浅析现代城市道路设计思路
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摘要：城市道路是城市社会活动、经济活动的纽带和动脉，是城市综合功能的重要组成部分，也是城市建设水平的集中体现。随着我国城市化进程的迅猛发展，道路设计的种种方案也逐渐层出不穷。本文简要论述了现代城市道路的设计思路，可供同行参考。
Abstract: urban road is the city of economic activities in the social activity, link and the artery, is the city's comprehensive functions as an important part of the urban construction level is the centralized embodiment. With China's urbanization process of rapid development, and all kinds of schemes road design also gradually emerge in endlessly. This paper briefly discusses the modern urban road design, available for reference to fellow.
Key words: the modern city; Road design; Train of thought; application
中图分类号：U412.37文献标识码：A文章编号：
一、前言
城市特色危机是伴随经济全球化而来的全球性文化问题，随着人们生活水平的不断提高，市民对于文化生活的需求也越来越多元化，其中也包括了城市形象的个性化需求。因此在街道规划设计中要尊重自然、尊重历史并突出特色，注重城市整体形象的塑造，塑造城市形象应利用好城市的自然条件，尊重城市自然形成的地形条件，这样既经济又可创造地方特色，如深圳深南大道就反映了深圳这个美丽的国际花园城市的特色。
二、道路设计的方法及其应用
2．1曲线法定线
高等级公路的路线设计大多采用纸上定线，或者利用电子地图，借助路线设计软件在计算机上定线，然后通过实地踏勘的方法来决定路线方案。传统的定线方法是“导线法”，该法的优势是可以迅速确定路线的宏观走向，但如果在复杂地形条件下，很多路段的线位是由相互关联的曲线组合而成的，设置“S”曲线和复曲线时，导线的作用也不明显，因而也有很大的局限性。
国外的路线设计多数是采用“曲线法”定线。如今，这种设计方法也越来越受到国内工程师的重视。“曲线法”定线的思路是：确立圆弧在路线设计上的主导地位，定线时先根据控制因素确定圆曲线的位置，再利用直线(曲率为“零”的圆弧)和缓和曲线来确定圆弧与圆弧之间的连接和过渡关系。这种定线方法的好处是目的明确，直接用圆曲线对主要地形或地物加以控制，不必理会导线和交点的位置，用直线或缓和曲线连接相邻曲线时也显得非常灵活和方便。
由于曲线法定线的思想是把直线理解为特殊曲率的圆弧，因而完全兼容了“导线法”定线。在实际工作中借助曲线主点的切线方向相交而获得导线和交点，也完全满足设计和出图出表的需要。设计思路拓展了，圆曲线的定位和建立也就更加灵活，可以满足众多复杂的控制要求。图1是利用数学上“最小二乘法”的计算方法确定圆弧位置和半径的实例，得到的曲线半径和线位能够尽可能满足从多数控制点通过的要求。
图l用最小二乘法计算圆曲线
2．2利用平面分析计算建立纵断面设计的高程控制点
纵断面的设计实际上就是控制设计。比如：在山岭区拉坡有坡度、坡长的控制；隧道穿越区会有进出口标高的控制；沿溪(河)线、跨沟处会有水文的控制；平原区会有填土高度的控制；路线交叉有被交线净空要求的控制等。在拉坡的过程中，设计者必须综合考虑各种控制因素，使设计的纵坡尽可能符合各种控制条件的要求。如果控制条件互相冲突，则要认真分析，合理取舍。
在传统的设计方法中，设计人员要在拉坡之前建立各种高程控制点，由于缺乏灵活的辅助工具，使得这一工作又繁琐又缺乏准确性；在拉坡过程中，尽管有辅助设计软件可用，但由于软件功能有限，使用不太方便。所以，辅助设计软件功能的进一步完善是十分必要的。如图2所示，主线上跨已经设计的等级道路，需要设置分离式立交，在满足被交线净空的条件下，主线应该尽可能降低填土高度。经分析确定了最不利位置，在主线弯道内侧路基边缘和被交线弯道外侧路基边缘的交叉处，经计算，获得主线和被交线投影桩号，根据被交线设计高和横坡计算出控制点标高，该标高与桥下净空高度和建筑高度之和就是主线在交叉位置的最低控制标高。这个高程控制点将会在主线的纵断面设计中自动出现。相应地，在纵断面设计中，程序内部通过代数运算，为设计者提供了通过调整竖曲线半径、纵坡、变坡点标高等方法直接满足控制标高要求的功能，整个设计过程简捷、明快。
图2平纵关联计算高程控制点
设计者有时并不能直接判断出最不利的位置，有时还会存在多个不利位置，那就可以借助平面分析计算产生控制点的功能把它们一一找出来，供纵断面设计使用。在实际操作中，这种方法还有一个更大的优越性，一旦设计因素发生改变，如线位略有调整或者被交线纵坡发生改变等，这些通过计算得到的高程控制点因为与之关联，就会自动更新，无需重新建立，给设计者提供了很大的方便。
2．3以点为基本元素进行横断面设计
国内的设计软件普遍采用的横断面设计方法是“模板法”，也就是根据常见的横断面处理方式，提供相应的模板，在不同的处理路段直接套用。有的软件还提供了一定的扩展功能，允许建立自定义模板，但毕竟功能有限。实际上，这种采用“穷举”法建立不同的模板来解决横断面戴帽子的方法，在相对简单的路幅设计和路基处理上是可行的，但要解决较复杂的横断面问题、满足更加严格和细致的设计要求时就显得十分困难，即使勉强为之，也会有很大的手工编辑量。
与这些设计方法相比，以点为基本元素进行横断面设计的方法则是完全有别于以往任何设计方法的一种彻底的解决方案。因为无论何种形式的横断面，其归根到底是由一系列横断面点相互连接而成的，只要控制了这些横断面点的建立过程，也就控制了横断面线的产生。因此，这种技术为设计者提供了一系列具有专业功能的宏命令，如：以横断面点所处的绝对坐标建点；相对于前一个点同时给出横向和竖向增量来建点；相对某一点放坡，通过控制其横向或竖向增量来建点；按照一定的坡率放坡与另一个横断面线相交来建点等，功能十分完备。有了这一系列的宏，再稍具备程序开发的思路，横断面的设计就可以化繁为简，轻松实现。由于横断面点的建立是可控的，相邻两点之间的连接构成线单元，因而线单元的产生同样是可控的。设计者不仅具有完全的自，享有广泛的扩展空间，甚至可以创造出具有项目特色、最优的设计方案。在实际工作中，横断面处理方式的积累，不仅增强了功能，也使工作效率和质量得到了有效保证。
横断面的设计工作往往并非一步到位，有时还要为其他一些设计提供基础资料，待相关设计完成后再重新反映到横断面设计上来。如：初步的横断面戴帽子为路基排水拉坡提供地面高程信息，待排水设计完成后重新在横断面设计线上完成边沟设置。横断面设计的最终结果也并不仅仅用于土石方计量，横断面设计线影响的范围还是征地拆迁数量统计的依据。这些在具体设计中所要求的功能，如果利用上述的横断面设计方法，实现起来非常方便。因为每一个横断面点的设计是可控的，所以其设计信息也是可以记录和查询的。
图3为在连续上坡路段，在曲线全超高范围内弯道内外侧路幅采用不同横坡的设计实例。在连续上坡路段，路幅左右两侧车辆的实际运行速度有较大的差异。如果按照传统的方法采用相同的超高横坡是不合理的，也是不安全的。利用新的横断面设计方法，就可以为左右两幅设置不同的横坡文件，按照各自的方式进行超高过渡。同样在六车道以上的道路路幅设计时，不同的行车道，甚至硬路肩都可以有自己独立的横坡控制文件，从而可以实现增设路拱改善排水或改善硬路肩停车条件的作用。此外，如果借助于地质纵剖面在横断面上产生不同土石分界线，就可以实现挖方各类土石的准确计,不再用土石百分比模糊表述。
圈3路幅左右侧设置独立超高及土石方准确计量
2．4建立配对桩号确立不同路线问的相互关系
不同的路线之间或者同一路线的不同路段之间有时是相互影响的。比如说互通式立交的主线与匝道之间、匝道与匝道之间、分离式路基的上下行路幅之间、低等级道路的回头曲线回头弯的上下路段等，都存在一定的相互关联。这种关联有时会影响到纵断面设计，有时还会影响到路基的设计和工程量的统计。
传统的设计方法在解决这类问题时显得十分吃力。在互通式立交设计中，由于要求连接部路幅在分离前必须保持路面连续，因而纵坡的设计相对严格，但由于设计时各自为政，缺乏相互联系，路幅设计的精度仍然不高。同样的原因，路幅分离后的部分路段，尽管路基仍然相连，设计时却没能把它们当作一个整体对待，路基相交处横断面要么不裁切，要么裁切后与对应路基不吻合，造成工程计量不准确，有时甚至是重复计量。在分离式路基设计中，这种现象也很普遍。
较为科学的解决方法是根据不同路基处理的要求，建立不同路线或者同一路线不同路段之间的配对关系，自动记录配对桩号和距离以方便后续设计。如果路幅相连，就可以用一条路线的纵断面作控制，通过各自的横坡和距离，计算出配对桩号应有的设计高程；如果路基相连，也可以按照配对关系把一条路线上的横断面设计信息变换到对应路线配对桩号横断面的正确位置上，只有这样，才可以全面把握不同路线路基间的相互关系，找到最合理的解决方案，同时也可以得到最准确的工程量。图4就是分离式路基的横断面变换后合并边沟的处理实例，两个路基之间有严格的工程量分界，确保了土石方不重复计量。
同一路线的不同路段也可以借鉴这样的思路。正如前面所说的回头曲线，回头弯上下两处路基经变换后放在一块，再确定是修建挡土墙还是有足够的距离供更高的路基放坡。
图4分离式路基的横断面变换
2．5借助数字地面模型解决复杂的工程计量
国外道路设计中已广泛采用的数字地面模型技术，已逐渐得到国内设计人员的认可，并在实践中加以运用。所谓数字地面模型(简称数模)是借助计算机辅助设计的手段，用大量的三维地形点相互构网形成面来模拟地形的起伏变化。有了该技术，设计人员无需去现场，就可以通过数模获取原始地貌数据，工作效率大为提高。近年来，随着测绘数据质量的提高和软件水平的提高，数模的应用领域已得到很大拓展。
但是在国内，大多数道路设计软件所提供的功能，只是利用数模来剖切路线的纵横断面地面线，用于后续的纵断面设计和横断面设计。实际上，这只是数模技术在道路设计中最基础的用途，它在解决复杂的工程计量时还具有得天独厚的优势。
三、结束语
城市经济飞速发展，城市化进程的加快，原有的设计理念及规范已渐渐的不适应这个时代，我们的设计工作者也应有更新、更高的要求。因此，积极倡导、推广和普及道路设计的新理念，必定能给设计工作带来新的活力，以使设计工作适应新形势发展的需要，从而做到精益求精，创造出更多的精品工程。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。