试论数学方法在市政路桥线形设计中的应用

试论数学方法在市政路桥线形设计中的应用

李定昌

阳江市城市规划设计院529500

摘要：在市政路桥线形设计中使用数学方法进行过程的推导，能够增强设计的细致性，作为互通设计中的主要构造，立体线形的设计在其中具有重要的作用，怎样使用设计手段去体现出其具有的美学效果是设计人员需要重点考虑的问题，加强对数学方法在工程设计中的应用的了解，可以使市政路桥的建设更加的完善，符合时代发展的需要。

关键词：数学方法；市政路桥；线形设计

在实际的市政路桥设计中对其产生影响的因素比较多，比如建筑物、设计规范、特殊构筑物等都会对其设计产生影响，因此设计者在进行设计的过程中需要结合多方面的因素进行考量，对线位的影响情况进行充分的考虑，原有的线位设计要经过一系列的分析与试验得出准确的线位，这种做法存在很多问题，而且也浪费时间，因此设计者需要进行不断的设计方法的创新。

一、市政路桥线形设计中几何作图方法的应用

几何作图方法是数学中常用的一种解题方法，在市政路桥线形设计中几何作图法的应用可以为路桥线形设计提供数据信息上的依据[1]。在这一方法的应用研究中主要以一座桥梁的设计为例，对几何作图方法的使用进行细致的分析，这一桥梁主要是由斜拉桥、南北岸引桥、江心岛、通航孔引桥等部分组成，长度是3.5千米，在桥梁的线形设计过程中，其中心线在确定的情况下，因为道路的中心线与道外的中心线不处于一条直线上，而且两个线路的交点处于工程段外，所以在设计中需要符合工程的建设标准，需要在两条路的各自中心线之外再增加一条直线，将两个不同位置的中心线连接起来，经过实际的人工测量可以看出，两条道路的中心线形成的夹角是1度11分，然后可以提出假设，道外中心线与增加的直线之间的夹角为A，圆的曲线半径是R，根据道路的平曲线图可以知道A的值是1度11分的两倍，则可以将A的具体数值表达为3度，然后就可以利用弧长的计算公式能够得出圆的曲线半径R的数值，也就是L=ARπ/180，通过计算可以得出R=22920，利用这一数值就可以得出转角的数值。如果按照原来的方法计算角度数值，那么结果就不是整数，就会形成一些误差，使用几何作图的方法来进行导线的计算能够提高数值的准确度，有利于设计工作的顺利开展。

二、凹形竖曲线的最低点位置数学公式的推导

管渠形式是城区道路排水所采用的一般形式，首先，路面收水设施对雨水进行收集，然后连接管对所收集的雨水进行运输，最后城市排水系统将所收集的雨水排放出去[2]。在相关的道路设计规范中可以知道，人行道上游、道路汇水点以及临街庭院的出水口等地方都应该增加雨水口的设置。在道路的低洼处以及容易产生积水的方位需要按照实际情况增加雨水口的设置，根据设计规范，设计人员在工作中应该对汇水点的位置进行准确的掌握，这里的汇水点又可以称为凹形竖线的最低点。在路桥线形设计中，在道路的纵断面变坡位置设置雨水口是通常都会应用的手段，但是实际的状况却与之不相符，在实际的设计中竖曲线两边的纵坡存在差别，呈现的是不对称的状态，因此，变坡点与最低点的位置是不同的，随着纵坡不对称性的加强，变坡点和最低点位置之前的差距也会更明显。应用这种设计手段会形成很多的问题，其中最值得关注的问题就是路面积水问题的加重，而且对后期的设计施工与报修等工作也会产生不良的影响，这种设计形式属于比较浪费精力的一种，也不能达到很到的设计效率，阻碍了设计进度的加快。通过几何作图的方法可以确定出最低点的位置以及具体的计算公式。根据汇水点位置的特点及相关道路规范可以知道，道路中纵坡的最大值不能超过9%，所以经过计算可以得出规律，那就是边坡点和最低点位置之间要想重合就需要将纵坡的前后坡度设置为相同的数值。

三、立交线形美设计的一般要求

1、功能美的要求

立交匝道的设计实质属于美学范畴，其主要以实现交通流空间分离为基本功能，不仅要满足于安全性与顺适性方面的整体要求，对于流畅性及视觉诱导良好等方面也要进行充分的把握[3]。在实际的路桥线形设计中，需要结合各种设计方面的规范进行施工，约束性比较强，但是只要可以满足相关的要求，在确保质量与进度的基础上，通过正确的使用数学方法就一定能够设计出拥有美学性质的市政路桥线路，达到路桥线形设计功能美的标准。

2、和谐美的要求

除了立交线形设计中的功能美之外，还有和谐美方面的要求，立交与所处的环境是否和谐、立交各匝道之间的组合以及单匝道的组合是否和谐[4]。这两方面所包含的内容就是立交线形设计和谐美的具体体现。因此，设计人员需要在工作中不断的积累经验，提升自身的专业素质，以便来满足设计工作中的更高的要求。设计者需要根据实际情况进行针对性的施工设计，确保设计与当地的自然环境能够和谐的融合在一起而不发生冲突，这样路桥线形设计才可以更好的与当地的环境进行结合。设计时应该对地势的影响进行充足的考虑，通过利用大自然提供的资源与帮助去降低设计建设的成本支出。比如在路桥线形设计中匝道的几何形与层次性、动态性就是设计与自然完美融合的一个体现，在匝道层次性的设计中需要重点思考的是不同功能与不同层次之间的结构关系，要遵守因地制宜的设计原则。而在匝道的几何性设计中需要带给人一种美的感觉，动态性则需要在设计中将自然界中的形态融入其中，让人们能够有一种栩栩如生的感受，从而呈现一种动态的整体效果。

四、数学方法在路桥线形设计中的美学价值

数学方法在现代社会已经深入到了各种行业工程之中，与数学有交叉的学科更是不胜枚举，数学方法是一种应用方式，在路桥线形设计中的作用是非常重大的，并且数学方法的应用对美学的进步也有着非常关键的作用。事物本身具备的美学规律能够经过数学方法去展现出来，还可以将这些规律与实际事物进行广泛的结合。并且应用的范围已逐渐的深入到了工业设计工程中，发挥的作用也越来越大。美学原则在社会生产中比较常见的原则就是比例和尺度，通过这个原则可以将事物不同部分间的关系进行明确的表示，还可以全面的表示事物自身所拥有的特性。在市政路桥线形设计中，立交等级和线形中的指标主要作用就是进行主观性的确定。立交设计中关键的美学部分由不同部分的比例关系组成。各个比例关系之间的融合，能够促进整体形象的协调发展，因此设计中各个细节的协调就会更加的重要。

结束语：

数学方法在市政路桥设计中的应用，对设计人员的工作质量提出了更高的要求，设计者需要做到与时俱进，不能固守在原来的老方法之中，那样既不能提高工作效率，也不能确保设计的质量，在市政路桥设计中使用数学方法能够提高设计的准确性，增强对数学方法尤其是几何图形的了解与掌握，遵循经济、技术达标的原则，使得设计能够保质保量的完成。

参考文献：

[1]万佳.探析市政路桥线形设计中数学方法的应用[J].江西建材，2014，22：296-297.

[2]李家嘉.数学方法在市政路桥线形设计中的应用[J].科技创新与应用，2013，24：200-201.

[3]王立超.移动模架的设计、安全性监测及其适用性研究[D].浙江大学，2007.

[4]熊蕾.市政工程设计阶段的工程造价控制[D].华南理工大学，2012.