Научная статья на тему 'Проблемы проектирования автомагистралей и пути их решения'

Проблемы проектирования автомагистралей и пути их решения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
943
143
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
методология проектирования / автомагистрали / автоматизированное проектирование / монотрасса / политрасса
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Величко Г. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

State-of-the-art problems of the motorway automated design are considered. The need of development of a theory and practice of design of the highways of different categories (according to uniform methodology) and simultaneous development of new software for systems of automated design are proved. For understanding the essence of new decisions the novel notions are proposed and clarified: monoroute and polyroute objects.

Текст научной работы на тему «Проблемы проектирования автомагистралей и пути их решения»

УДК 625.7/8

ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ И

ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ

Г.В. Величко, академик ТАУ, СП “Кредо-Диалог”, г. Минск

Аннотация. Рассмотрены современные проблемы автоматизированного проектирования автомагистралей. Доказана необходимость развития теории и практики проектирования дорог всех категорий (по единой методологии) и одновременной разработки нового программного обеспечения для систем автоматизированного проектирования. Для раскрытия сути новых решений введены и разъяснены новые понятия: МОНОТРАССОВЫЙ и ПОЛИТРАССОВЫЙобъект.

Ключевые слова: методология проектирования, автомагистрали, автоматизированное проектирование, монотрасса, политрасса.

Введение

Проблемы методологии проектирования автомагистралей. Существующая методология изысканий и проектирования нового строительства и реконструкции автомобильных дорог не выделяет методов и технологий отдельно для дорог низких категорий и отдельно для автомагистралей. Такого разделения нет даже в нормативно-справочной базе дорожной отрасли, особенно в части ГОСТов на оформление проектно-сметной документации. Поэтому и в основной массе программных продуктов, ориентированных на реализацию этих технологий также не наблюдается каких-либо существенных различий. В самой распространенной и эффективной концепции параметрического проектирования автомобильных дорог и других линейных объектов, а именно в концепции «ось-поперечник», методы проектирования дорог низких категорий и автомагистралей отличаются в основном на уровне вариации конструкции поперечников и методов проектирования виражей. А основной структурообразующий элемент дороги

- пространственную ось - для автомагистралей проектируют так же, как и для дорог низких категорий. Такая общность методологии и упрощенный подход к конструированию в системах автоматизированного проектирования автомобильных дорог высших категорий оказываются несостоятельными в тех случаях, когда возникает потребность:

- в реконструкции или комплексном ремонте автомагистрали как единого объекта, а не каждой из ее полос в отдельности;

- в стадийном повышении категории существующих дорог и при проектировании строитель-

ства автомагистрали путем устройства новой полосы движения противоположного направления;

- в достаточном, детальном и метрически корректном описании не только общих параметров плана, продольного профиля и типовых поперечников. Например, поперечного сечения проектируемых автомагистралей по ломаной линии или под непрямым углом;

- в подробном описании элементов водоотвода не только левого или правого кюветов, но также и по разделительной полосе автомагистралей;

- детального описания проектных решений по вертикальной планировке, отгонам виражей и уширений на каждой из полос движения и т.д.

Цель и постановка задачи

Проблема незавершенности проектного решения и перекладывания несовершенных решений на этап строительства. Без разрешения в системах автоматизированного проектирования автомобильных дорог вопросов, подобных вышеуказанным, на исполнителей работ, строителей, перекладывается основной объем задач, часто требующих для своего решения:

- существенно усложненной в полевых условиях «детализации» проекта, например, в части интерполяции или восстановления параметров поперечного профиля на произвольном пикете;

- опоры на интуицию или чей-либо субъективный опыт, например, машиниста или оператора дорожно-строительных машин, что далеко не всегда гарантирует рациональность и оптимальность решений. Для строящихся и реконструируемых дорог и автомагистралей такой подход не всегда способствует оптимальному решению таких задач, как:

обеспечение ровности проезжей части и надежного поверхностного водоотвода на сложных участках трассы, в местах примыканий и ответвлений на съездах, на виражах;

- обеспечение оптимального водно-теплового режима тела насыпи и дорожной одежды, существенно зависящего от проектных решений по водоотводу;

- рациональное распределение ресурсов и детализации картограмм фрезерования и выравнивания покрытий;

- детальная разбивка оси и других структурообразующих линий дороги на разных этапах ее строительства.

Проблема проектирования автомагистралей в стесненных условиях. В стесненных условиях пересеченной местности необходимо существенное развитие трассы, укладки трасс и «ступенчатых» поперечников на косогорах. Сложны конструкции достраивания или пристраивания новой полосы движения к существующей дороге, требующие индивидуальных решений по плану, продольному и поперечному профилю для каждого из направлений, т.е. при раздельном трассировании. В этих случаях упрощенное описание автомагистрали, предусматривающее структурирование данных ее модели по принципу - одна ось и поперечники, вообще оказывается неработоспособным и приводит к таким противоречиям, которые выражаются:

- в существенном отличии в пикетаже разных направлений, приводящем к неоднозначностям в адресации дороги в пикетах и к существенным погрешностям в оценке объемов работ;

- в большой вероятности несоблюдения нормативных требований в геометрических параметрах каждой из полос направлений;

- в невозможности задавать и согласовывать разности высот продольных профилей, в том числе и для устранения или устройства вертикальных смещений поперечных профилей полос разных направлений;

- в неопределенности интерполяции геометрических параметров нормальных разрезов для неэквидистантных полос движения; при этом размеры по ширине проезжей части и ее уклоны будут интерполироваться из модели не в соответствии с принятыми нормативами, а с учетом тригонометрических поправок за счет сечений под углом и т.д.;

- в отсутствии возможности достижения взаимной однозначности в поперечниках, построенных по нормали к соответствующим осям неэквидистантных полос движения разных направлений;

- в отсутствии возможности корректного описания конструкции земляного полотна, дорожной

одежды и дренажа на сложных участках раздельного трассирования в плане или в продольном профиле для каждой из полос автомагистрали, формально находящихся в рамках единого земляного полотна.

Проблема согласованности проектных решений с возможностями современной дорожно-

строительной техники. В современных и прогнозируемых условиях производства работ возникает (или становится все более актуальной) настоятельная необходимость точного и адекватного цифрового или математически корректного детального описания строящихся объектов и всех его компонентов, многократно востребованных на разных этапах строительства. Объективными предпосылками к этому служат те положительные тенденции в совершенствовании технологий производства работ, которые происходят, в том числе, и за счет:

- использования все более совершенных и более точных дорожно-строительных машин и механизмов;

- применения современных геодезических средств управления и контроля производимых работ, основанного на лазерных и вР8-технологиях;

- все более развивающейся компьютеризации и информатизации производственных процессов; налаживания электронного обмена данными, в том числе и корректировки проектных решений в реальном времени, непосредственно в процессе производства работ.

Проблема единой программы для проектирования дорог всех типов и категорий, включая автомагистрали. Очевидно, что устранение указанных недостатков совершенствованием структур данных, методов изысканий и проектирования автомагистралей должно быть в максимальной степени обоснованным и эффективным и не приводить к существенным отличиям от традиционных методов проектирования автомобильных дорог низких категорий. Должна быть обеспечена преемственность методов и навыков, а также универсальность общих инструментов, используемых как при проектировании обычных дорог, так и при проектировании автомагистралей. Тем самым будет минимизирована «ломка» традиционных технологий и приобретенных навыков автоматизированного проектирования автомобильных дорог.

Решение задачи

Анализ изложенных выше проблем обосновывает необходимость развития теории и практики проектирования дорог всех категорий (по единой методологии) и одновременной разработки нового программного обеспечения для проектирова-

ния автомобильных дорог. Для раскрытия сути этих новых решений необходимо введение новых понятий: монотрассовый и политрассовый

объект.

Монотрассовый объект — это такой линейный объект, вся элементы конструкции которого привязаны к одной пространственной оси (трассе). В соответствии с этим критерием, все обычные дороги 2-5 технических категорий могут быть описаны или определены в системе проектирования как монотрассовые объекты. Для таких объектов наиболее применима по критерию эффективности, простоты и надежности концепция ось-поперечник.

Политрассовый объект - это такой линейный объект, в состав которого входит два монотрассо-вых объекта, объединенных в единый объект и согласуемых между собой посредством главной трассы.

Главная трасса - это 2D или 3D ось, являющаяся геометрической и семантической основой полит-рассового объекта. Эта трасса несет или содержит в себе основные геометрические параметры по-литрассового объекта, общий метрически корректный и рубленый пикетаж, привязку искусственных сооружений, общие параметры единого земляного полотна и прочие данные. Эта трасса также выполняет функции, необходимые для взаимной и однозначной плановой и высотной связи монотрассовых объектов, входящих в состав по-литрассового объекта. Поэтому такую главную трассу можно назвать еще и связующей трассой.

Типичным представителем политрассового объекта служит автомобильная дорога первой категории. Для конструктивного описания автомагистрали, как политрассового объекта, достаточно главной трассы и двух, располагаемых слева и справа, осей, представляющих параметрические модели двух монотрассовых объектов, т.е. моделей полос движения в прямом и обратном направлении. При таком подходе в максимальной степени используется функциональность компонентов проектирования в системе CREDO обычных, автономных, ни с чем не связанных моно-трассовых объектов, т. е. дорог 2-5 технических категорий. Это обеспечивает преемственность методов и повторное использование готовых кодов и алгоритмов. При этом необходимо учитывать только то, что в отличие от алгоритмов установления и определения проектных параметров и характеристик автономного монотрассового объекта, алгоритмы установления и определения его проектных параметров в составе политрассового объекта должны предусматривать учет параметров и конструкцию контактирующего или взаимодействующего с ним другого монотрассового объекта. Информация о необходимости и месте взаимодействия каждого из монотрассовых объ-

ектов друг с другом должна быть определена в главной, связующей трассе.

Заключение

Практическая реализация такого подхода в системе CREDO дороги 1.0 возможна только благодаря наличию в платформе CREDO III ряда эксклюзивных (исключительных) математических решений, а также при учете и соблюдении в дальнейшей разработке следующих ограничений:

1. Очевидно, что политрассовый объект не может существовать без какой-либо одной из составляющих его трасс. С учетом этого обстоятельства, в системе CREDO дороги 1.0, предусматривается два метода проектирования таких объектов. Первый из них предусматривает создание главной трассы, с автоматическим созданием эквидистантных к ней осей двух монотрассовых объектов. Второй метод предусматривает раздельное трассирование каждой из осей, с последующим объединением их в единый политрассвый объект.

2. Независимо от метода создания предусматривается возможность последующего индивидуального редактирования каждой из трасс. При этом должен быть обеспечен контроль наличия и однозначности решения задачи поиска на каждой из трасс соответствующих друг другу пикетов.

Эти задачи решаются также и для всех типов трасс, сконструированных из базовых геометрических примитивов платформы CREDO III:

- точек;

- отрезков прямых линий;

- дуг окружностей;

- полных и неполных дуг клотоид;

- квадратичных парабол;

- дуг составных кривых второго порядка гладко -сти на основе составных кубических В-сплайнов, т.н. G2 гладко-сопрягающих кривых;

- эквидистант этих кривых и их отрезков;

- скомпонованных из сопряжений этих элементов полилиний, как основы функциональных элементов моно- и политрассовых объектов - 2D и 3D осей (трасс), структурных и других линий. Отработка компонентов такой технологии проектирования дорог первых категорий осуществляется параллельно с реализацией методов проектирования дорог низких категорий, загородных и городских дорог. Также как и по параметрическим моделям монотрассовых объектов, по результатам проектирования политрассовых объектов создаются 3D модели автомагистралей.

Рецензент: В.В. Филиппов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 27 января 2005 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.