市政工程道路的智能化设计思路

2024-06-10张效宾

智能建筑与智慧城市 2024年4期

张效宾

（青岛冠通市政建设有限公司）

1 引言

市政工程道路设计涉及内容比较多，不但影响交通运行的安全性、稳定性，而且对交通组织管理、智慧城市建设影响重大。面对工程设计重难点问题，可以采用智能化技术手段，降低设计难度，减少设计错误，优化设计效果，为后续施工、运营管理提供便利条件。同时，采用智能化设计思路，有利于提高道路交通的智慧管理和服务水平，加快智慧城市建设步伐。

2 市政工程道路主体智能化设计思路

2.1 主要设计内容

市政道路主体工程以道路实体为主，需要进行功能设计、路线设计、断面设计、结构设计等方面工作，根据道路位置、交通流量等综合因素，明确工程功能定位，确定市政道路等级，满足服务功能和设计年限要求。

合理规划设计路线，科学制定道路起点和终点，能够与现状道路有效衔接，发挥相应的区域联通、集散分流作用，为区域经济发展和社会生产生活提供便利。

合理设计道路断面，依据现状地形地势标高、特殊控制性节点、桥梁标高要求以及相关规范标准，优化设计纵断面。根据相关设计规范，确定行车道、非机动车道、人行道、绿化带等横断面组成部分，细化各部分宽度，提高交通通行效率，保证行车的安全性、稳定性。

注重关键节点优化设计，兼顾经济效益、社会效益、环保效益，打造具有多种功能效果的节点设计方案。

在道路结构设计上，根据道路等级，确定结构层次以及各层次厚度，分析地形地貌、地质条件、地下水分布等综合因素，采用合适的地基处置办法，优化路基设计形式，发挥路面结构应有功能，能够在不同地质条件下保证整体结构的稳固性，减少道路病害的发生。

以上这些都是市政道路主体工程的设计内容，采用常规设计手段已经难以保证复杂情况下的市政道路设计要求，需要利用信息化技术开展智能化设计[1]。

2.2 智能设计思路

2.2.1 工程建模

在工程设计领域，BIM技术的应用越来越广泛，在正向设计、逆向设计上都获得了不错的应用效果，Civil3D软件具有强大的设计分析、协作、编制功能，比较适用于市政道路工程设计，可以作为工程建模的主要工具，结合其他软件应用，实施智能化设计工作。在路线设计时，可以利用Civil3D 软件，通过从对象创建路线和使用路线布局工具创建路线两种方式，获得道路中心线。

在市政道路设计中，如果出现道路平面交叉的情况，需要在交叉口附近进行展宽渠化设计，让各个方向的车辆能够各行其道，从而提高交叉口通行效率。根据已经创建的道路中心线设计偏移路线，完成平曲线内侧加宽、交叉口展宽设计、设置公交站台等道路边线设计工作。车辆在曲线段行驶时，为了抵消车辆转弯产生的离心力，一般需要将曲线外侧道路进行超高设计，可以将相关规范标准导入软件中，自动执行路线设计规范。根据道路等级、设计速度、平曲线半径等，选取合适的超高旋转方式。

纵断面设计主要针对道路竖向高程进行设置，可利用Civil3D 软件中的曲面纵断面、快速纵断面、设计纵断面、叠合纵断面进行灵活设计，导出竖曲线设计文件。在横断面设计上，可以将道路工程模型划分为一般段、加宽段、交叉口段，一般段和加宽段可以通过自定义加宽文件设置道路偏置线，将道路横断面装配部件关联到偏置线上，实现模型统一。

最后，沿着路线前进方向，关联纵断面设计标高，按指定步长生成有限个横断面，并将横断面装配组合起来，构成三维道路实体模型。另外，管线工程、场地工程、绿化工程及其他工程也可以通过Civil3D软件完成建模工作，形成完整的市政道路工程模型。

2.2.2 设计分析

建模后，为了验证设计效果，需要开展各种分析检查活动，包括场地分析、设计规范检查、视线分析、虚拟驾驶、行车轨迹模拟分析、碰撞检测等。

场地分析主要针对地形曲面的等高线、高程、坡度、方向、视线等方面进行分析，验证道路工程对现场条件的适应性，有利于减少土方挖填量，规避不利地质条件，优化道路方位，解决排水问题，做好边坡防护。市政道路工程设计要严格按照规范标准执行，利用Civil3D 样板文件dwt 中自定义检查集，可以检查设计方案中各项参数指标是否满足设计规范要求，自定义检查集，选择检查对象，执行检查命令，如果存在不满足检查要求的情况，会给出警告提示，快速完成规范检查、设计整改工作。软件中自带的点到点可见性检查、视线影响区可见性检查、视距可见性检查工具，用于实现视线分析工作，点到点可见性检查能够检查视点与目标点之间的视线是否存在遮挡，可在交叉路口视距三角形分析中应用，视线影响区可见性检查能够检测一定范围内的视距，查看是否存在有效目标看不清的情况。

利用虚拟驾驶功能，可以从第一视角模拟实际驾驶情况，检查道路工程模型设计是否存在不合理之处，通过设置模拟路线、行驶速度、视线高度等参数，分析不同路段的设计效果。

在Civil3D 软件的基础上，结合其他软件，可以进行行车轨迹模拟，分析在不同设计速度下的行车轨迹变化，对主要影响因素进行优化调整。

碰撞检测是智能化设计的重要方面，能够提前发现设计冲突，减少施工和运营问题，主要针对车辆与道路、道路与其他专业以及其他专业之间的碰撞冲突检查。若行驶车辆与道路平面设施二维冲突，可分析转弯半径是否满足行车要求，如果行驶车辆与立体设施存在碰撞，可用于分析检查道路净空限界，其他管线碰撞检查、结构碰撞检查也同样重要[2]。

2.2.3 可视化呈现

市政工程道路设计的成果表达涉及图纸会审、技术交底、施工方案编制等后续工作，所以，有必要提高设计成果的可视化表达水平，能够降低理解难度，提高信息传递和沟通交流效率。

基于BIM 技术建立可视化浏览模型，制作三维全景图链接和基于云端数据链接的软件平台，可以在手机移动端实时查看设计模型，随时随地进行设计沟通对接，将BIM模型导入全景图发布平台，创建网页链接，点击网页链接，就可以查看三维全景图，利用BIM360 系列软件，进行云端模型查看管理，能够实现设计与施工数据的即时高效同步，指导工程施工的顺利进行。

对重要工程节点，可以通过制作漫游视频、效果图等方式可视化呈现，能够在较短时间内突出重点地进行项目设计情况说明。另外，BIM 技术具有优异的可出图性特点，可以根据工程特点和管理模式灵活进行本地化出图，实现设计成果的多元化交付，满足不同方面需求。工程量计算的准确性对施工进度、成本的控制至关重要，Civil3D 软件具有强大的曲面体积、材质体积、点样式功能，可以按照相关计算规则，在道路主体工程设计中全面、快速、准确地完成工程量计算工作，生成工程量报表，减少人工计算错误。

3 市政工程道路设施智能化设计思路

3.1 主要设计内容

市政工程道路设计内容不仅包括道路主体，还涵盖了一些附属设施、交通管理设施，比如停车场、公交站点、路灯杆、人行天桥、交通标志、信号灯、监控系统等，这些设施建立在主体工程基础上，是实现市政道路智慧交通的主要支撑，有利于提高市政道路的智能化水平，提供更为便捷高效的交通服务[3]。

3.2 智能设计思路

3.2.1 智能电子警察

电子警察主要依靠视频监控对交通违法行为进行处罚，通过在合适位置设置摄像头，能够全面采集交通违法行为，起到一定的震慑作用，有利于降低事故发生率，保证道路通畅。加快市政道路视频监控全覆盖，建立视频大数据中心云平台，进行数据分析、数据清洗、数据存储、数据应用，打造全区域人车无缝布控网络。积极采用深度学习等智能化技术，打造一机多能的智能电警，对闯红灯、逆行、违法变道、路口滞留、不礼让行人、越线停车等违法现象准确辨别，采用高清复合检测器技术，整合交通违法行为检测设备和交通信息采集设备，满足图像抓拍质量要求。优化人行横道设计，采用发光地砖、安装地灯等方式，提醒人们和过往车辆遵守交通规则，基于人脸识别技术，结合语音提示、现场曝光等方式，实现对行人闯红灯违法行为的管控。

3.2.2 智能信号控制

除了加强违法行为监管，还要着力提高道路交通管理服务水平，充分重视智慧交通综合规划，完善智慧交通设施，优化交通信号控制系统。积极推进智慧路口建设，在交叉路口安装微波检测仪装置，用于采集过往车辆信息，包括车流量、排队长度、车辆类型、平均速度、空间占有率、车头间距等方面数据，并实时传输到信号灯控制系统，控制中心根据交通数据进行整理分析，实施区域信号自适应控制和研判，作出最优信号灯指令，给出最佳实时通行方案，减少车辆拥堵情况，实现智能化的交通信号控制。根据国内外先进经验，保证公交路权优先是整治交通拥堵的重要手段，不能仅仅依靠划定公交车道解决问题，而要同时配备优先通行信号，调整信号灯指令，为公交车优先通行创造条件。

3.2.3 其他智能设施

停车难是现代城市生活面临的主要问题之一，也是市政工程道路设计的重难点，需要加强智慧停车建设，创造良好的停车条件。全面掌握停车设施资源，在道路工程规划设计时，要充分关注停车问题，配备一定数量的停车场和停车位，建立智能化停车管理平台，为公众提供实时准确的停车诱导信息，让广大市民能够规范有序停车。

大力发展智慧公交，完善电子站牌系统，配备多功能AI 智慧屏，用于查询公交信息，提高公共交通运行效率。利用物联网技术，加强智能路灯建设，实现多杆合一，用于交通统计、灯光控制、空气监测、视频监控、公共广播等方面工作，成为智能化采集、发布、传输的集成载体，解决信息孤岛问题，减少重复建设和资源浪费。

面对道路井盖管理难题，可以采用实时化监测技术，对市政道路井盖进行实时定位监控管理。同时，还可以用于水位监测、火情监测等多个方面，能够在井盖及周边环境异常时发出警报[4]。