城市道路平面与三维设计

一、城市道路平面设计
城市道路平面设计指的是城市道路线形、交叉口、排水设施及各种道路附属设施等平面位置的设计。

1.设计组成
城市道路平面设计包括道路中心线和边线等在地表面上的垂直投影。它是由直线、曲线、缓和曲线、加宽等组成。道路平面反映了道路在地面上所呈现的形状和沿线两侧地形、地物的位置，以及道路设备、交叉、人工构筑物等的布置。它包括路中心线、边线、车行道、路肩和明沟等。城市道路包括机动车道、非机动车道、人行道、路缘石（侧石或道牙）、分隔带、分隔墩、各种检查井和进水口等。

2.设计要求
道路的平面线形力求平顺，转折不要过多过急。否则，路线走向曲折，往往限制人的视野，影响行车所必须保持的视距，使司机操纵困难，行车不稳定。明确了道路走向后，在合乎交通要求并适应地形、地物的情况下，确定道路在平面上的直线、曲线、缓和曲线，使线形平顺地衔接，组成道路平面线形设计，以满足汽车行驶安全与迅速、人的感觉变换舒适，以及运输和工程合乎经济等要求。

3.控制原则
1、线形应尽可能直捷，且与周围地形环境相适应；
2、尽量采用大半径而和缓的曲线，避免急弯；
3、线形各部分应保持协调，如避免在长直线尽头有急弯或弯道突然由缓变急；
4、高、长填方路段应采用直线或缓弯；
5、在复曲线中，应避免采用曲率相差过多的曲线；
6、应避免设置断背曲线，即不要在两同向曲线间连以短的直线；
7、平面线形应与纵断面相协调；
8、路线遇到山坡陡峭起伏，上下两控制点的高差大，靠自然展线无法取得必要的距离以克服高差时，可利用地形设置回头曲线，展长距离，以便不超过最大纵坡。

4.设计内容
道路平面线形最基本的是直线和曲线。直线最短捷，但为了适应地形、地物条件，避开路线上的障碍物，并满足某些技术上和经济上的要求，往往插入曲线，以便车辆能够平顺地改变方向。这些曲线多用圆曲线，也称弯道或平曲线。

1、最小曲线半径
是保证汽车在设置超高的曲线部分行驶时所产生的离心力不超过轮胎和路面的摩阻力所允许的界限，其中并须考虑使乘车人感觉良好和驾驶员操纵方便。确定最小曲线半径时，必须综合考虑以下各项因素：汽车在曲线上行驶的速度与平稳性、乘客的舒适程度、车辆和轮胎的损耗、燃料的消耗以及修建费用等。

2、加宽
汽车在平曲线上行驶时，各个车轮的轨迹不相同，靠平曲线内侧后轮的曲线半径最小，而靠平曲线外侧前轮行驶的半径最大，即在平曲线路段上行车部分宽度比直线路段为大。为了汽车在转弯中不侵占相邻车道，平曲线路段的车行道必须靠曲线内侧加宽。加宽值根据车辆对向行驶时两车之间的相对位置，以及行车摆动幅度在平曲线上的变化，综合确定，它又与平曲线半径、车型以及行车速度有关。

3、超高
在设计平曲线时，由于受地形、地理等因素的影响，往往不可能都采用较大的平曲线半径，当采用较小的平曲线半径时，为使汽车转弯时不致倾覆和滑移，保证车辆行驶的稳定性，需将路面外侧提高，把原来的双面坡改成为向内侧倾斜的单面坡。

4、缓和曲线
当汽车从直线地段驶入曲线时，为了缓和行车方向的突变和离心力的突然发生和消失，并能使汽车不减速而平稳地通过，在平曲线两端采用适应汽车转向和离心力渐变的缓和曲线，用来连接直线和平曲线。

缓和曲线主要有三种线形，即回旋线（辐射螺旋线）、双纽线和三次抛物线。较理想的缓和曲线是汽车从直线段驶入一定半径的平曲线时，在不降低车速又能徐缓均匀转向的情况下，即汽车转弯的曲率半径从无穷大，有规律地逐渐减小至平曲线半径，其中回旋线较能符合上述要求。

按照等速行驶、等角速度转动方向盘的条件，求得的曲线称为回旋曲线。在回旋线方程中，如果近似地以曲线弦长代替弧长，就成为双纽线。如果近似地以曲线沿切线的长度代替弧长，就成为三次抛物线。

5、回头曲线
山区道路在山坡盘旋上升时所采用的一种回转形曲线。如果遇到山坡陡峭起伏，上下两控制点的高差大，靠自然展线无法取得必要的距离以克服高差时，路线可利用地形设置回头曲线，其作用是展长距离以使不超过最大纵坡。回头曲线应尽可能选择在山坡较缓的开阔地段上，采用发针的形状反复来回逐渐上升的线形。它有多种形式，有对称的，有不对称的，也有偏向一侧的，应根据地形条件和行车要求选用。

6、曲线的衔接
为了保证行车安全与平稳，需要妥善解决曲线之间的衔接。在平曲线内，转向相同的两相邻曲线，称同向曲线，为避免断背曲线，两同向曲线可直接相连，组成复曲线。转向相反的两相邻曲线，称反向曲线，半径大而无超高的反向曲线可直接衔接，如需要设置超高，则应插入缓和曲线，或在反向曲线中间留有足够长的直线缓和段。

道路的平面线形设计，除应符合技术标准的规定外，还要满足司机的视觉要求。随着汽车车速的提高，对高速道路则逐渐趋向于以曲线为主的设计，以满足车速与地形相适应的要求。直线具有最短捷的距离和线形容易选定的优点，但从驾驶人员的感觉进行分析，行进的前方过分地一目了然，景观一般全是静的，就显得单调乏味，容易导致疲劳而丧失安全的警惕性。因此，应该避免使用过长的直线。在曲线上行驶的时候，从掌握道路的两侧景观和逐渐变化的全景来衡量，采用平缓的曲线，可引起驾驶人员的注意，促使他们自然握紧方向盘，而且由于从正面看到了路侧的景观，就起了诱导视线的作用。曲线越连续，就越增大视觉的平顺性。因此，以缓和曲线为主要线形加以灵活运用，就有利于获得良好的行驶效果，也为利用地形设置线形提供了更多的选择机会，能够作出既经济而又优美的平面线形。

二、城市道路三维设计
无论是二维设计还是三维设计，城市道路的设计的内容都是一致的。城市道路三维设计需要借助CNCCBIM OpenRoads详细设计软件。

Bentley 软件公司基于Bentley OpenRoads技术，结合国家规范、国内用户习惯等本地化需求联合中交第一公路勘察设计研究院有限公司研发的道路工程BIM正向设计软件，实现了基于BIM的道路三维设计、工程图纸的输出、数字化交付等方面的应用。

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