智慧城市背景下的道路设计探析

智慧城市背景下的道路设计探析

韦川平

中冶建工集团有限公司， 重庆 400080

摘要：道路设计是一项技术规范、流程严谨、多要素整合、多专业协同、影响范围广、关乎城市运行状态的系统工程。道路设计所具备的智慧属性，为智慧城市的推广渗透提供了强有力的切入点。为了更好地满足智慧城市发展和人们日常出行的需要，在维护智慧城市道路交通的过程中，应加强相应的建设要求。其中，智能化技术在智慧城市道路项目的应用非常重要。智能化技术设计理念代表了技术的革新和飞跃，本文详细介绍了智能化技术在智慧城市道路设计过程中的应用，能够为智慧城市建设领域的发展和提升做出贡献。

关键词：智能化技术；智慧城市道路设计；优势；应用

关于智慧城市的概念界定，在2014年8月发改委、工信部、科技部等八部委联合印发的《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出，智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。随着道路建设技术的进步，将智能化技术用于路线图、建筑结构等环节的设计，具有极大的优势和不可替代的实际效果。在建设施工之后，智能化技术可以为项目提供足够的信息。施工人员可以充分了解工程的目的和工程中各个环节的内容，有助于施工过程的有效开展，也为项目的完成奠定了坚实的基础。本文就智能化技术应用到智慧城市道路设计的好处和用途展开讨论。

1智能化技术在智慧城市道路设计中的具体优势

1.1充分体现设计者的设计意图

智能化技术可以创建更直观的3D数据模型，有效地避免了相关缺点。例如在现有的二维设计模式中无法更好地反映设计形状，应用智能化技术可以对智慧城市道路建设的相关效果进行三维模拟，设计师和操作员可以清晰地感受到智慧城市道路的建设效果，反映智慧城市道路设计师的设计目标。智能化本就拥有可视化特征，通过模型可以还原和模拟道路工程项目，把道路设计意图清楚的加以表达。在实际应用时对于道路工程项目的属性和模型划分非常细腻，可以准确读出设计意图，这是传统方法不具备的优势。即使面对较为复杂的道路设计问题，也能在将其转换为模型后简约化，为设计人员提供多重设计思维。

1.2项目工作量计算快速准确

智慧城市道路设计过程使用传统的2D设计技术（例如CAD）来估算当前的设计工作量，在路面技术和安全计算上往往会出现比较大的误差。通过运用智能化技术中的三维立体设计模块，可以相当准确地了解长度、体积、面积等设计特征。基于准确的数据，可以实时相应地调整工作量，及时了解道路施工进度，因地制宜，高效及时派遣施工人员。

1.3较强的模拟分析能力

2018年12月，把5G、人工智能、工业互联网、物联网定义为“新型基础设施建设”，包括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施3方面内容。其中融合基础设施指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施，比如智能交通基础设施。“新基建”的提出为智慧城市建设注入新动力，开启“AI赋能城市”新阶段。在工程设计阶段，项目采用智能化技术的参数化建模，可以进行项目设施的快速建模和施工，以及智能化框架下道路、桥梁、管网、绿化景观照明的协调设计，提高项目效率。智能化技术可呈现项目在初始设计阶段完成后的影响，展示最终效果，可以从各个角度进行分析。这使设计师能够在设计早期发现设计缺陷，并及时调整和改进项目计划和概念，展现出智能化技术在工程中强大的建模模拟和分析能力。

1.4模块化

模块化设计包括2个级别。一个是对象现代化。源于面向设计的对象，将技术特征分离为单独的对象，然后继续开发设计，称为对象现代化。二是设计模块。典型的智慧城市工程项目、项目建议书、实地调查、前期项目、建设项目等与项目深度都有一定的阶段，按时间关系呈现。根据项目流程图，它可以分解为设计阶段的协作结果等等。模块设计和功能：该想法是共享模块，并使用模块之间的组合来创建开发的产品。通过工程设计，智能化模块化的概念在于它可以促进项目实施和创新，提高效率并促进协作，共享设计和变更加速，促进通用工程设计元素（挡土墙、桥梁等）的变更结果呈现。使用传统的控制模块可以降低项目风险，提高项目的可靠性和质量，能够很好地提高项目效率。积累大量可复用的项目模块，大大减少设计和修改的工作量，缩短项目周期，降低项目成本。现代化过程中，技术应用可以保持团队之间的不同分工，不同团队之间的信息接口，促进不同团队之间的专业设计和协作。

2传统道路设计中存在的难题

2.1道路设计成果的展现具有一定难度

道路工程包括管道、桥梁、交通和路灯等附属结构。道路图纸主要是横断面、纵剖面、大比例尺等的设计，但是道路设计成果的展现具有一定难度。道路建设项目可能会提供可视化，但不能完全反映整个道路建设项目的整体设计特征，可视化可能不准确。众所周知，道路工程的长度较长，涉及到的施工范围非常广泛，而且大部分道路工程所在环境都比较复杂，这给智能化的应用带来了难度。由于受到外界环境因素制约，导致智能化优势作用得不到完全发挥，进而制约道路设计工作发展。尤其是在三维模型构建等方面面临较为严峻的挑战。工程项目参数是智能化应用的必备条件，智能化的应用必须建立在道路工程参数基础上，由于道路工程所涉及的施工范围较广，有些数据很难完整采集，无法为智能化建模提供数据支持。再加上道路工程所在地的环境复杂因素，使得交叉设计内容较多，即使施工单位引入了智能化，也不能发挥应有效果。

2.2变更时调整工作量较大，易出现错漏

在传统的道路设计流程中，设计软件通常以蓝图为基础，所以工程中的每个点都必须单独保存在一个单独的文件中，使这些文件之间没有强联系。这种情况增加了设计负担，使设计变得更加困难。做变更时，需要调整所有相关的子文件夹，设计师只能人为地感知这种调整。调整工作量较大，很有可能会导致错误或遗漏。虽然智能化有着许多优势，但智能化的应用必须依靠完善辅助设备支撑，如设备工具、系统平台等，这是技术作用发挥的重要前提。目前在道路设计中应用比较广泛的智能化软件平台有PowerinRoads、Roadleader等。从整体来看应用的系统平台较少，且智能化在道路设计中的应用时间并不算长，缺乏工程项目实践经验，很难在根本上提高应用效果。同时，道路设计涵盖了许多专业知识，除了涉及工程专业外，还与照明、电力、给排水等专业知识密切相关。这些专业知识与现应用的智能化系统平台连接还不够紧密，这就使得智能化在道路设计中的应用范围有限。要想充分发挥智能化的道路设计功能，就必须在辅助设备上下功夫。

2.3不能直接应用在运行维护阶段

目前，道路施工完成后，建设部门通常会制做规定的图纸给相关部门使用，并对工程图和相关图纸进行维护和管理。虽然平面图的内容很重要，但图像的内容很难直接使用。智慧城市道路的养护是一个系统工程，日常维护中包含很多材料，不同材料的单位也不同。相对分散的纸张设计在维护系统方面显然没有优势。由于上述问题，道路建设项目水平提升有限，影响了道路的运行和维护。

3智能化技术在智慧城市道路设计中的应用

3.1项目区域地形图处理

通过将智能化技术集成到智慧城市道路设计环节中，可以监控现场条件，并分析和整合测量数据，为创建项目计划和施工图提供真实而全面的基础。另外，由于智能化技术结构是立体显示的，可以从上方看到，这样在确定道路建设方向时，可以根据场地地形，规划准确的路线，准确计算各种规划项目的体积，为路线选择创造有利条件。

3.2管线设计

随着智慧城市物资消耗和垃圾管理问题日益增多，智慧城市道路设计的地下排水工程也应考虑。主要的问题是防内涝、初期雨水管理、污水管道乱接乱排及地下管线老化更换等。在现有项目的建设过程中，目前使用的技术故障，导致管道任务重复，不仅挫伤了施工人员的积极性，还增加了费用开支。智能化技术完整的管道设计可以通过主动测试管道系统，并返回发现的信息以供审核，从而减少不必要的小路段浪费设计时间和精力，降低成本，节省开支。

3.3道路中心线绘制

道路中心线绘制是智慧城市道路设计非常重要的一部分，设计过程涉及很多方面。需要根据智慧城市道路工程设计标准的各项指标，采用有效的方法对每条曲线的基本要素，如导轨的长度和半径、曲线的长度等进行修正和优化，要研究讨论道路中心线的特点和条件。对齐后，中心线必须包含在3D地形图中，道路的中心线在3D地形图上转换为多条线。

3.4多专业协同设计

数字技术是智能化模型的技术核心，对于标准的数据值，可以在此基础上开启协同设计的平台，让各行各业一起使用计算机终端设备的平台来进行项目的合作开发，从而提高道路施工设备的设计精度和效率。此外，虚拟现实（VR）技术和现实（AR）技术可用于获得额外的效果。构建模型是智能化的主要功能，通过道路工程数据来建立所需的模型。原本道路设计就会涉及到工程所在的水文、地质等信息，智能化正是以这些信息为载体构建三维道路模型。在构建模型之前，施工单位需要通过无人机等科技产品展开实地勘察，同时借助地形图数据完成转换工作，以此来获得准确的工程项目参数。在模型建成后可将地形曲面的高程点进行标识，设计人员则可以根据该标识快速找到施工所需的高程点。由于在道路施工中会受许多因素影响，避免在设计环节出现任何影响较大的问题，在构建模型后对施工过程展开模拟。可发现施工中可能存在的隐患，帮助设计人员及时更改设计方案，在一定程度上提高了施工安全与稳定。而且，智能化还可以在构建的模型中将工程所在地面的起伏情况以多种颜色加以体现，把与道路工程有关的信息转变为三维模型，大大提高了设计精确度，将地质与地物的关系直观展现在设计人员眼前，有利于提高设计实用性。

3.5道路横断面设计工作中智能化技术的应用

当前智慧城市建设加速，车辆数量增加，道路越来越拥堵，道路工程的集约化发展直接影响到智慧城市道路建设的科学性。通常，项目的主要设计工作与特定的设计条件相关，例如车辆通行道路的建设和宽度、与高速公路相连的人行道以及常见的相关设施。智能化技术的应用，可以更好地预测交通流量，并执行交通模拟任务，以方便正确选择路段，通过适当的软件分析，科学地选择道路建设和施工。

3.6道路纵断面的设计与绘图

通过软件输入当前地平面坐标以及街道上的地面高程，使用项目软件创建完整地面参考线，严格遵守关于建筑和技术标准要求。由于道路纵断面的坡度始终根据项目的整体设计进行调整，因此设计人员必须了解智能化技术在设计流程中的数据变化，并相应地调整坡度线，对拟建工程纵断面的结构要求和标准进行灵活动态调整，确保结构纵断面的合理性。在道路纵断面设计结束时，将坡度线保存为纵断面曲线文件，并创建施工纵断面图。

3.7正向设计出图

在复杂的智慧城市道路设计的过程中，实际项目建设通常很难在2D图纸中表示出来，从而导致设计偏离项目目标。智能化立体图像处理模型，可以直观地用3D结构和设计意图来表达项目目标。项目可以通过积极探索智能化技术与智慧城市道路设计相结合，直观地用3D结构来传达项目的意图和想法，克服了设计与施工之间的沟通障碍，更好地提升施工的效率，提高智慧城市道路设计的质量。

4智能化在道路设计中的应用促进策略

4.1进一步完善数据采集分析

智能化运行必须得到数据支撑，针对当前道路设计中存在的数据采集困境，必须加强完善力度。施工单位可以通过智能化技术拓宽数据采集范围，充分利用智能化技术优势获得更广泛的道路工程项目数据。比如，可以利用无人机展开数据采集，在得到控制的情况下获得道路工程相关数据。无人机根据数据采集区域坐标选择适当的飞行区域，在设置相关参数后会飞行到指定位置，随后展开采集工作，在一些比较复杂的道路地形上便可以使用无人机。相比传统数据采集方式，无人机结合多种科学技术，可以自由调整高度，在展开拍摄时不仅可以真切还原道路工程项目真实情况，还可以深入地表获取实质性参数。在后续构建三维模型时便能够提供有力依据[5]。待数据采集完毕后，工作人员需对数据进行统一分析、录入，为智能化应用奠定扎实基础。

4.2加快设备引入创新

作为道路设计的关键技术，还应对智能化辅助设备予以创新。有些施工单位正是由于没有意识到辅助设备的重要性，使得智能化作用发挥比较浅显。除现常用的软件平台外，施工单位还可以将智能化和GIS管理技术相结合，在充分考虑道路工程项目实际情况后，构建一套全新且适用的标准体系。当前，该体系虽然在我国工程项目中已有应用，且获得了优秀成果，但在道路设计领域的使用还未完全普及。在与GIS技术结合后可以从道路设计初期一直到道路竣工展开全程跟踪，为设计环节提供更多有益素材。同时还可以构建信息化平台，设计人员可以利用该平台优化设计流程，使设计结果与工程实际相符。

4.3遵循行业标准创新设计模式

无论是从道路领域还是智能化领域来看，在将两者融合后都必须对模式进行创新，但模式创新必须在遵循行业标准的前提下进行，无论如何改变道路设计模式都不能违背行业标准。现阶段已经研发出了许多插件、平台，如果道路设计依然坚持传统模式，就会使其与智能化适用要求存在偏差，自然无法有效应用智能化。所以，道路设计模式必须得到创新。在模式创新后不能忽视人员职业素质，施工单位需对设计人员展开培训教育，使其也同样具备智能化应用能力。由于智能化会跟随科技进步不断更新，施工单位的培训教育工作应是持续的，确保各个时期的设计人员都能掌握当下先进的智能化技术，在道路设计过程中创造价值。

5结束语

综上所述，智能化有着良好的分析、协调及表达功能，已在道路设计中广泛应用，主要体现在模型构建、纵断面设计、横断面设计、中心线设计以及景观布局等方面。但在实际应用中，由于工程项目施工环境较为复杂，辅助设备缺乏统一完善，导致智能化作用无法得以充分发挥。为了突破困境，在道路设计时需进一步完善数据采集，统一分析和录入，加快设备引入和创新，在遵循行业标准的前提下创新道路设计模式，提高道路设计效果，为道路工程高质量建设做铺垫。

随着我国经济的快速发展，智慧城市发展的规模不断加大，基础设施建设的投入也不断增加。在智慧城市道路设计中，充分利用智能化技术，从总体上提高智慧城市发展的质量和水平，不断改善市民的出行条件，在智慧城市道路-传输科技发展中发挥重要作用。此外，随着我国智慧城市道路型建设工作的不断加强，其他地下相关工程的发展也应得到重视，充分利用智能化技术来优化和完善智慧城市道路设计。探索智慧化的道路设计，将有助于加速构建数字孪生城市，推动道路交通与城市各业务领域的深度融合，提升城市治理的智慧感知与决策。

参考文献：

[1]国家发展和改革委员会.关于印发促进智慧城市健康发展的指导意见的通知[R].2014.

[2]孙中亚，甄峰.智慧城市研究与规划实践述评[J].规划师，2013，29（2）32-36.

[3]杨少伟.道路勘察设计（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2009.

[4]李金龙,王欣南,陈中治,等.智能化技术在公路桥梁设计中的应用浅析[J].低温建筑技术,2019,41(02):72-74.

[5]涂圣文,杨柳,姚常伟.智能化+VR道路设计系统技术特点及应用现状[J].公路,2019,064(02):164-169.