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(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的公路里程持續(xù)增長，公路信息化也在加快，逐漸由公路二維模型發(fā)展到公路三維模型。公路路政管理，基于點多、線長、面廣、數(shù)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(qū)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(tài)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(jié)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(tǒng)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(yǎng)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(wǎng)管理，受到二維平面的限制，無法從縱深上直觀反映路網(wǎng)及地下管線設施的真實空間位置，難以對大量的路網(wǎng)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(shù)構(gòu)建的公路三維模型能直觀地描述路網(wǎng)的三維特征及空間關(guān)系，能真實地反映公路、公路用地范圍、建筑控制區(qū)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(shù)據(jù)、可視化模型，減化公路涉路施工許可現(xiàn)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(jù)不足或盲目施工造成損失，對涉路施工許可有重要的現(xiàn)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(cè)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(cè)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(gòu)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(jù)不同的對象，利用3D GIS、VR、CAD等技術(shù)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和道路場景組織方式，使影像模型、數(shù)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(yōu)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(nèi)進行大規(guī)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(gòu)可依據(jù)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(qū)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(xiàn)場勘測的工作量，提高涉路施工許可審查的可靠性，規(guī)避工程建設的風險。

涉路施工許可后，系統(tǒng)依據(jù)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(nèi)架設，埋線管設、建筑控制區(qū)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(jié)合公路管線設施的三維參數(shù)化CAD模型，自動生成公路管線設施，迅速自動關(guān)聯(lián)管線設施類型、覆土深度、埋深、管徑、材質(zhì)等屬性數(shù)據(jù)，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(jù)。

圖2 三維模型圖

實施的關(guān)鍵技術(shù)

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(shù)表如圖3所示，而并行路面類管線錄入兩點樁號參數(shù)表如圖4所示。根據(jù)錄入的參數(shù)進行轉(zhuǎn)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(jīng)緯度采集數(shù)據(jù)表設計而成）轉(zhuǎn)換成對應的84坐標系經(jīng)緯度。

就跨穿越管線而言，通過中心點樁號獲取中心點經(jīng)緯度，再根據(jù)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(jīng)緯度，得到二維地圖上的管線走勢，最后根據(jù)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(yè)，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(shù)

圖4 并行路面類管線錄入兩點樁號參數(shù)

圖5 水平定向鉆施工案例

結(jié)語

我國公路網(wǎng)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(yè)使得公路網(wǎng)內(nèi)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(wǎng)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(guī)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(xiàn)。