智能选线系统在公路选线设计中的应用研究

秦照博

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引言

随着公路路网的逐步完善，公路项目逐渐向地形、地质条件更加复杂的偏远山区发展。项目呈现山高谷深、高差悬殊大、车辆通达性差、调查困难等特点，同时勘察设计周期缩短、路线线位受控因素增多、地形地质条件复杂，因此对路线工程师的路线设计水平提出了更高的要求。

目前，选线仍然依赖于传统人工选线方法，探索先进的路线智能化辅助设计工具成为一种趋势。旷达智能选线系统已经在国外发展多年，但在国内公路路线项目中的应用效果，既无定性的分析和评价，也没有翔实、深入、多阶段的定量研究和对比分析，可供参考的研究成果不多。为了论证智能选线系统在公路设计中的应用效果，有必要通过对智能选线软件在实际公路项目中的应用情况进行分析，对软件的性能和使用效果进行详细的评估。

1 智能选线系统介绍

1.1 旷达智能选线系统背景

旷达智能选线系统是智能化路线三维优化辅助决策系统，其目的在于能够帮助公路和铁路规划设计者在选线过程中综合处理复杂的工程、地质、自然环境、社会人文和行车安全等问题，降低和控制工程建设及运营费用，较短时间内选择出经济合理的路线方案。旷达系统从工程前期的方案研究开始宏观控制工程造价，可以在不同设计阶段对线路方案进行三维优化，提高选线工作效率，降低工程师的劳动强度，缩短路线规划设计时间，同时控制和降低路线的工程建设及运营费用，改善对环境破坏的影响。

1.2 旷达智能选线软件工作界面

旷达系统界面由项目浏览和方案浏览两项组成。在项目浏览状态，主要用于项目加载和查看所有与项目有关的方案组，如图1所示。

1.3 旷达智能选线系统工作原理

旷达系统由综合分析软件和优化运算软件两部分组成。

综合分析软件主要由路线数字地模、几何设计标准、工程费用、控制条件四大开放式数据库组成，主要用于汇集各种数据信息、估算工程投资。优化运算软件是以模糊数学为基础，以工程费用为目标函数，路线的几何设计标准、工程单价和各种控制条件为边界函数建立起来的一个数学模型[1]。

路线优化的思路是在满足设计标准和尽量满足各项控制条件的前提下，以投资最少为目标，根据地形地貌和约束条件综合选线，快速产生一系列的低费用优化路线方案，通常在几小时内就能实时返回优化路线方案。

1.4 旷达智能选线系统特点

1.4.1 集成性考虑各种控制因素

传统人工选线是逐步地考虑地形地质、生态红线、城镇规划等因素，通过设计师综合判断，不断优化路线方案的过程。智能选线系统是将人工选线的思路进行数学模型化，将各个控制因素作为控制条件输入，在同时满足所有控制条件的基础上生成一组低费用方案。智能选线系统将传统纸上选线过程中的单循环路线方案的工作方式转变为集成性的全面考虑社会发展、工程建设、投资估算和环境保护等多方面因素的新方式。

1.4.2 解决海量数模存储

智能选线系统采用独立的高速三维地模引擎平台，能够很好地解决长大干线的地模数据存储问题，是智能选线系统实现大面积选线的基础。

1.4.3 大面积快速选线，走廊带搜索和方案优化功能

智能选线系统可以进行大面积快速选线，在短时间内提出多个走廊带方案，通过采取人机交互的方式来完成线路选线和方案优化。智能选线系统也可以沿既有路线走向进行全线优化，局部优化和纵向优化。

1.4.4 工程数量计算与统计和工程投资估算功能

智能选线系统可以在三维数字地模的基础上，综合协调多种因素，进行平、纵、横断面自动设计，快速地进行工程数量的计算，并可以根据输入的工程单价指标进行工程投资估算。

1.4.5 多方案比选功能

智能选线系统可以输出工程投资计算表，按照工程投资的多少或路线长度对各方案进行排序，提出最优方案[2]。

1.4.6 敏感性分析功能

智能选线系统优化运算快的特点弥补了传统人工选线效率低的弱势，工程师可以快速地修改各种控制条件，调整路线设计标准，验证在不同的限制坡度和最小平曲线半径的组合下，研究地形地貌的适应情况以及工程投资总额的变化情况，做到控制路线建设和生命周期内运营成本综合最佳的要求，从而确定最佳的平曲线半径和路线纵坡。

1.4.7 直观的演示汇报功能

智能选线系统能够生成三维实时漫游视频，模拟线路建成后按设计时速运行的情况，在汇报中可以使决策者和专家更直观地感受路线线形及工程规模。

1.4.8 成果输出功能

智能选线系统的三维交互式编辑功能在微观上对优化路线进行动态调整，并拟合成满足公路设计标准的路线形式，线路平、纵、横数据可输出为纬地等路线设计软件数据格式，方便进一步对路线的详细设计。

2 实际应用

2.1 项目概况

本文选取甘肃省定西市漳县至三岔高速公路为研究背景，项目起点位于漳县县城东新庄门村，与在建陇西至漳县高速公路顺接，路线向西经盐井至河南坡村，止于漳县三岔镇黄土坡村，与G75 兰州至海口国家高速公路渭源至武都段以枢纽立交相接。路线总体由东向西，长17.475km，项目地理位置如图2所示。

2.2 智能选线控制数据输入

2.2.1 数据准备与录入

旷达智能选线系统可添加几何参数、费用参数、禁止区域、吸引区域等控制数据，通过多种控制参数方式同时考虑工程技术指标、地形条件、地质、水文、建设费用、生态敏感区、城镇规划、征地拆迁等因素选线。

2.2.2 几何设计标准

旷达智能选线系统的技术指标敏感性分析可考虑多种纵坡和平曲线组合，该项目根据公路等级、设计速度、路基宽度、圆曲线半径以及最大纵坡等规范值，采用以下主要几何设计指标来控制，如表1所示。

表1 几何设计标准参数采用值

2.2.3 综合经济指标

旷达智能选线系统以工程费用最省为目标函数建立数学模型，在控制参数中输入土石方、桥涵、防护、征地和拆迁等多方面的综合经济指标。

2.2.4 项目起终点、禁止区域

先设置项目起终点的平面坐标、方位角、接线高程，再将文物遗址、城镇规划、居民点、水源地、文物遗址、不良地质段设置为禁止区域。

2.3 智能选线系统结果输出

2.3.1 智能选线系统大范围线位搜索

数据录入后，生成优化任务文件，提交旷达服务器，1 个小时返回2 组共50 条路线方案以供比选。

2.3.2 旷达软件结果分析

旷达智能系统在漳县至三岔高速公路初步设计项目应用中共提供50 条线位，经分析旷达软件选线为设计师提供了三种线位思路，如图3所示。

第一种思路：线位起自漳县新庄门，由东向西经豆家坪、学田坪至盐井镇，穿盐井镇后沿漳河南侧山体坡脚布线，从许家门、王家门、河南村南侧至项目终点；该方案线位主要沿漳河一级阶段布线，虽然桥梁规模小，挖方量少，但是填方量最大，需设置取土场，而且路线未避让省级文物遗址保护区、城镇规划及居民密集区，征迁量巨大，征迁难度高。

第二种思路：线位起自漳县新庄门，而后转向西南布线爬升至漳河二级阶地，路线由东向西经徐家坪、刘家坪、贾家坪、潘家坪跨漳河后至项目终点；该方案线位主要沿漳河二级阶段布线，虽然避开了城镇规划及居民密集区，但未避让省级文物遗址保护区，而且桥梁规模大，挖方量大，对环境破坏大[3]。

第三种思路：线位起自漳县新庄门，为避让城镇规划及居民密集区从豆家坪、学田坪村北侧耕地通过，以路基形式避让省级文物保护区，以桥梁形式避让盐井镇规划，而后路线继续向西沿漳河二级阶地前行，经刘家坪、贾家坪、屠家门至许家门，而后向西北前行至漳河一级阶地，经咀儿下、卢家川、王家门村后向西南布线至漳河二级阶地，而后在河南坡村处跨越漳河至该项目终点；该方案线位主要沿漳河一、二级阶段布线，不仅避让了省级文物保护区、城镇规划，减少了征迁，而且挖方、填方量比例基本平衡，对环境破坏小。

经综合分析，智能选线系统提供的线位不仅基本满足方案比选阶段的要求（如对控制因素的避让、平纵面设计标准、工程限制条件），而且智能选线系统提供的50 条线位中第3 条线位与人工选线推荐方案平面线位基本一致，且纵坡相近，说明旷达智能选线系统的线位具有合理性，优化后可以用于后续设计。

3 结论

其一，旷达智能选线系统具有非常突出的快速计算能力，在设计阶段可快速根据控制参数反馈多个可行的方案，为路线工程师提供广阔的思路，确保不遗漏有价值的方案，因此，旷达智能选线系统在工可、初步设计阶段适用性更强。

其二，旷达智能选线系统操作简便，控制参数输入便捷，输出结果效率快、方案数量多，可大量节省选线时间；同时具有平纵横三者联动视图，设计者可以查看任意桩号的纵断面和横断面情况，及时掌握设计情况。

其三，旷达智能选线系统输出的平面线位，几何指标存在一定缺陷不能直接用于设计，后期需路线工程师对平纵指标再优化。