摘要：城市道路是城市社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的紐帶和動(dòng)脈，是城市綜合功能的重要組成部分，也是城市建設(shè)水平的集中體現(xiàn)。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，道路設(shè)計(jì)的種種方案也逐漸層出不窮。本文簡(jiǎn)要論述了現(xiàn)代城市道路的設(shè)計(jì)思路，可供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)代城市,道路設(shè)計(jì),思路,應(yīng)用

　　一、前言

　　城市特色危機(jī)是伴隨經(jīng)濟(jì)全球化而來(lái)的全球性文化問(wèn)題，隨著人們生活水平的不斷提高，市民對(duì)于文化生活的需求也越來(lái)越多元化，其中也包括了城市形象的個(gè)性化需求。因此在街道規(guī)劃設(shè)計(jì)中要尊重自然、尊重歷史并突出特色，注重城市整體形象的塑造，塑造城市形象應(yīng)利用好城市的自然條件，尊重城市自然形成的地形條件，這樣既經(jīng)濟(jì)又可創(chuàng)造地方特色，如深圳深南大道就反映了深圳這個(gè)美麗的國(guó)際花園城市的特色。

　　二、道路設(shè)計(jì)的方法及其應(yīng)用

　　2.1曲線法定線

　　高等級(jí)公路的路線設(shè)計(jì)大多采用紙上定線，或者利用電子地圖，借助路線設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)上定線，然后通過(guò)實(shí)地踏勘的方法來(lái)決定路線方案。傳統(tǒng)的定線方法是“導(dǎo)線法”，該法的優(yōu)勢(shì)是可以迅速確定路線的宏觀走向，但如果在復(fù)雜地形條件下，很多路段的線位是由相互關(guān)聯(lián)的曲線組合而成的，設(shè)置“S”曲線和復(fù)曲線時(shí)，導(dǎo)線的作用也不明顯，因而也有很大的局限性。

　　國(guó)外的路線設(shè)計(jì)多數(shù)是采用“曲線法”定線。如今，這種設(shè)計(jì)方法也越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)工程師的重視。“曲線法”定線的思路是：確立圓弧在路線設(shè)計(jì)上的主導(dǎo)地位，定線時(shí)先根據(jù)控制因素確定圓曲線的位置，再利用直線(曲率為“零”的圓弧)和緩和曲線來(lái)確定圓弧與圓弧之間的連接和過(guò)渡關(guān)系。這種定線方法的好處是目的明確，直接用圓曲線對(duì)主要地形或地物加以控制，不必理會(huì)導(dǎo)線和交點(diǎn)的位置，用直線或緩和曲線連接相鄰曲線時(shí)也顯得非常靈活和方便。

　　由于曲線法定線的思想是把直線理解為特殊曲率的圓弧，因而完全兼容了“導(dǎo)線法”定線。在實(shí)際工作中借助曲線主點(diǎn)的切線方向相交而獲得導(dǎo)線和交點(diǎn)，也完全滿足設(shè)計(jì)和出圖出表的需要。設(shè)計(jì)思路拓展了，圓曲線的定位和建立也就更加靈活，可以滿足眾多復(fù)雜的控制要求。圖1是利用數(shù)學(xué)上“最小二乘法”的計(jì)算方法確定圓弧位置和半徑的實(shí)例，得到的曲線半徑和線位能夠盡可能滿足從多數(shù)控制點(diǎn)通過(guò)的要求。

 

　　2.2利用平面分析計(jì)算建立縱斷面設(shè)計(jì)的高程控制點(diǎn)

　　縱斷面的設(shè)計(jì)實(shí)際上就是控制設(shè)計(jì)。比如：在山嶺區(qū)拉坡有坡度、坡長(zhǎng)的控制;隧道穿越區(qū)會(huì)有進(jìn)出口標(biāo)高的控制;沿溪(河)線、跨溝處會(huì)有水文的控制;平原區(qū)會(huì)有填土高度的控制;路線交叉有被交線凈空要求的控制等。在拉坡的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者必須綜合考慮各種控制因素，使設(shè)計(jì)的縱坡盡可能符合各種控制條件的要求。如果控制條件互相沖突，則要認(rèn)真分析，合理取舍。

　　在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)人員要在拉坡之前建立各種高程控制點(diǎn)，由于缺乏靈活的輔助工具，使得這一工作又繁瑣又缺乏準(zhǔn)確性;在拉坡過(guò)程中，盡管有輔助設(shè)計(jì)軟件可用，但由于軟件功能有限，使用不太方便。所以，輔助設(shè)計(jì)軟件功能的進(jìn)一步完善是十分必要的。如圖2所示，主線上跨已經(jīng)設(shè)計(jì)的等級(jí)道路，需要設(shè)置分離式立交，在滿足被交線凈空的條件下，主線應(yīng)該盡可能降低填土高度。經(jīng)分析確定了最不利位置，在主線彎道內(nèi)側(cè)路基邊緣和被交線彎道外側(cè)路基邊緣的交叉處，經(jīng)計(jì)算，獲得主線和被交線投影樁號(hào)，根據(jù)被交線設(shè)計(jì)高和橫坡計(jì)算出控制點(diǎn)標(biāo)高，該標(biāo)高與橋下凈空高度和建筑高度之和就是主線在交叉位置的最低控制標(biāo)高。這個(gè)高程控制點(diǎn)將會(huì)在主線的縱斷面設(shè)計(jì)中自動(dòng)出現(xiàn)。相應(yīng)地，在縱斷面設(shè)計(jì)中，程序內(nèi)部通過(guò)代數(shù)運(yùn)算，為設(shè)計(jì)者提供了通過(guò)調(diào)整豎曲線半徑、縱坡、變坡點(diǎn)標(biāo)高等方法直接滿足控制標(biāo)高要求的功能，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)捷、明快。

 

　　設(shè)計(jì)者有時(shí)并不能直接判斷出最不利的位置，有時(shí)還會(huì)存在多個(gè)不利位置，那就可以借助平面分析計(jì)算產(chǎn)生控制點(diǎn)的功能把它們一一找出來(lái)，供縱斷面設(shè)計(jì)使用。在實(shí)際操作中，這種方法還有一個(gè)更大的優(yōu)越性，一旦設(shè)計(jì)因素發(fā)生改變，如線位略有調(diào)整或者被交線縱坡發(fā)生改變等，這些通過(guò)計(jì)算得到的高程控制點(diǎn)因?yàn)榕c之關(guān)聯(lián)，就會(huì)自動(dòng)更新，無(wú)需重新建立，給設(shè)計(jì)者提供了很大的方便。

　　2.3以點(diǎn)為基本元素進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)

　　國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)軟件普遍采用的橫斷面設(shè)計(jì)方法是“模板法”，也就是根據(jù)常見(jiàn)的橫斷面處理方式，提供相應(yīng)的模板，在不同的處理路段直接套用。有的軟件還提供了一定的擴(kuò)展功能，允許建立自定義模板，但畢竟功能有限。實(shí)際上，這種采用“窮舉”法建立不同的模板來(lái)解決橫斷面戴帽子的方法，在相對(duì)簡(jiǎn)單的路幅設(shè)計(jì)和路基處理上是可行的，但要解決較復(fù)雜的橫斷面問(wèn)題、滿足更加嚴(yán)格和細(xì)致的設(shè)計(jì)要求時(shí)就顯得十分困難，即使勉強(qiáng)為之，也會(huì)有很大的手工編輯量。

　　與這些設(shè)計(jì)方法相比，以點(diǎn)為基本元素進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)的方法則是完全有別于以往任何設(shè)計(jì)方法的一種徹底的解決方案。因?yàn)闊o(wú)論何種形式的橫斷面，其歸根到底是由一系列橫斷面點(diǎn)相互連接而成的，只要控制了這些橫斷面點(diǎn)的建立過(guò)程，也就控制了橫斷面線的產(chǎn)生。因此，這種技術(shù)為設(shè)計(jì)者提供了一系列具有專業(yè)功能的宏命令，如：以橫斷面點(diǎn)所處的絕對(duì)坐標(biāo)建點(diǎn);相對(duì)于前一個(gè)點(diǎn)同時(shí)給出橫向和豎向增量來(lái)建點(diǎn);相對(duì)某一點(diǎn)放坡，通過(guò)控制其橫向或豎向增量來(lái)建點(diǎn);按照一定的坡率放坡與另一個(gè)橫斷面線相交來(lái)建點(diǎn)等，功能十分完備。有了這一系列的宏，再稍具備程序開(kāi)發(fā)的思路，橫斷面的設(shè)計(jì)就可以化繁為簡(jiǎn)，輕松實(shí)現(xiàn)。由于橫斷面點(diǎn)的建立是可控的，相鄰兩點(diǎn)之間的連接構(gòu)成線單元，因而線單元的產(chǎn)生同樣是可控的。設(shè)計(jì)者不僅具有完全的自主權(quán)，享有廣泛的擴(kuò)展空間，甚至可以創(chuàng)造出具有項(xiàng)目特色、最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際工作中，橫斷面處理方式的積累，不僅增強(qiáng)了功能，也使工作效率和質(zhì)量得到了有效保證。

　　橫斷面的設(shè)計(jì)工作往往并非一步到位，有時(shí)還要為其他一些設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料，待相關(guān)設(shè)計(jì)完成后再重新反映到橫斷面設(shè)計(jì)上來(lái)。如：初步的橫斷面戴帽子為路基排水拉坡提供地面高程信息，待排水設(shè)計(jì)完成后重新在橫斷面設(shè)計(jì)線上完成邊溝設(shè)置。橫斷面設(shè)計(jì)的最終結(jié)果也并不僅僅用于土石方計(jì)量，橫斷面設(shè)計(jì)線影響的范圍還是征地拆遷數(shù)量統(tǒng)計(jì)的依據(jù)。這些在具體設(shè)計(jì)中所要求的功能，如果利用上述的橫斷面設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常方便。因?yàn)槊恳粋�(gè)橫斷面點(diǎn)的設(shè)計(jì)是可控的，所以其設(shè)計(jì)信息也是可以記錄和查詢的。

　　圖3為在連續(xù)上坡路段，在曲線全超高范圍內(nèi)彎道內(nèi)外側(cè)路幅采用不同橫坡的設(shè)計(jì)實(shí)例。在連續(xù)上坡路段，路幅左右兩側(cè)車輛的實(shí)際運(yùn)行速度有較大的差異。如果按照傳統(tǒng)的方法采用相同的超高橫坡是不合理的，也是不安全的。利用新的橫斷面設(shè)計(jì)方法，就可以為左右兩幅設(shè)置不同的橫坡文件，按照各自的方式進(jìn)行超高過(guò)渡。同樣在六車道以上的道路路幅設(shè)計(jì)時(shí)，不同的行車道，甚至硬路肩都可以有自己獨(dú)立的橫坡控制文件，從而可以實(shí)現(xiàn)增設(shè)路拱改善排水或改善硬路肩停車條件的作用。此外，如果借助于地質(zhì)縱剖面在橫斷面上產(chǎn)生不同土石分界線，就可以實(shí)現(xiàn)挖方各類土石的準(zhǔn)確計(jì),不再用土石百分比模糊表述。

 

　　2.4建立配對(duì)樁號(hào)確立不同路線問(wèn)的相互關(guān)系

　　不同的路線之間或者同一路線的不同路段之間有時(shí)是相互影響的。比如說(shuō)互通式立交的主線與匝道之間、匝道與匝道之間、分離式路基的上下行路幅之間、低等級(jí)道路的回頭曲線回頭彎的上下路段等，都存在一定的相互關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)有時(shí)會(huì)影響到縱斷面設(shè)計(jì)，有時(shí)還會(huì)影響到路基的設(shè)計(jì)和工程量的統(tǒng)計(jì)。

　　傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在解決這類問(wèn)題時(shí)顯得十分吃力。在互通式立交設(shè)計(jì)中，由于要求連接部路幅在分離前必須保持路面連續(xù)，因而縱坡的設(shè)計(jì)相對(duì)嚴(yán)格，但由于設(shè)計(jì)時(shí)各自為政，缺乏相互聯(lián)系，路幅設(shè)計(jì)的精度仍然不高。同樣的原因，路幅分離后的部分路段，盡管路基仍然相連，設(shè)計(jì)時(shí)卻沒(méi)能把它們當(dāng)作一個(gè)整體對(duì)待，路基相交處橫斷面要么不裁切，要么裁切后與對(duì)應(yīng)路基不吻合，造成工程計(jì)量不準(zhǔn)確，有時(shí)甚至是重復(fù)計(jì)量。在分離式路基設(shè)計(jì)中，這種現(xiàn)象也很普遍。

　　較為科學(xué)的解決方法是根據(jù)不同路基處理的要求，建立不同路線或者同一路線不同路段之間的配對(duì)關(guān)系，自動(dòng)記錄配對(duì)樁號(hào)和距離以方便后續(xù)設(shè)計(jì)。如果路幅相連，就可以用一條路線的縱斷面作控制，通過(guò)各自的橫坡和距離，計(jì)算出配對(duì)樁號(hào)應(yīng)有的設(shè)計(jì)高程;如果路基相連，也可以按照配對(duì)關(guān)系把一條路線上的橫斷面設(shè)計(jì)信息變換到對(duì)應(yīng)路線配對(duì)樁號(hào)橫斷面的正確位置上，只有這樣，才可以全面把握不同路線路基間的相互關(guān)系，找到最合理的解決方案，同時(shí)也可以得到最準(zhǔn)確的工程量。圖4就是分離式路基的橫斷面變換后合并邊溝的處理實(shí)例，兩個(gè)路基之間有嚴(yán)格的工程量分界，確保了土石方不重復(fù)計(jì)量。

　　同一路線的不同路段也可以借鑒這樣的思路。正如前面所說(shuō)的回頭曲線，回頭彎上下兩處路基經(jīng)變換后放在一塊，再確定是修建擋土墻還是有足夠的距離供更高的路基放坡。 圖4分離式路基的橫斷面變換

　　2.5借助數(shù)字地面模型解決復(fù)雜的工程計(jì)量

　　國(guó)外道路設(shè)計(jì)中已廣泛采用的數(shù)字地面模型技術(shù)，已逐漸得到國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可，并在實(shí)踐中加以運(yùn)用。所謂數(shù)字地面模型(簡(jiǎn)稱數(shù)模)是借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的手段，用大量的三維地形點(diǎn)相互構(gòu)網(wǎng)形成面來(lái)模擬地形的起伏變化。有了該技術(shù)，設(shè)計(jì)人員無(wú)需去現(xiàn)場(chǎng)，就可以通過(guò)數(shù)模獲取原始地貌數(shù)據(jù)，工作效率大為提高。近年來(lái)，隨著測(cè)繪數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高和軟件水平的提高，數(shù)模的應(yīng)用領(lǐng)域已得到很大拓展。

　　但是在國(guó)內(nèi)，大多數(shù)道路設(shè)計(jì)軟件所提供的功能，只是利用數(shù)模來(lái)剖切路線的縱橫斷面地面線，用于后續(xù)的縱斷面設(shè)計(jì)和橫斷面設(shè)計(jì)。實(shí)際上，這只是數(shù)模技術(shù)在道路設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的用途，它在解決復(fù)雜的工程計(jì)量時(shí)還具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　城市經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，原有的設(shè)計(jì)理念及規(guī)范已漸漸的不適應(yīng)這個(gè)時(shí)代，我們的設(shè)計(jì)工作者也應(yīng)有更新、更高的要求。因此，積極倡導(dǎo)、推廣和普及道路設(shè)計(jì)的新理念，必定能給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)新的活力，以使設(shè)計(jì)工作適應(yīng)新形勢(shì)發(fā)展的需要，從而做到精益求精，創(chuàng)造出更多的精品工程。