新技术在路桥设计中的合理运用

2016-12-01王一平湖北省交通规划设计院湖北武汉430051

中国科技纵横 2016年11期

王一平（湖北省交通规划设计院，湖北武汉 430051）

新技术在路桥设计中的合理运用

王一平
（湖北省交通规划设计院，湖北武汉 430051）

【摘要】随着我国经济建设的不断发展，道路交通事业的建筑规模也随之增加，要保证道路桥梁建设的质量，必须做好路桥设计工作。科学技术的进步给路桥设计提供了新的技术和方法，增加了设计的合理性和精准度。本文将着重阐述计算机技术、GIS技术以及GPS技术等新科技在路桥设计中的合理运用，为设计人员提供新技术下的路桥设计参考理念。

【关键词】路桥设计运用计算机技术 GIS技术 GPS技术

在我国现代化建设的过程中，路桥建设的也在新技术的引领下不断进步创新，传统的路桥设计已经不能满足路桥建设的施工建设需求，将最新科技运用到路桥设计中可以有效提升建筑施工的工作效率，满足路桥建设的新要求。计算机技术、GIS技术和GPS技术等新科技已经趋于成熟，如何将它们有效地与路桥设计相结合发挥最佳功效是设计人员需要解决的重要问题。

1 计算机技术在路桥设计中的合理运用

1.1 计算机新技术的介绍

计算机应用最为广泛的是人机交互技术，人机交互即尽可能增加计算机和人的交流，运用计算机形象的提示界面，使操作人员高效合理地使用计算机系统收集数据信息、进行数据评估并对整个路桥建设实现全面体统的管理控制。传统的计算机应用中只能使用简单的数字和文字信息进行人机交流，新的计算机技术极大的改善了这一点，能够实现多媒体形象化的交流方式，不仅能对信息进行多方面的收集与保存，还可以进行合理有效的分析处理，对路桥设计提供较大的帮助。

此外，计算机技术已经实现了对移动位移数据的实时拖动，即在计算机系统中进行“可视”的设备拖动过程中，其产生的位移和其他相关变量的数据变化都可以即时呈现，并实现了可视图像的动态平滑变形，为路桥设计提供了极大的便利条件［1］。

最后，可视化技术的发展可以使路桥设计更加灵活准确。传统的计算机技术只能实现将路桥设计的数据输入计算机后得到简单的二维模型，再由设计人员自行进行分析；可视化技术可以在简单的数据输入之后自行进行数据的运算，从而给出更加形象具体的模型以及详细的数据分析。此外，用户还可以在计算机给出的图形基础上进行进一步的作图的图形的完善修改，其产生的新的数据也将由计算机保存下来，进行下一步的计算。这项技术极大地提高了路桥设计的效率和水平，为整体的路桥建设带来了不可估量的经济效益。

1.2 计算机技术在路桥设计中运用

计算机新技术的发展运用在路桥设计中，使道路设计和桥梁设计有了极大的改善。道路设计一般采用HintCAD4.6纬地道路辅助设计系统，它本身基于windows系统的设计程序，可以采用实时拖动等计算机技术，使平面、纵面接线计算实现智能化，运用宏观控制的各项指标和参数轻松完成设计项目的完善和修改。在进行道路设计的过程中，只需要动态拖动交点位置、曲线半径，便可以同时获得交点的位置、间距、半径等参数。Delaunay Triangulation方法可以建立起三维仿真模型得到更加形象化的视图，极大的提升工作效率，增加道路设计的精准性。

在桥梁设计中，一般采用桥梁制图设计软件，它的界面优化程度极高，在进行桥梁结构的设计、计算和制图过程中，可以方便地进行人机交流，将设计成果直接显示在界面系统中。其结构分析的系统十分强大，可以将数据存储、处理、结构分析等融为一体，仅通过简单必要的数据输入即可获得桥梁设计的重要信息，独立生成三维模型并提供修改方案。

2 GIS技术在路桥设计中的合理运用

2.1 GIS技术的介绍

GIS（Geo-Information system）即地学信息系统，它是一种空间信息系统，可以对部分或整体的地球表层进行数据的采集、存储、显示、描述、运算、分析和管理，其对地质信息的存储和分析对路桥设计具有极大的帮助。

首先，GIS技术具有数据的管理功能，可以实现对工程勘探和地理底图的数据资料的编辑、录入、转换和有效储存。其强大的数据管理能力，可以将工程勘探中的试验数据形成图形和表格，对地质情况进行分析，保存三维地质模型以及试验成果数据系统。其次，GIS的空间分析和数一模联动的功能可以实现：①生成土层柱状图、钻孔平面图、地质剖面图和岩石柱状图等基本的图件；②生成离散钻孔点的等值线，如基层面等值线和地层层厚等；③生成各项试验的试验曲线，比如十字剪切的试验曲线和静力触探的曲线图等。最后，GIS技术能够实现三维地质结构的可视化建模，对于地质复杂的地带根据数据信息生成空间布展的地质结构模型，用户将可以同时根据自定义系统进行其夹层、透镜体等特殊地质情况；其可视化的功能可以在地质模型的处理中使用户可以任意地切割模型，形成立体剖面图。

2.2 GIS技术在路桥设计中运用

GIS技术的空间插件可形成二维模型的工程地质等值线图，这是一种应用广泛的空间分布图，主要由等值的基层埋深度和土层厚度等离散点连接而成，在计算机模拟中可以直接看到该地区的地质情况。此外，自然界中广泛存在的相似原理也在GIS技术的应用中得到应用，在离散采样的情况下，当钻孔数量不足时，GIS技术便可通过相似相近原理推断其他位置的岩层类型。荷兰气候学家以此根据离散型的降水量计算当地的平均降水量，研发出了Voronoi多边形的处理方式，即在获得的离散型的降水量数据后做出能够连接起整个区域的多边形，在三角形平面进行平面分割，连接将数量相同的点即可获得整个区域的降水量分布特征［2］。我国科学家运用相似相近原理研发出MAPGIS，美国公司也推出了AroGIS，这些均可实现Voronoi多边形的分析模式。

在路桥制图中，经常运用示例图纸作为路桥制图的参考，但应用这些图纸时往往需要对较长的施工图纸进行多次扫描，但扫描后经常出现图纸变形、位置倾斜等情况，这就导致图纸不容易进行拼接，如使用PS技术进行拼接则会浪费大量的时间，也容易出现错误。GIS技术可以轻松解决这个问题，只要核实好扫描图纸的关键位置，便可以用GIS软件进行比较完善的拼接，图纸连接效果较好，完成拼接后还可以直接运用CAD软件对底图进行下一步的测绘，十分高效便捷。

在路桥设计中，对三维图形的应用较多，三维的GIS技术可以对客观的世界进行更为真实的表达，我国的某软件公司便根据三维GIS技术设计出一款三维可视的地理信息系统（MAGIS），它主要分为两个部分，包括平面图形的编辑系统以及三维地理信息系统，主要对数字地面建模、数字柵格图、数字化县图以及数字正射影像等虚拟现实管理系统进行增和处理。MAGIS的功能突破了二维概念，对三维目标进行直接的分析查询，在透视空间中对模型面积、体积、周长等情况进行查询，并依次进行分析决策。

3 GPS技术在路桥设计中的合理运用

3.1 GPS技术的介绍

GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，可以在全球范围内实行导航和定位，它主要用于路桥设计的测量勘测过程中，具有如下特点：第一，GPS技术的运用使测站间不再需要通视，可以做到灵活选点，有较大的测量空间；第二，使用GPS技术的进行测量可以缩短时间，一般对于较短的基线，通过快速相对定位5分钟内即可完成观测；第三，GPS技术的定位更加精确，红外测距仪的测量精度为5mm±10-6，随着距离的增加其精度有所降低，GPS测量在短距离内的精度与红外测距仪的精度相似，但距离越长，其测量精度更加精确，当基线长度小于50千米时，其精度为12×10-6，当基线长度在100至500千米之间时，精度为6×10-7［3］；第四，GPS技术可以保证其测量全天候进行作业，在任何气候条件、任何地理位置都可以进行。

3.2 GPS技术在路桥设计中运用

在进行道路设计过程中，GPS勘测技术使整体设计的布网过程更加精确，对于距离较大的公路建设提供整个区域的测量数据，便于在设计中对不同的位置地点进行准确设计，方便施工，极大地减少了后期施工中的不稳定因素，帮助缩短工期。

在桥梁设计中，GPS技术动态与静态相结合的定位方式，不仅可以提升器测量精度，保证设计的准确合理，还能通过其数字回声测探技术，在大型的跨海跨河施工中进行较为准确的水下地形测量，为桥梁的设计提供重要参考依据。GPS的动态测量技术解决了长期以来在桥梁设计建设中无法对水下地形进行测量的难题，使后期的工程建设节约时间，降低危险性。