城市道路平面與三維設計

一、城市道路平面設計
城市道路平面設計指的是城市道路線形、交叉口、排水設施及各種道路附屬設施等平面位置的設計。

1.設計組成
城市道路平面設計包括道路中心線和邊線等在地表面上的垂直投影。它是由直線、曲線、緩和曲線、加寬等組成。道路平面反映了道路在地面上所呈現的形狀和沿線兩側地形、地物的位置，以及道路設備、交叉、人工構筑物等的布置。它包括路中心線、邊線、車行道、路肩和明溝等。城市道路包括機動車道、非機動車道、人行道、路緣石（側石或道牙）、分隔帶、分隔墩、各種檢查井和進水口等。

2.設計要求
道路的平面線形力求平順，轉折不要過多過急。否則，路線走向曲折，往往限制人的視野，影響行車所必須保持的視距，使司機操縱困難，行車不穩定。明確了道路走向后，在合乎交通要求并適應地形、地物的情況下，確定道路在平面上的直線、曲線、緩和曲線，使線形平順地銜接，組成道路平面線形設計，以滿足汽車行駛安全與迅速、人的感覺變換舒適，以及運輸和工程合乎經濟等要求。

3.控制原則
1、線形應盡可能直捷，且與周圍地形環境相適應；
2、盡量采用大半徑而和緩的曲線，避免急彎；
3、線形各部分應保持協調，如避免在長直線盡頭有急彎或彎道突然由緩變急；
4、高、長填方路段應采用直線或緩彎；
5、在復曲線中，應避免采用曲率相差過多的曲線；
6、應避免設置斷背曲線，即不要在兩同向曲線間連以短的直線；
7、平面線形應與縱斷面相協調；
8、路線遇到山坡陡峭起伏，上下兩控制點的高差大，靠自然展線無法取得必要的距離以克服高差時，可利用地形設置回頭曲線，展長距離，以便不超過最大縱坡。

4.設計內容
道路平面線形最基本的是直線和曲線。直線最短捷，但為了適應地形、地物條件，避開路線上的障礙物，并滿足某些技術上和經濟上的要求，往往插入曲線，以便車輛能夠平順地改變方向。這些曲線多用圓曲線，也稱彎道或平曲線。

1、最小曲線半徑
是保證汽車在設置超高的曲線部分行駛時所產生的離心力不超過輪胎和路面的摩阻力所允許的界限，其中并須考慮使乘車人感覺良好和駕駛員操縱方便。確定最小曲線半徑時，必須綜合考慮以下各項因素：汽車在曲線上行駛的速度與平穩性、乘客的舒適程度、車輛和輪胎的損耗、燃料的消耗以及修建費用等。

2、加寬
汽車在平曲線上行駛時，各個車輪的軌跡不相同，靠平曲線內側后輪的曲線半徑最小，而靠平曲線外側前輪行駛的半徑最大，即在平曲線路段上行車部分寬度比直線路段為大。為了汽車在轉彎中不侵占相鄰車道，平曲線路段的車行道必須靠曲線內側加寬。加寬值根據車輛對向行駛時兩車之間的相對位置，以及行車擺動幅度在平曲線上的變化，綜合確定，它又與平曲線半徑、車型以及行車速度有關。

3、超高
在設計平曲線時，由于受地形、地理等因素的影響，往往不可能都采用較大的平曲線半徑，當采用較小的平曲線半徑時，為使汽車轉彎時不致傾覆和滑移，保證車輛行駛的穩定性，需將路面外側提高，把原來的雙面坡改成為向內側傾斜的單面坡。

4、緩和曲線
當汽車從直線地段駛入曲線時，為了緩和行車方向的突變和離心力的突然發生和消失，并能使汽車不減速而平穩地通過，在平曲線兩端采用適應汽車轉向和離心力漸變的緩和曲線，用來連接直線和平曲線。

緩和曲線主要有三種線形，即回旋線（輻射螺旋線）、雙紐線和三次拋物線。較理想的緩和曲線是汽車從直線段駛入一定半徑的平曲線時，在不降低車速又能徐緩均勻轉向的情況下，即汽車轉彎的曲率半徑從無窮大，有規律地逐漸減小至平曲線半徑，其中回旋線較能符合上述要求。

按照等速行駛、等角速度轉動方向盤的條件，求得的曲線稱為回旋曲線。在回旋線方程中，如果近似地以曲線弦長代替弧長，就成為雙紐線。如果近似地以曲線沿切線的長度代替弧長，就成為三次拋物線。

5、回頭曲線
山區道路在山坡盤旋上升時所采用的一種回轉形曲線。如果遇到山坡陡峭起伏，上下兩控制點的高差大，靠自然展線無法取得必要的距離以克服高差時，路線可利用地形設置回頭曲線，其作用是展長距離以使不超過最大縱坡?；仡^曲線應盡可能選擇在山坡較緩的開闊地段上，采用發針的形狀反復來回逐漸上升的線形。它有多種形式，有對稱的，有不對稱的，也有偏向一側的，應根據地形條件和行車要求選用。

6、曲線的銜接
為了保證行車安全與平穩，需要妥善解決曲線之間的銜接。在平曲線內，轉向相同的兩相鄰曲線，稱同向曲線，為避免斷背曲線，兩同向曲線可直接相連，組成復曲線。轉向相反的兩相鄰曲線，稱反向曲線，半徑大而無超高的反向曲線可直接銜接，如需要設置超高，則應插入緩和曲線，或在反向曲線中間留有足夠長的直線緩和段。

道路的平面線形設計，除應符合技術標準的規定外，還要滿足司機的視覺要求。隨著汽車車速的提高，對高速道路則逐漸趨向于以曲線為主的設計，以滿足車速與地形相適應的要求。直線具有最短捷的距離和線形容易選定的優點，但從駕駛人員的感覺進行分析，行進的前方過分地一目了然，景觀一般全是靜的，就顯得單調乏味，容易導致疲勞而喪失安全的警惕性。因此，應該避免使用過長的直線。在曲線上行駛的時候，從掌握道路的兩側景觀和逐漸變化的全景來衡量，采用平緩的曲線，可引起駕駛人員的注意，促使他們自然握緊方向盤，而且由于從正面看到了路側的景觀，就起了誘導視線的作用。曲線越連續，就越增大視覺的平順性。因此，以緩和曲線為主要線形加以靈活運用，就有利于獲得良好的行駛效果，也為利用地形設置線形提供了更多的選擇機會，能夠作出既經濟而又優美的平面線形。

二、城市道路三維設計
無論是二維設計還是三維設計，城市道路的設計的內容都是一致的。城市道路三維設計需要借助CNCCBIM OpenRoads詳細設計軟件。

Bentley 軟件公司基于Bentley OpenRoads技術，結合國家規范、國內用戶習慣等本地化需求聯合中交第一公路勘察設計研究院有限公司研發的道路工程BIM正向設計軟件，實現了基于BIM的道路三維設計、工程圖紙的輸出、數字化交付等方面的應用。

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