关于新技术在路桥设计中的应用

唐仕国

摘 要：为解决路桥设计中面临的各类问题，本文首先提出了路桥设计新技术应用基本要求，然后对路桥设计中全寿命周期设计、数字化与智能化技术、机载激光雷达等新技术的应用进行分析，以此为相关人员提供参考，从根本上提高路桥设计技术水平。

关键词：路桥设计;全寿命周期设计;数字化;智能化;机载激光雷达

路桥设计是一项极其繁琐且专业性极强的工作，以往的路桥设计由于技术上的限制导致不够全面和具体，给日后的桥梁建设及使用都带来了一定影响。因此，在路桥设计中合理引入一些新技术是十分重要且必要的。

1 路桥设计新技术应用基本要求

设计是需要由人来完成的一项复杂且综合的工作，若想要在路桥设计中引入各类新技术，并确保新技术的应用发挥出预期效果，自然对设计人员提出了很高要求，若能解决人的问题，则离实现预期的设计目标就不远了，所以有必要明确路桥设计新技术应用对设计人员提出的基本要求。

（1）路桥设计人员必须具备良好的创新意识，认识到设计创新的意义和必要性，并且还要拥有足够的创新能力，通过学习和借鉴掌握创新方法与技巧，敢于突破传统思维的束缚，不再局限于传统观念和经验，发挥自身想象力及主观能动性，不受制于权威，努力发展兴趣。对于创造力，并非在任意一种情况之下都可以自发表现，而需要通过专门的教育和训练来获取、提高。

（2）路桥设计人员需将自己专业的相关基础知识作为基础，创造一个新技术应用“游击区”。促进专业基础知识和其它专业知识之间的彼此渗透与融合，以此形成一个完整的网络结构。此外，还应努力开发智能化的因素，如提高观察力、记忆力、注意力、想象力及操作力。除创造能力外，对于创造性人才，还必须具备一定创造性人格及精神。其中，创造性精神是指有浓厚的好奇心，敢于探索，对各类新事物保持敏感，能致力于发现和革新，秉持开拓创新的精神;而创造性人格是指要有责任心、使命感与毅力，面对挫折也要有良好的心态，只有这样才能创造出良好的成果[1]。

（3）在路桥设计中引入新技术必须将保证结构受力合理性与经济性作为前提，并充分考虑功能要求，不能以牺牲功能为代价，否则新技术的应用将没有任何实质上的意义与价值。力是路桥设计中需要充分考虑的因素，基于此，对路桥设计人员而言，必须掌握丰富的力学知识，确保设计出的结构可以明确反映出其力流，使不同作用力的实际传递都能做到一目了然。

（4）美学是一个相对的概念，人类自身审美会随着时代发展发生变化，这就要求在美学设计过程中和持续变化更替的美学观念保持同步，也就是说路桥设计中各类新技术的应用都不能与人的审美观念相脱离。对设计人员而言，要对美学观念及其发生的变化有较高的洞察能力，由于美学观念发生的变化没有规律可循，所以要用新的眼光对这种变化进行观察，切不可墨守成规。通过对变化的观察，能预测将来美学观念可以达到的效果，进而作为设计中新技术应用的参考依据[2]。

（5）加大力度推动各类新工艺和新材料的使用及发展，对力学分析方式予以持续改进，增强设计人员自身分析能力，加快分析速度，保证分析结果的准确度，在良好掌握各类力学知识的基础上，引入新手段，最大限度发挥设计人员自身创造力及想象力，从而创造出技术先进、经济合理、造型美观的新形式或新结构。

除此之外，还应总结以往的经验教训，前车之鉴、后车之师，但学习前人的经验并非完全照搬，同时也不是单纯的学习过去已经被淘汰的做法，而是要在保留传统好的做法的基础上进行创新，使各类新技术的应用发挥出它应有的价值[3]。

2 路桥设计对新技术的应用

在路桥建设快速发展的进程中，其设计理念越来越先进，这主要表现在以下几个方面：其一，全寿命周期设计理念;其二，功能结构和景观设计实现一体化;其三，结构多样化;其四，数字化和智能化的设计;其五，标准化设计;其六，结构构件的大吨位化;最后，为适应资源节约与环境友好建设模式而开展的设计，比如在生态环保设计。以下就全寿命周期设计理念、数字化与智能化技术在当前路桥设计中的应用、以GPS为基础的路桥勘测与设计系统为例进行分析。

（1）对于全寿命周期设计，它是将设施建设可取得的总体效益达到预期最佳作为根本目标，确保路桥在其设计寿命周期之内，以最少的消耗使经济效益实现最大[4]。其中，消耗包括了所有活动，如前期规划设计、中期施工运营和管养，以及后期拆除及再利用。路桥设计除了要围绕应达到如何的可靠度，还需要在确保路桥发挥应有作用的基础上，有效减少路桥建设投入的成本;这里指的成本并不单纯是指建桥过程中投入的成本，而是从最初的设计到建设完毕，再从开始运营到报废整个周期的成本。目前，这一新理念已经在我国很多路桥工程中得到应用，其中最著名的就是湖北鄂东长江公路大桥。

（2）科技的发展催生出很多数字化技术及智能化技术，若能在路桥设计中引用这些先进技术不仅能为设计带来很大的便利，而且还能取得以前无法达到的效果。比如，在路桥设计中引入计算机辅助技术，可实现有效且快速的优化，并能进行仿真设计，并在虚拟现实技术的加持下，帮助建设方、设计方的人员体现看到成型后路桥整体外形，并能对地震或台风等自然因素可能对路桥造成的影响开展模拟，以此为最终的决策提供参考。就目前来看，无论是对弯斜变宽箱梁还是大跨度变截面箱梁，都已经研发出了相应的CAD（Computer Aided Design）系统，同时针对下部结构还研发出了CAE（Computer Aided Engineering）系统，通过对这些系统的合理应用，除了能路桥设计实现标准化，还能提供桥梁通用图，以此为路桥设计提供更深层次的便利[5]。

“桥梁博士”作为一体化综合性路桥设计软件，在当前的路桥设计工作中得到了广泛应用，该软件不仅能对数据进行可视化处理与管理，还能实现结构分析。该软件的编制严格按照路桥设计过程来完成，与路桥设计规范高度结合，并借助现代计算机技术，与设计人员自身习惯完全相符。在结构计算过程中，该软件能充分考虑不同结构的组成，能在方便使用的同时，保证计算结果的精确度。另外，还能提高数据输入方面的容错性，防止用户由于失误而直接酿成损失。该软件从投向市场开始就得到了广泛应用，可以在多种路桥类型中使用，如连续梁桥（钢筋混凝土结构或預应力混凝土结构）、刚构桥、连续拱桥、桁架梁桥、斜拉桥，都能在设计中运用这一软件。在实际的设计工作中能充分发挥出具有的各项特点，包括程序简单、实用;自动化水平高与可操作性强等，能从根本上提高设计水平。通过与其它软件之间的对比和实践校核，还能对这一软件进行有效扩充及完善，使其更好的适应现代及未来路桥设计提出的要求[6]。

针对诸如预应力箱形桥梁那样的特殊结构桥梁，可采用Midas辅助设计，采用该软件能完成以下几方面工作：①非线性边界分析;②水泥水化热分析;③材料非线性分析;④静、动力弹塑性分析。该软件可以在很多桥型的设计中使用，但结果往往缺乏直观性，需要设计人员自行组合荷载。除了Midas软件，还可使用与其属于同一类的ansys，该软件的功能十分强大，而且操作简单，对设计人员的要求不高，目前已经成为世界范围内最为流行和常用的一种分析软件。值得一提的是，我国有百余所理工院校都将该软件作为教育的标准软件。但该软件存在建模比较麻烦的不足，容易出现边界条件模型本身错误[7]。

（3）对于机载激光雷达，它是一项将激光、GPS（Global Positioning System）技术与IMU（Inertial Measurement Unit）等技术结合到一起的数据采集与处理技术，具有以下技术特点：可提供点间距在1 m以内的点阵数据;可以从植被叶冠上穿过;基本不需要进入到测量现场当中;可以同时对地面与非地面层进行测量;绝对精度可以达到0.30 m以内;可实现24 h全天候不间断作业;可迅速获取数据。与以往常用的航空摄影测量等手段相比，该技术不仅有很高的自动化程度，而且基本不会受到天气等外界因素的影响，能在保证精度的基础上缩短生产周期[8]。该技术在路桥所在场地三维空间信息动态获取等方面得到了显著的突破，能为路桥设计时的空间信息获取提供全新方法。通过对地形数据的获取，创建相应的数据库，并和公路CAD之间高度集成，以路线方案为依据动态获取横纵断面对应的地面信息，由此进行路线方案综合对比与优化。实践表明，其成果与深度完全可以满足施工图设计要求。

3 结语

综上所述，在路桥事业日益壮大的同时，我国的路桥建造能力及水平都得到了充分体现。在路桥建设过程中，建设技术水平有了很大程度的提高，出现了很多新技术与新方法。我国路桥设计水平已经得到世界同行认可。

参考文献：

[1]贾力宁，石慧.路桥设计的构思及对新技术的研究[J].建筑技术开发，2020，47（1）：17-18.

[2]邓悦，游元兴.新技术在路桥设计中的应用[J].江西建材，2019（8）：35-36.

[3]李肇东.论新技术在路桥设计中的应用[J].四川水泥，2019（1）：93.

[4]郑朝林.路桥设计的构思及对新技术的探讨[J].建材与装饰，2018（23）：246-247.

[5]黄余阳阳.试谈新技术在路桥设计中的应用[J].建材与装饰，2018（11）：280.

[6]李佑.路桥设计中安全性和经济性研究[J].城市建设理论研究（电子版），2017（16）：188.

[7]杨巍.试谈新技术在路桥设计中的应用[J].科技经济导刊，2017（14）：57.

[8]陸世昶.路桥设计的构思及对新技术的研究[J].建材与装饰，2017（10）：266-267.