文/浙江省嘉兴市公路管理局 黄鑫 丁国飞

嘉兴东芯兰电子科技有限公司 肖雪娇

随着社会经济的不断发展，我国的公路里程持续增长，公路信息化也在加快，逐渐由公路二维模型发展到公路三维模型。公路路政管理，基于点多、线长、面广、数量众多、信息量大的属性，诸如挖掘公路或使用公路改线、穿越公路、建筑控制区埋设管线等许可设施、建设公路平面交叉道口许可等，具有动态特性的涉路施工许可管理工作，管理起来错综复杂。此外，较多的涉路施工具有隐蔽、永久等特点，例如埋设管线、穿越等涉路工程，在工程结束后，只能通过公路的桩号记录路基下的管线设施。但是，公路桩号会随公路等级或者名称的变更而改变，随着时间的推移，很难再通过公路桩号找到路基下埋设管线设施的具体位置，该种传统的做法使路政管理工作处在被动的位置，同时也为公路改扩建工作、公路管养工作增加阻碍，甚至还会对地下管线造成破坏和损失。

基于公路二维模型的GIS方式对公路路网管理，受到二维平面的限制，无法从纵深上直观反映路网及地下管线设施的真实空间位置，难以对大量的路网附属物信息和地下管线信息有效地描述和表达，不能直观地反映公路及其附属物的情况。在涉路施工设计和许可过程中，由于缺乏对公路地下管线的了解，造成涉路施工前期勘察物探工作难度大、进度缓慢。基于BIM+3D GIS技术构建的公路三维模型能直观地描述路网的三维特征及空间关系，能真实地反映公路、公路用地范围、建筑控制区的地上地下的空间状况，为涉路施工许可审查提供公路电子化数据、可视化模型，减化公路涉路施工许可现场勘测的工作量，提高审查准确性，避免由于公路涉路施工审核依据不足或盲目施工造成损失，对涉路施工许可有重要的现实意义。

公路三维模型及涉路施工许可

公路三维模型

公路一般由中央分隔带、路基面、硬路肩、土路肩、边沟、边沟平台、路堤、护坡、边坡外侧地面等组成，同一线路不同路段的公路，通常情况下其组成部分也不相同，很难作为一个对象建模。因此可将公路的组成抽象为描述独立的点状地物，如行道树、路灯、交通标志等的点对象；描述二维空间中的实体，如路面、边坡表面、边沟的侧面和底面等地面对象；描述有特定意义的实体，如桥梁、涵洞等工程实体或其构件，一段特定纹理的路面、边坡等对象；以及多个对象的集合组对象。

根据不同的对象，利用3D GIS、VR、CAD等技术和公路三维建模方法，建立公路地形模型、建筑模型、公路设施模型、管线模型、植被模型，设计公路三维数据结构和道路场景组织方式，使影像模型、数字地面模型与公路三维实体模型有效融合，生成公路的真实感景观模型，如图1所示。

图1 公路的真实感景观模型

涉路施工应用的优势

公路、桥梁、城市道路、给排水管线、电力线、石油管线、天然气管线等基础设施建设的不断增加，与在有限的市域面积内进行大规模基础设施建设，造成相互交叉和干扰。涉路施工许可前公路管理机构可依据公路真实感景观三维模型查看涉路施工申请目标路段的路线平面、纵断面、横断面、公路用地范围、建筑控制区的地上地下的设施设备空间分布状况，了解涉路施工活动的可行性，减化现场勘测的工作量，提高涉路施工许可审查的可靠性，规避工程建设的风险。

涉路施工许可后，系统依据涉路施工申请中的占用、挖掘、使用公路改线、跨越或穿越公路、公路用地范围内架设，埋线管设、建筑控制区埋设管线、建设公路平面交叉道口等涉路施工方式，以及管道类型、路线简称、起点桩号、终点桩号、中心桩号、与公路夹角、管线长度、管径、埋设方式、管径材料等信息，结合公路管线设施的三维参数化CAD模型，自动生成公路管线设施，迅速自动关联管线设施类型、覆土深度、埋深、管径、材质等属性数据，及时更新公路三维模型图，如图2所示，避免其他建设单位的涉路施工申请与已许可的涉路施工申请冲突，同时为涉路工程完工后的验收工作提供可视化审核依据。

图2 三维模型图

实施的关键技术

涉路施工管线可分为跨穿越类管线和并行路面类管线，其中跨穿越类管线通过录入中心桩号参数表如图3所示，而并行路面类管线录入两点桩号参数表如图4所示。根据录入的参数进行转化算法形成三维管线图，将录入的桩号通过算法（具体算法基于大量的桩号与经纬度采集数据表设计而成）转换成对应的84坐标系经纬度。

就跨穿越管线而言，通过中心点桩号获取中心点经纬度，再根据管线与路面夹角，以及管线两端距离中心线距离、管线总长计算得到进出土点经纬度，得到二维地图上的管线走势，最后根据管线出入土点的高度，以及管线距离路面高层的距离和弯曲曲率半径，将管线生成尽可能多的离散点，从而生成路面上、下的管线形状和走势。并行路面管线同理，在生成管线走势时参考管线施工类别，譬如采用水平定向钻管线，管线走向大致如图5所示，如采用顶管作业，则管线走向大致为直线。

图3 跨穿越类管线通过录入中心桩号参数

图4 并行路面类管线录入两点桩号参数

图5 水平定向钻施工案例

结语

我国公路网的面积不断增大，公路的占用、挖掘、改线、跨越、穿越、架设、埋线等作业使得公路网内部变得异常复杂。公路三维模型在涉路施工许可中的应用使公路网地上地下的空间状况变得立体、透明、可视化，大大提高涉路施工审核的准确性，很大程度上规避了工程建设的风险。但是，公路平面交叉道口及公路占用、挖掘、改线涉路施工三维模型自动生成目前还未实现。