，精确设计并计算工程量；缺点是会因地形图的不准确而影响设计道路的适用性，且修改比较困难。

计算机设计是使用电子地形图，利用计算机进行辅助设计，过程与纸上设计相似。其优点是精确度比纸上设计更高，且大部分计算过程由计算机完成，修改也简单方便，能有效提高工作效率；尽管如此，为确保准确性，最好能通过现场勘探确保地形图的准确性及对其完全地理解。

2 道路设计方法思考

三种现有道路设计方法相比之下，计算机设计能依据最精确的地形图，最大限度地代替设计人员进行计算，很好地提高设计人员的工作效率。因此，计算机设计成为时下应用最为广泛的道路设计方法。

计算机设计一般通过应用道路设计软件来实现。国内的这类软件基本是由开发人员根据国内道路设计的一些专业要求，基于AutoCAD进行二次开发而来。

道路设计主要分三步：第一步是道路平面设计，即对道路路线进行设计；第二步是道路纵断面设计，即通常所称的拉坡，主要根据自然地形、行车舒适性及工程量大小进行；第三步是道路横断面设计，主要包括路面宽度及分幅情况，由道路的性质、交通流情况及交通量大小决定。具体设计时，道路平面设计和纵断面设计相互影响较大，这两步总要相互对照进行，设计

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经验不足时需要多次修改才能达到最优。道路横断面设计可能在路线两边可用宽度不足时会影响平面设计，而对纵断面设计影响很小。

国内的道路设计软件一般也是根据以上三步进行的。首先根据地形图进行路线设计，之后绘出纵断面图，继而完成道路纵断面设计；若发现设计路线有不妥的地方，需要调整路线，重新绘制纵断面图，直至设计出满意的道路纵断面；完成以上两步后开始进行道路横断面图的绘制，主要根据已经设计好的道路纵断面，结合道路平面进行绘制；若发现道路平面或纵断面有不妥的地方，需要返回对其重新设计，如此反复直至平纵横协调一致，达到最优，至此道路设计完成，出图。

可以看出，国内现有这类软件只是简单地将道路设计过程从纸上搬到计算机上，主要利用计算机完成一些繁琐的计算和绘图过程，并没有应用当今计算机技术优势功能，如高仿真、智能化和3D技术。因此，设计师们不应局限于这些常用的道路设计软件，开阔视野，寻找那些将道路设计变得更加直观、简单化，且能够最大限度地帮助设计者拓宽设计思路的道路设计软件和方法。

3 国外道路设计方法探究—利用Civil3d进行道路设计

为分析国外学者研究道路设计方法的新思路及创新，这里对一款较为先进的国外道路设计软件——C3D的道路设计过程进行简单地研究，希望从中得到一些启示。

地形图分析处理。C3D可以对处理好的地形图进行高程分析，精度可以根据需要调整。通过高程分析，可以直观地看出地形的起伏状态，如图1。 图1 地形高程分析（颜色由浅到深表示高程由低到高）

路线设计。在C3D中，绘制出路线后，能很快生成路线位置的地形纵断面，从而直观地查看原始地形的情况。同时，生成的地形纵断面与路线动态关联，可以帮助设计者很快地寻找到最优路线。

纵断面设计。完成路线设计后让C3D生成道路纵断面图，可以选择纵断面图表格中所需要的数据；该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com

总第539期2014年第07期-----转载须注名来源然后在纵断面图中绘制出道路纵断面设计线，该设计线和道路纵断面图也是动态关联的，方便纵断面设计线的优化修改。

道路装配设计。道路装配设计也就是常说的横断面设计，C3D提供了各类道路所需的多种配件，设计者将这些配件进行组合，形成符合要求的道路装配即可，而且组合好的装配可以保存起来，供以后使用。

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道路建模。道路建模是C3D的一个先进技术，根据道路路线、纵断面及道路装配可以建立道路的实体模型，如图2、图3。实体模型是在三维空间中建立的，通过它我们可以全方位直观地观察道路情况，还能以第一视角模仿汽车在道路上的行驶状态。当路线发生改变时，重新生成道路模型即可，非常方便。 图2 道路模型局部

图3 道路整体模型与地形结合情况

至此，利用C3D设计道路的过程基本完成。

C3D道路设计主要有以下几个优点：（1）观察地形及设计道路的三维形态非常直观；（2）动态关联特性为设计者省去很多繁琐的计算和修改工作；（3）道路建模精确地将道路实体化，为效果图制作及道路仿真提供方便；（4）为专业人员的二次开发预留了足够的接口。 4 道路设计软件发展方向探讨

结合上述对道路设计方法和C3D道路设计过程的分析，提出道路设计软件创新与发展的几个方向：

直观化。充分利用计算机3D优势，直观地显示地形图及设计道路，使设计者能够细致地查看各阶段设计道路的具体情况，以便提出最优方案或对方案做出相应的修改；

智能化。智能化主要有三个方面，一是动态关联，例如道路的平纵横设计动态关联，当其中一个发生改变时，其他两个即时改变，避免重复工作；二是自动纠错功能，例如当设计路线经过不宜穿越地形（峡谷、河流、地质不良等）时，软件自动提示设计者；三是智能路线设计，即按设计要求给出最佳路线，例如按标准横断面及坡度、坡长要求，自动推荐出土石方量最小的设计方案；

模拟仿真。通过模拟仿真检查设计道路的整体情况，同时在汇报时便于业主对方案的了解；

自动检查。以道路设计标准为依据，对设计道路进行检查，例如对车速、路线线形、视距等进行检查；

标准化出图。通过设置软件的绘图格式，使所绘图纸能很好地满足国内道路设计行业的出图要求。

综上所述，计算机设计凭借其计算精准快速和绘图便捷等特点，已经成为道路设计的主要方法。然而，国内主流道路设计软件只是简单地将纸上设计搬到计算机上，帮助设计者完成复

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杂的计算及绘图过程，并没有充分发挥计算机的优势而提供更好的设计环境，让设计者设计出最优的方案。

相比而言，国外学者已经根据设计者的需求，利用计算机技术，开发出像Civil3d这种集三维化、智能化、道路建模等一体的道路设计软件，实现了道路设计方法的改革。因此，国内设计人员及软件开发人员应该借鉴国外先进软件的发展方向，结合国内道路设计行业的具体要求，在此基础上探索、开发适合国内设计人员使用的道路设计软件。 （作者单位：中国民航机场建设集团公司；中国核电工程有限公司）