市政工程道路的智能化設計思路

張效賓

（青島冠通市政建設有限公司）

1 引言

市政工程道路設計涉及內(nèi)容比較多，不但影響交通運行的安全性、穩(wěn)定性，而且對交通組織管理、智慧城市建設影響重大。面對工程設計重難點問題，可以采用智能化技術手段，降低設計難度，減少設計錯誤，優(yōu)化設計效果，為后續(xù)施工、運營管理提供便利條件。同時，采用智能化設計思路，有利于提高道路交通的智慧管理和服務水平，加快智慧城市建設步伐。

2 市政工程道路主體智能化設計思路

2.1 主要設計內(nèi)容

市政道路主體工程以道路實體為主，需要進行功能設計、路線設計、斷面設計、結構設計等方面工作，根據(jù)道路位置、交通流量等綜合因素，明確工程功能定位，確定市政道路等級，滿足服務功能和設計年限要求。

合理規(guī)劃設計路線，科學制定道路起點和終點，能夠與現(xiàn)狀道路有效銜接，發(fā)揮相應的區(qū)域聯(lián)通、集散分流作用，為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會生產(chǎn)生活提供便利。

合理設計道路斷面，依據(jù)現(xiàn)狀地形地勢標高、特殊控制性節(jié)點、橋梁標高要求以及相關規(guī)范標準，優(yōu)化設計縱斷面。根據(jù)相關設計規(guī)范，確定行車道、非機動車道、人行道、綠化帶等橫斷面組成部分，細化各部分寬度，提高交通通行效率，保證行車的安全性、穩(wěn)定性。

注重關鍵節(jié)點優(yōu)化設計，兼顧經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)保效益，打造具有多種功能效果的節(jié)點設計方案。

在道路結構設計上，根據(jù)道路等級，確定結構層次以及各層次厚度，分析地形地貌、地質(zhì)條件、地下水分布等綜合因素，采用合適的地基處置辦法，優(yōu)化路基設計形式，發(fā)揮路面結構應有功能，能夠在不同地質(zhì)條件下保證整體結構的穩(wěn)固性，減少道路病害的發(fā)生。

以上這些都是市政道路主體工程的設計內(nèi)容，采用常規(guī)設計手段已經(jīng)難以保證復雜情況下的市政道路設計要求，需要利用信息化技術開展智能化設計[1]。

2.2 智能設計思路

2.2.1 工程建模

在工程設計領域，BIM技術的應用越來越廣泛，在正向設計、逆向設計上都獲得了不錯的應用效果，Civil3D軟件具有強大的設計分析、協(xié)作、編制功能，比較適用于市政道路工程設計，可以作為工程建模的主要工具，結合其他軟件應用，實施智能化設計工作。在路線設計時，可以利用Civil3D 軟件，通過從對象創(chuàng)建路線和使用路線布局工具創(chuàng)建路線兩種方式，獲得道路中心線。

在市政道路設計中，如果出現(xiàn)道路平面交叉的情況，需要在交叉口附近進行展寬渠化設計，讓各個方向的車輛能夠各行其道，從而提高交叉口通行效率。根據(jù)已經(jīng)創(chuàng)建的道路中心線設計偏移路線，完成平曲線內(nèi)側加寬、交叉口展寬設計、設置公交站臺等道路邊線設計工作。車輛在曲線段行駛時，為了抵消車輛轉彎產(chǎn)生的離心力，一般需要將曲線外側道路進行超高設計，可以將相關規(guī)范標準導入軟件中，自動執(zhí)行路線設計規(guī)范。根據(jù)道路等級、設計速度、平曲線半徑等，選取合適的超高旋轉方式。

縱斷面設計主要針對道路豎向高程進行設置，可利用Civil3D 軟件中的曲面縱斷面、快速縱斷面、設計縱斷面、疊合縱斷面進行靈活設計，導出豎曲線設計文件。在橫斷面設計上，可以將道路工程模型劃分為一般段、加寬段、交叉口段，一般段和加寬段可以通過自定義加寬文件設置道路偏置線，將道路橫斷面裝配部件關聯(lián)到偏置線上，實現(xiàn)模型統(tǒng)一。

最后，沿著路線前進方向，關聯(lián)縱斷面設計標高，按指定步長生成有限個橫斷面，并將橫斷面裝配組合起來，構成三維道路實體模型。另外，管線工程、場地工程、綠化工程及其他工程也可以通過Civil3D軟件完成建模工作，形成完整的市政道路工程模型。

2.2.2 設計分析

建模后，為了驗證設計效果，需要開展各種分析檢查活動，包括場地分析、設計規(guī)范檢查、視線分析、虛擬駕駛、行車軌跡模擬分析、碰撞檢測等。

場地分析主要針對地形曲面的等高線、高程、坡度、方向、視線等方面進行分析，驗證道路工程對現(xiàn)場條件的適應性，有利于減少土方挖填量，規(guī)避不利地質(zhì)條件，優(yōu)化道路方位，解決排水問題，做好邊坡防護。市政道路工程設計要嚴格按照規(guī)范標準執(zhí)行，利用Civil3D 樣板文件dwt 中自定義檢查集，可以檢查設計方案中各項參數(shù)指標是否滿足設計規(guī)范要求，自定義檢查集，選擇檢查對象，執(zhí)行檢查命令，如果存在不滿足檢查要求的情況，會給出警告提示，快速完成規(guī)范檢查、設計整改工作。軟件中自帶的點到點可見性檢查、視線影響區(qū)可見性檢查、視距可見性檢查工具，用于實現(xiàn)視線分析工作，點到點可見性檢查能夠檢查視點與目標點之間的視線是否存在遮擋，可在交叉路口視距三角形分析中應用，視線影響區(qū)可見性檢查能夠檢測一定范圍內(nèi)的視距，查看是否存在有效目標看不清的情況。

利用虛擬駕駛功能，可以從第一視角模擬實際駕駛情況，檢查道路工程模型設計是否存在不合理之處，通過設置模擬路線、行駛速度、視線高度等參數(shù)，分析不同路段的設計效果。

在Civil3D 軟件的基礎上，結合其他軟件，可以進行行車軌跡模擬，分析在不同設計速度下的行車軌跡變化，對主要影響因素進行優(yōu)化調(diào)整。

碰撞檢測是智能化設計的重要方面，能夠提前發(fā)現(xiàn)設計沖突，減少施工和運營問題，主要針對車輛與道路、道路與其他專業(yè)以及其他專業(yè)之間的碰撞沖突檢查。若行駛車輛與道路平面設施二維沖突，可分析轉彎半徑是否滿足行車要求，如果行駛車輛與立體設施存在碰撞，可用于分析檢查道路凈空限界，其他管線碰撞檢查、結構碰撞檢查也同樣重要[2]。

2.2.3 可視化呈現(xiàn)

市政工程道路設計的成果表達涉及圖紙會審、技術交底、施工方案編制等后續(xù)工作，所以，有必要提高設計成果的可視化表達水平，能夠降低理解難度，提高信息傳遞和溝通交流效率。

基于BIM 技術建立可視化瀏覽模型，制作三維全景圖鏈接和基于云端數(shù)據(jù)鏈接的軟件平臺，可以在手機移動端實時查看設計模型，隨時隨地進行設計溝通對接，將BIM模型導入全景圖發(fā)布平臺，創(chuàng)建網(wǎng)頁鏈接，點擊網(wǎng)頁鏈接，就可以查看三維全景圖，利用BIM360 系列軟件，進行云端模型查看管理，能夠?qū)崿F(xiàn)設計與施工數(shù)據(jù)的即時高效同步，指導工程施工的順利進行。

對重要工程節(jié)點，可以通過制作漫游視頻、效果圖等方式可視化呈現(xiàn)，能夠在較短時間內(nèi)突出重點地進行項目設計情況說明。另外，BIM 技術具有優(yōu)異的可出圖性特點，可以根據(jù)工程特點和管理模式靈活進行本地化出圖，實現(xiàn)設計成果的多元化交付，滿足不同方面需求。工程量計算的準確性對施工進度、成本的控制至關重要，Civil3D 軟件具有強大的曲面體積、材質(zhì)體積、點樣式功能，可以按照相關計算規(guī)則，在道路主體工程設計中全面、快速、準確地完成工程量計算工作，生成工程量報表，減少人工計算錯誤。

3 市政工程道路設施智能化設計思路

3.1 主要設計內(nèi)容

市政工程道路設計內(nèi)容不僅包括道路主體，還涵蓋了一些附屬設施、交通管理設施，比如停車場、公交站點、路燈桿、人行天橋、交通標志、信號燈、監(jiān)控系統(tǒng)等，這些設施建立在主體工程基礎上，是實現(xiàn)市政道路智慧交通的主要支撐，有利于提高市政道路的智能化水平，提供更為便捷高效的交通服務[3]。

3.2 智能設計思路

3.2.1 智能電子警察

電子警察主要依靠視頻監(jiān)控對交通違法行為進行處罰，通過在合適位置設置攝像頭，能夠全面采集交通違法行為，起到一定的震懾作用，有利于降低事故發(fā)生率，保證道路通暢。加快市政道路視頻監(jiān)控全覆蓋，建立視頻大數(shù)據(jù)中心云平臺，進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)應用，打造全區(qū)域人車無縫布控網(wǎng)絡。積極采用深度學習等智能化技術，打造一機多能的智能電警，對闖紅燈、逆行、違法變道、路口滯留、不禮讓行人、越線停車等違法現(xiàn)象準確辨別，采用高清復合檢測器技術，整合交通違法行為檢測設備和交通信息采集設備，滿足圖像抓拍質(zhì)量要求。優(yōu)化人行橫道設計，采用發(fā)光地磚、安裝地燈等方式，提醒人們和過往車輛遵守交通規(guī)則，基于人臉識別技術，結合語音提示、現(xiàn)場曝光等方式，實現(xiàn)對行人闖紅燈違法行為的管控。

3.2.2 智能信號控制

除了加強違法行為監(jiān)管，還要著力提高道路交通管理服務水平，充分重視智慧交通綜合規(guī)劃，完善智慧交通設施，優(yōu)化交通信號控制系統(tǒng)。積極推進智慧路口建設，在交叉路口安裝微波檢測儀裝置，用于采集過往車輛信息，包括車流量、排隊長度、車輛類型、平均速度、空間占有率、車頭間距等方面數(shù)據(jù)，并實時傳輸?shù)叫盘枱艨刂葡到y(tǒng)，控制中心根據(jù)交通數(shù)據(jù)進行整理分析，實施區(qū)域信號自適應控制和研判，作出最優(yōu)信號燈指令，給出最佳實時通行方案，減少車輛擁堵情況，實現(xiàn)智能化的交通信號控制。根據(jù)國內(nèi)外先進經(jīng)驗，保證公交路權優(yōu)先是整治交通擁堵的重要手段，不能僅僅依靠劃定公交車道解決問題，而要同時配備優(yōu)先通行信號，調(diào)整信號燈指令，為公交車優(yōu)先通行創(chuàng)造條件。

3.2.3 其他智能設施

停車難是現(xiàn)代城市生活面臨的主要問題之一，也是市政工程道路設計的重難點，需要加強智慧停車建設，創(chuàng)造良好的停車條件。全面掌握停車設施資源，在道路工程規(guī)劃設計時，要充分關注停車問題，配備一定數(shù)量的停車場和停車位，建立智能化停車管理平臺，為公眾提供實時準確的停車誘導信息，讓廣大市民能夠規(guī)范有序停車。

大力發(fā)展智慧公交，完善電子站牌系統(tǒng)，配備多功能AI 智慧屏，用于查詢公交信息，提高公共交通運行效率。利用物聯(lián)網(wǎng)技術，加強智能路燈建設，實現(xiàn)多桿合一，用于交通統(tǒng)計、燈光控制、空氣監(jiān)測、視頻監(jiān)控、公共廣播等方面工作，成為智能化采集、發(fā)布、傳輸?shù)募奢d體，解決信息孤島問題，減少重復建設和資源浪費。

面對道路井蓋管理難題，可以采用實時化監(jiān)測技術，對市政道路井蓋進行實時定位監(jiān)控管理。同時，還可以用于水位監(jiān)測、火情監(jiān)測等多個方面，能夠在井蓋及周邊環(huán)境異常時發(fā)出警報[4]。

4 結語

綜上所述，市政道路工程承擔著城市經(jīng)濟發(fā)展和社會正常運行的重任，隨著城市化進程的持續(xù)推進，許多城市病日益突出，這與道路工程建設密切相關，在進行工程設計時，不但要考慮主體結構的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，而且要著力提升市政道路的交通服務水平，采用智能化設計思路，提高整體設計效果。