李 懷 兵

（蘭州乾元交通規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，我國相關(guān)部門愈發(fā)重視橋梁工程的建設(shè)工作，并制定相關(guān)政策，以保證橋梁工程完成預期施工任務?；ネ⒔蛔鳛槲覈方煌w系的重要環(huán)節(jié)，能有效解決道路擁堵問題。制定健全的交叉設(shè)計方案，能提高規(guī)劃設(shè)計的科學性，進一步優(yōu)化區(qū)域交通運輸狀況，促進當?shù)亟?jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。但從目前道路交通情況來看，隨著城市化發(fā)展進程加快，我國互通立交規(guī)模和種類呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，且設(shè)計技術(shù)在持續(xù)更新。為了充分發(fā)揮互通立交線形設(shè)計作用，本文在傳統(tǒng)施工設(shè)計方法的基礎(chǔ)上應用融合數(shù)字化技術(shù)，促使設(shè)計方法向智能化方向發(fā)展，以保證設(shè)計方案具有較強的可行性，從而提高互通立交線形設(shè)計的效果。

1 工程概況

夏官營互通立交位于甘肅省榆中縣夏官營鎮(zhèn)，距離榆中縣縣城約13.5 km，距離北繞城高速出入口1.1 km。立交布設(shè)于宛川河兩側(cè)階地，本項目立交是與北繞城高速立交相接的樞紐立交，主交通方向為定西至河口。該立交位置的選擇直接影響著高等級公路緩解和分散交通的能力，將促使區(qū)域內(nèi)交通體系重組并發(fā)生重大變化，對沿線經(jīng)濟開發(fā)和人民群眾出行具有重大影響，也關(guān)系到公路本身的使用功能[1]。

2 互通立交線形設(shè)計分析

2.1 主線設(shè)計情況

該樞紐立交區(qū)主線設(shè)計速度80 km/h，路基寬度25.5 m，采用雙向4 車道一級公路標準，主線平曲線最小半徑R=800 m，最大縱坡2.1%；夏金公路設(shè)計速度40 km/h，路基寬度8.5 m，采用2 車道二級公路標準，平曲線最小半徑R=500 m，滿足互通立交布設(shè)要求[2]。

2.2 匝道設(shè)計

1）匝道平縱面設(shè)計

該樞紐立交匝道設(shè)計速度40 km/h，匝道平曲線最小半徑R=60 m，擬定立交區(qū)主線采用匝道A，B，C，D，E 形式分別與本項目主線對接；匝道最大縱坡3.85%，立交匝道各項技術(shù)指標滿足《高速公路互通式立交匝道設(shè)計規(guī)范》要求，車流可以快速轉(zhuǎn)換，服務水平較高，詳細技術(shù)指標見表1。

表1 夏官營樞紐立交技術(shù)指標表

2）變速車道設(shè)計

在夏官營樞紐立交加、減速車道設(shè)計過程中，最常用單車道平行式和單車道直接式，應嚴格遵循公路立體交叉設(shè)計要求。其中匝道B 采用單車道平行式，加速車道長240 m；匝道C 應用單車道直接式，減速車道長124 m；匝道D 采用單車道直接式，減速車道長142 m；匝道E 采用單車道平行式，加速車道長180 m。該項目上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)鋼箱梁和現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)梁，箱梁環(huán)節(jié)使用普通鋼筋混凝土箱梁和直腹板設(shè)計，底板和頂板坡度并無明顯差異。橋梁平面交叉于圓曲線上，其縱面在凹曲線位置，其上坡段和下坡段坡度指標為2.35%和-3.5%。在設(shè)計中，工作人員設(shè)置了一個門形支架，高度為100 cm，下方凈高500 cm，在第三聯(lián)匝道C 橋梁和匝道B 橋梁上全部使用普通鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)，其設(shè)計施工技術(shù)和第一、第二聯(lián)并無明顯差異性，但在橋梁平面設(shè)計參數(shù)上存在嚴重差距，其中匝道B 橋梁平面相交于K=1 300 m，T=240 m 圓曲線上，上坡段和下坡段坡度指標為2.56%和-3.42%。K和T分別表示匝道B 橋梁和圓曲線相交的兩個點。

3）匝道橫斷面設(shè)計

該互通立交匝道A 斷面（一）采用雙向4 車道，匝道路基寬度23.5 m，2 m×0.75 m 土路肩；立交匝道A 斷面（二）采用對向分隔式雙車道匝道，路基寬度16.5 m，2 m×0.75 m 土路肩。該互通立交橋梁的上部結(jié)構(gòu)為預應力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁環(huán)節(jié)采用直腹板結(jié)構(gòu)，配置三相室內(nèi)斷面和高度2.2 m 梁，保證其底板、頂板和路線橫坡基本相同。同時，在箱梁頂部現(xiàn)澆C40 混凝土，混凝土厚度為6 cm，橋面鋪筑10 cm 厚的瀝青混凝土。橋梁上部結(jié)構(gòu)利用平面桿進行設(shè)計，通過專業(yè)軟件計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力匝道B，C，D，E 采用單向單車道匝道，路基寬度9.0 m（見圖1）。

圖1 匝道橫斷面設(shè)計（mm）

2.3 路基路面設(shè)計

1）一般填方邊坡設(shè)計

路基填方邊坡坡率是根據(jù)行業(yè)規(guī)范要求，如路基填料種類、邊坡高度和基底工程地質(zhì)條件、水文條件等，合理控制確定路堤邊坡坡率。當邊坡高度H≤10 m 時，采用1∶1.5 一坡到底的直線邊坡；當10 m＜H≤20 m 時，采用折線形邊坡；當H＞20 m 時，邊坡形式通過穩(wěn)定性計算確定，按高填路堤進行專項設(shè)計。本合同段路基最大填方邊坡高度55.5 m。

2）挖方路基邊坡設(shè)計

根據(jù)沿線挖方路段的巖土情況，邊坡設(shè)計以安全為原則，兼顧環(huán)保和景觀要求，同時借鑒類似項目的成功經(jīng)驗。本合同段工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件差異性較小，挖方邊坡均為黃土。通過穩(wěn)定性分析計算，為確保路基開挖后邊坡穩(wěn)定，經(jīng)綜合比較，采用坡率如下：當H＜10 m 時，采用直線型邊坡，坡率1：1.25，邊坡采用植草灌綠化；當10.0 m≤H＜30.0 m時，第一級邊坡高6 m，采用1∶1 邊坡坡率，空心六棱塊植草防護，二級及二級以上邊坡采用陡坡寬臺，每級邊坡高4 m，坡率1∶0.5，每級平臺寬均為2.5 m，挖方平臺采用植樹綠化；當H≥30.0 m 時，按深挖路塹專項設(shè)計，邊坡采用臺階式設(shè)計，第一級邊坡高6 m，采用1∶1 邊坡坡率，空心六棱塊植草防護，二級及二級以上邊坡采用陡坡寬臺，每級邊坡高4 m，坡率1∶0.5，邊坡中部加設(shè)寬平臺，其余每級平臺寬2.5 m[3]。

3 互通立交數(shù)據(jù)處理技術(shù)分析

3.1 采集互通立交線形設(shè)計中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

①圖形分幅。對互通立交線形施工圖紙進行分幅處理，是采集互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。因此，工作人員應嚴格遵循分類分幅原則，將特征相同的施工設(shè)計圖紙統(tǒng)一分類，標注施工設(shè)計圖紙名稱，精準采集互通立交語義描述數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)內(nèi)容優(yōu)化各種類型互通立交施工圖紙。②圖層映射。通過利用圖層映射技術(shù)提高數(shù)據(jù)采集效率，掌握互通立交線形施工設(shè)計圖紙上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在確保圖紙分幅操作科學的基礎(chǔ)上，將分類后的涂層名稱和互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行對比，準確收集到語義描述數(shù)據(jù)，根據(jù)實際數(shù)據(jù)采集要求，對映射后的圖形進行分類命名，給采集互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)特征提供豐富的數(shù)據(jù)資源[4]。

3.2 互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)定位數(shù)據(jù)采集

在設(shè)計互通立交線形時，注重施工設(shè)計圖紙的定位軸線是保證互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)定位數(shù)據(jù)準確性的前提。在采用線段平行法進行收集互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)時，應規(guī)劃結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)的平行關(guān)系，將平行線進行排序，有利于采集線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)的平行等距線。在處理互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)中的二維平面投影后，根據(jù)線段平行關(guān)系科學劃分投影分組，根據(jù)從遠到近原則排序平行線交點。應在確保軸線定位正確的基礎(chǔ)上，開展互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)定位數(shù)據(jù)采集工作，規(guī)范定位軸線交叉點，將其作為圖紙分幅的主要依據(jù)，實現(xiàn)互通立交線形設(shè)計圖紙分幅工作。

3.3 互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)采集

在采集互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)時，應根據(jù)定位軸線屬性特征，還原互通立交平面施工圖中的互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)的底部結(jié)構(gòu)，采集其標高數(shù)據(jù)，根據(jù)還原后的互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)，在三維空間上實現(xiàn)互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)的幾何數(shù)據(jù)采集工作。

本文利用互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)表達形式進行采集分類。在采集互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)的幾何數(shù)據(jù)時，應以線段平行和拓撲閉合特征為基礎(chǔ)，合理規(guī)范采集方法[5]。同時，計算線段斜率，對比不同斜率數(shù)據(jù)，將相同斜率線段控制在相同分組，避免互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集受到外在因素影響，加強幾何數(shù)據(jù)在互通立交施工設(shè)計圖的識別度，為后期收集互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)平行線打下堅實的基礎(chǔ)（見圖2）。

圖2 互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)的采集方法示意圖

在完成互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集工作后，需對采集結(jié)果進行分類處理和數(shù)據(jù)重建等工序。針對數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)，嚴格遵循設(shè)計標準，確定采集結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)性，全面分析采集結(jié)構(gòu)，保證采集結(jié)構(gòu)的合理性[6]。

3.4 建立數(shù)據(jù)庫，處理互通立交線形設(shè)計數(shù)據(jù)

在互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集作業(yè)完成后，應對分類采集結(jié)果進行數(shù)據(jù)重建，通過建立互通立交線形設(shè)計數(shù)據(jù)庫，進一步處理結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而構(gòu)建數(shù)據(jù)庫作為完善互通立交線形設(shè)計結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理工作的重要環(huán)節(jié)，保證施工單位能優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時，施工單位可建立互通立交BIM 數(shù)據(jù)處理平臺，通過平臺全程處理互通立交線形設(shè)計數(shù)據(jù)。但由于受到互通立交線形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理結(jié)果影響，工作人員不能將其直接導入到Access 數(shù)據(jù)庫中[7]，因此，應將互通立交線形結(jié)構(gòu)以BIM 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)提取、程序編譯等操作方法，將互通立交線形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理結(jié)果應用到Access 數(shù)據(jù)庫表格內(nèi)，對線形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集結(jié)果進行編號處理（見圖3）。

在使用Access 數(shù)據(jù)庫時，應處理互通立交的線形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)應用到互通立交維護中。同時，細化互通立交線形結(jié)構(gòu)重要環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)提取流程，根據(jù)其幾何屬性特征進行編碼處理，實時監(jiān)控互通立交的關(guān)鍵構(gòu)件質(zhì)量，通過Access 數(shù)據(jù)庫實時處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)采集階段記錄的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展數(shù)據(jù)匹配操作行為，如果互通立交關(guān)鍵構(gòu)件實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和記錄數(shù)據(jù)間差距較大，Access 數(shù)據(jù)庫應標紅并處理異常數(shù)據(jù)，及時提醒工作人員檢查構(gòu)件質(zhì)量，提高互通交通線形設(shè)計的可靠性[8]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文基于BIM 技術(shù)分析互通立交線形設(shè)計，提出全新數(shù)據(jù)處理方法，通過BIM 建模技術(shù)，合理優(yōu)化線形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，積極引進互通立交線形結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測信息化技術(shù)，實現(xiàn)互通立交線形設(shè)計和數(shù)據(jù)處理間的協(xié)同發(fā)展，全面提高數(shù)據(jù)處理效率，加強互通立交建設(shè)質(zhì)量。