王一平（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北武漢 430051）

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新技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

王一平
（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北武漢 430051）

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，道路交通事業(yè)的建筑規(guī)模也隨之增加，要保證道路橋梁建設(shè)的質(zhì)量，必須做好路橋設(shè)計(jì)工作。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步給路橋設(shè)計(jì)提供了新的技術(shù)和方法，增加了設(shè)計(jì)的合理性和精準(zhǔn)度。本文將著重闡述計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)以及GPS技術(shù)等新科技在路橋設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用，為設(shè)計(jì)人員提供新技術(shù)下的路橋設(shè)計(jì)參考理念。

【關(guān)鍵詞】路橋設(shè)計(jì) 運(yùn)用 計(jì)算機(jī)技術(shù) GIS技術(shù) GPS技術(shù)

在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的過程中，路橋建設(shè)的也在新技術(shù)的引領(lǐng)下不斷進(jìn)步創(chuàng)新，傳統(tǒng)的路橋設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足路橋建設(shè)的施工建設(shè)需求，將最新科技運(yùn)用到路橋設(shè)計(jì)中可以有效提升建筑施工的工作效率，滿足路橋建設(shè)的新要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)和GPS技術(shù)等新科技已經(jīng)趨于成熟，如何將它們有效地與路橋設(shè)計(jì)相結(jié)合發(fā)揮最佳功效是設(shè)計(jì)人員需要解決的重要問題。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

1.1 計(jì)算機(jī)新技術(shù)的介紹

計(jì)算機(jī)應(yīng)用最為廣泛的是人機(jī)交互技術(shù)，人機(jī)交互即盡可能增加計(jì)算機(jī)和人的交流，運(yùn)用計(jì)算機(jī)形象的提示界面，使操作人員高效合理地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)信息、進(jìn)行數(shù)據(jù)評(píng)估并對(duì)整個(gè)路橋建設(shè)實(shí)現(xiàn)全面體統(tǒng)的管理控制。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用中只能使用簡(jiǎn)單的數(shù)字和文字信息進(jìn)行人機(jī)交流，新的計(jì)算機(jī)技術(shù)極大的改善了這一點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體形象化的交流方式，不僅能對(duì)信息進(jìn)行多方面的收集與保存，還可以進(jìn)行合理有效的分析處理，對(duì)路橋設(shè)計(jì)提供較大的幫助。

此外，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)位移數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)拖動(dòng)，即在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行“可視”的設(shè)備拖動(dòng)過程中，其產(chǎn)生的位移和其他相關(guān)變量的數(shù)據(jù)變化都可以即時(shí)呈現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)了可視圖像的動(dòng)態(tài)平滑變形，為路橋設(shè)計(jì)提供了極大的便利條件［1］。

最后，可視化技術(shù)的發(fā)展可以使路橋設(shè)計(jì)更加靈活準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)將路橋設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后得到簡(jiǎn)單的二維模型，再由設(shè)計(jì)人員自行進(jìn)行分析；可視化技術(shù)可以在簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)輸入之后自行進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算，從而給出更加形象具體的模型以及詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。此外，用戶還可以在計(jì)算機(jī)給出的圖形基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的作圖的圖形的完善修改，其產(chǎn)生的新的數(shù)據(jù)也將由計(jì)算機(jī)保存下來，進(jìn)行下一步的計(jì)算。這項(xiàng)技術(shù)極大地提高了路橋設(shè)計(jì)的效率和水平，為整體的路橋建設(shè)帶來了不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中運(yùn)用

計(jì)算機(jī)新技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用在路橋設(shè)計(jì)中，使道路設(shè)計(jì)和橋梁設(shè)計(jì)有了極大的改善。道路設(shè)計(jì)一般采用HintCAD4.6緯地道路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它本身基于windows系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序，可以采用實(shí)時(shí)拖動(dòng)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，使平面、縱面接線計(jì)算實(shí)現(xiàn)智能化，運(yùn)用宏觀控制的各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)輕松完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目的完善和修改。在進(jìn)行道路設(shè)計(jì)的過程中，只需要?jiǎng)討B(tài)拖動(dòng)交點(diǎn)位置、曲線半徑，便可以同時(shí)獲得交點(diǎn)的位置、間距、半徑等參數(shù)。Delaunay Triangulation方法可以建立起三維仿真模型得到更加形象化的視圖，極大的提升工作效率，增加道路設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性。

在橋梁設(shè)計(jì)中，一般采用橋梁制圖設(shè)計(jì)軟件，它的界面優(yōu)化程度極高，在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和制圖過程中，可以方便地進(jìn)行人機(jī)交流，將設(shè)計(jì)成果直接顯示在界面系統(tǒng)中。其結(jié)構(gòu)分析的系統(tǒng)十分強(qiáng)大，可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、結(jié)構(gòu)分析等融為一體，僅通過簡(jiǎn)單必要的數(shù)據(jù)輸入即可獲得橋梁設(shè)計(jì)的重要信息，獨(dú)立生成三維模型并提供修改方案。

2 GIS技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

2.1 GIS技術(shù)的介紹

GIS（Geo-Information system）即地學(xué)信息系統(tǒng)，它是一種空間信息系統(tǒng)，可以對(duì)部分或整體的地球表層進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、描述、運(yùn)算、分析和管理，其對(duì)地質(zhì)信息的存儲(chǔ)和分析對(duì)路橋設(shè)計(jì)具有極大的幫助。

首先，GIS技術(shù)具有數(shù)據(jù)的管理功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程勘探和地理底圖的數(shù)據(jù)資料的編輯、錄入、轉(zhuǎn)換和有效儲(chǔ)存。其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力，可以將工程勘探中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)形成圖形和表格，對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行分析，保存三維地質(zhì)模型以及試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)系統(tǒng)。其次，GIS的空間分析和數(shù)一模聯(lián)動(dòng)的功能可以實(shí)現(xiàn)：①生成土層柱狀圖、鉆孔平面圖、地質(zhì)剖面圖和巖石柱狀圖等基本的圖件；②生成離散鉆孔點(diǎn)的等值線，如基層面等值線和地層層厚等；③生成各項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線，比如十字剪切的試驗(yàn)曲線和靜力觸探的曲線圖等。最后，GIS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)的可視化建模，對(duì)于地質(zhì)復(fù)雜的地帶根據(jù)數(shù)據(jù)信息生成空間布展的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，用戶將可以同時(shí)根據(jù)自定義系統(tǒng)進(jìn)行其夾層、透鏡體等特殊地質(zhì)情況；其可視化的功能可以在地質(zhì)模型的處理中使用戶可以任意地切割模型，形成立體剖面圖。

2.2 GIS技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中運(yùn)用

GIS技術(shù)的空間插件可形成二維模型的工程地質(zhì)等值線圖，這是一種應(yīng)用廣泛的空間分布圖，主要由等值的基層埋深度和土層厚度等離散點(diǎn)連接而成，在計(jì)算機(jī)模擬中可以直接看到該地區(qū)的地質(zhì)情況。此外，自然界中廣泛存在的相似原理也在GIS技術(shù)的應(yīng)用中得到應(yīng)用，在離散采樣的情況下，當(dāng)鉆孔數(shù)量不足時(shí)，GIS技術(shù)便可通過相似相近原理推斷其他位置的巖層類型。荷蘭氣候?qū)W家以此根據(jù)離散型的降水量計(jì)算當(dāng)?shù)氐钠骄邓浚邪l(fā)出了Voronoi多邊形的處理方式，即在獲得的離散型的降水量數(shù)據(jù)后做出能夠連接起整個(gè)區(qū)域的多邊形，在三角形平面進(jìn)行平面分割，連接將數(shù)量相同的點(diǎn)即可獲得整個(gè)區(qū)域的降水量分布特征［2］。我國(guó)科學(xué)家運(yùn)用相似相近原理研發(fā)出MAPGIS，美國(guó)公司也推出了AroGIS，這些均可實(shí)現(xiàn)Voronoi多邊形的分析模式。

在路橋制圖中，經(jīng)常運(yùn)用示例圖紙作為路橋制圖的參考，但應(yīng)用這些圖紙時(shí)往往需要對(duì)較長(zhǎng)的施工圖紙進(jìn)行多次掃描，但掃描后經(jīng)常出現(xiàn)圖紙變形、位置傾斜等情況，這就導(dǎo)致圖紙不容易進(jìn)行拼接，如使用PS技術(shù)進(jìn)行拼接則會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，也容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。GIS技術(shù)可以輕松解決這個(gè)問題，只要核實(shí)好掃描圖紙的關(guān)鍵位置，便可以用GIS軟件進(jìn)行比較完善的拼接，圖紙連接效果較好，完成拼接后還可以直接運(yùn)用CAD軟件對(duì)底圖進(jìn)行下一步的測(cè)繪，十分高效便捷。

在路橋設(shè)計(jì)中，對(duì)三維圖形的應(yīng)用較多，三維的GIS技術(shù)可以對(duì)客觀的世界進(jìn)行更為真實(shí)的表達(dá)，我國(guó)的某軟件公司便根據(jù)三維GIS技術(shù)設(shè)計(jì)出一款三維可視的地理信息系統(tǒng)（MAGIS），它主要分為兩個(gè)部分，包括平面圖形的編輯系統(tǒng)以及三維地理信息系統(tǒng)，主要對(duì)數(shù)字地面建模、數(shù)字柵格圖、數(shù)字化縣圖以及數(shù)字正射影像等虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)進(jìn)行增和處理。MAGIS的功能突破了二維概念，對(duì)三維目標(biāo)進(jìn)行直接的分析查詢，在透視空間中對(duì)模型面積、體積、周長(zhǎng)等情況進(jìn)行查詢，并依次進(jìn)行分析決策。

3 GPS技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

3.1 GPS技術(shù)的介紹

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，可以在全球范圍內(nèi)實(shí)行導(dǎo)航和定位，它主要用于路橋設(shè)計(jì)的測(cè)量勘測(cè)過程中，具有如下特點(diǎn)：第一，GPS技術(shù)的運(yùn)用使測(cè)站間不再需要通視，可以做到靈活選點(diǎn)，有較大的測(cè)量空間；第二，使用GPS技術(shù)的進(jìn)行測(cè)量可以縮短時(shí)間，一般對(duì)于較短的基線，通過快速相對(duì)定位5分鐘內(nèi)即可完成觀測(cè)；第三，GPS技術(shù)的定位更加精確，紅外測(cè)距儀的測(cè)量精度為5mm±10-6，隨著距離的增加其精度有所降低，GPS測(cè)量在短距離內(nèi)的精度與紅外測(cè)距儀的精度相似，但距離越長(zhǎng)，其測(cè)量精度更加精確，當(dāng)基線長(zhǎng)度小于50千米時(shí)，其精度為12×10-6，當(dāng)基線長(zhǎng)度在100至500千米之間時(shí)，精度為6×10-7［3］；第四，GPS技術(shù)可以保證其測(cè)量全天候進(jìn)行作業(yè)，在任何氣候條件、任何地理位置都可以進(jìn)行。

3.2 GPS技術(shù)在路橋設(shè)計(jì)中運(yùn)用

在進(jìn)行道路設(shè)計(jì)過程中，GPS勘測(cè)技術(shù)使整體設(shè)計(jì)的布網(wǎng)過程更加精確，對(duì)于距離較大的公路建設(shè)提供整個(gè)區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)，便于在設(shè)計(jì)中對(duì)不同的位置地點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)計(jì)，方便施工，極大地減少了后期施工中的不穩(wěn)定因素，幫助縮短工期。

在橋梁設(shè)計(jì)中，GPS技術(shù)動(dòng)態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合的定位方式，不僅可以提升器測(cè)量精度，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確合理，還能通過其數(shù)字回聲測(cè)探技術(shù)，在大型的跨海跨河施工中進(jìn)行較為準(zhǔn)確的水下地形測(cè)量，為橋梁的設(shè)計(jì)提供重要參考依據(jù)。GPS的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)解決了長(zhǎng)期以來在橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)中無法對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)量的難題，使后期的工程建設(shè)節(jié)約時(shí)間，降低危險(xiǎn)性。

4 結(jié)語

科學(xué)領(lǐng)域不斷的探索幫助了各類建筑工程的設(shè)計(jì)和施工發(fā)展，合理地運(yùn)用新的科學(xué)技術(shù)，使其發(fā)揮最大功效也是進(jìn)行科研創(chuàng)新的重要目的。計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS與GPS技術(shù)的發(fā)展和合理運(yùn)用將為路橋建設(shè)提供巨大的幫助，使其建設(shè)更具有高效性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

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