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公路三维关联优化设计技术的研究与开发 （建筑之家） 摘 要： 为解决山区高速公路设计中路线方案比选和优化等迫切问题，在数字地面模型技术的基础上研究和开发了公路平、纵、横和三维模型之间实时关联互动的公路三维关联优化设计技术。 关键字： 公路优化设计 公路CAD软件 路线方案必选 1．背景 近年来随着我国交通基础设施建设力度的加大，我国的公路建设已经取得了飞速的发展，当大量新建公路纷纷竣工通车之际，一些公路的维修、扩建、改建项目的勘察设计工作亦愈来愈多。怎样准确快速的拟和原公路的几何线形、视检安全、合理的工点拼接改建方案，有效落实公路建设的新理念和指导思想，加强改扩建公路总体设计和路线方案比选、优化等等，都对我们勘察设计工作和技术提出了更多更高的要求。 为解决改扩建公路上述瓶颈问题，我院在数字地面模型技术的基础上研究和开发了公路平、纵、横和三维模型之间实时关联互动的公路三维关联优化设计技术。 2．目前路线方案优化的方法和流程 2.1 目前利用CAD技术进行路线方案优化的方法和流程 目前国内较为成熟的公路CAD 软件已经具备了数字地面模型（DTM）功能模块，能够实现在路线平面方案确定后，从DTM上采集获得路线纵横断面地面高程等功能。目前进行具体的路线方案优化的流程是： 路线平面设计定线或修改→应用DTM插值得到纵横断地面线数据资料→纵断面设计和竖曲线设计或修改→路基设计（超高和加宽设计）→横断面设计与绘图→土石方数量计算。当发现土石方数量过大、横断面与实际地面的组合不够恰当、填挖方边坡较高或者受不良地质情况制约需要优化时，则回到第一步的调整平面开始，依次进行多次的循环，直至达到满意为止。目前优化设计流程参见图19-16、19-17、19-18、19-19和图19-20所示。 图19-16（平面调整优化） 图19-17（纵断面调整优化） 图19-18（纵横断地面线剖切） 图19-19（横断面设计修改） 目前的优化设计流程图19-20 在优化过程中，每调整一次路线平面（或纵断面）设计，都必须重新采集得到一次纵横断面的地面高程数据，重新作一次路基设计，进行一次横断面设计（戴帽子）与绘图。很明显，这种循环是单向的、需要反复很多次，需要花费较长的时间和很多的精力，实际设计中还需要多名设计人员的配合，这就常常导致路线方案必选工作不够充分，优化深度不够。所以有人说：山区公路路线方案的必选与优化工作的深度，取决于设计者所花费的时间精力和耐心程度。 2.2 三维关联优化设计技术的专业应用需求 如何提高路线优化效率和精度，能够在DTM的基础上能够实现实时剖切纵横断面，在屏幕上直接任意动态修改调整平面、纵面的同时，能实时浏览到横断面以及横断面与原始地面的填挖切割等情况，一直是许多路线专业工程师所梦寐以求的愿望。 3．三维关联优化设计技术的开发 基于以上背景和需求，我们在目前已经在全国各专业设计企业得到广泛应用的纬地三维道路CAD系统的基础上，研究开发国内第一套公路三维关联优化设计技术和CAD软件系统，实现真正意义上的公路平、纵、横和三维模型的可视化、关联式优化设计。解决公路路线优化的难题，提高路线优化设计的效率和精度，进一步加强公路建设中的路线方案总体设计，贯彻交通部关于加强地形选线、地地质选线等理念。 3.1 公路三维关联优化设计技术结构组成 三维关联优化设计技术主要由以下功能模块组成： 高速DTM引擎：三维关联优化设计技术是以高速DTM内核引擎为基础的，保证在平纵面动态调整的同时，实时地剖切插值，获得任意坐标位置的准确的地面高程信息。该功能模块支持公路所特有的海量带状DTM数据，同时具备自动分段、快速提取等功能。 多程网络数据协同交换中心：该功能是三维关联优化技术各功能模块的数据交换中心，请参照后面所附结构图形，我们可以看出所有功能模块均要与数据交换中心实时通讯，通过数据中心交换发送各功能指令和数据。它是基于网络协同技术支撑的，正是这一点使各功能模块之间可以各自独立运行（可以分别在不同的计算机终端上运行），又成为一个有机整体，完成三维优化设计功能；数据中心的协同运行功能，解决了本技术在处理超大数据量对计算机的配置的高端要求，第一使各功能模块的运行各自独立，互不影响（如不会因为三维模型数据量大刷新速度降低而影响平纵面优化功能的执行），第二使该技术可以在一般配置的计算机上正常运行。 平面动态定线与优化模块： 该功能模块继承原纬地路线平面动态定线设计的功能，主要完成用户平面定线和动态调整，同时把调线的信息实时发送给数据中心，从而与其他功能模块协同工作。 纵断面动态拉坡与竖曲线设计模块：该功能主要完成路线纵断面拉坡设计、动态调整优化和竖