数字技术在路桥设计中的应用

吴 坤

（淮安市政设计研究院有限公司，江苏淮安 223001）

1 路桥设计数字技术概念

数字技术是指使用数字化的信息和通信技术处理、传输和存储数据的技术。数字技术的发展使得数据处理速度更快、数据存储更便捷、信息交流更便利，同时也带来了许多新的机遇和挑战。数字技术的应用范围涉及各个领域，包括通信、娱乐、金融、医疗、制造业等[1]。数字技术也推动了社会与经济变革，例如数字化生产使得制造业更加智能化和高效化，数字化医疗服务使得医疗更加精准和高效。数字技术对生产生活产生了深远影响，未来数字技术发展也将继续推动着社会和经济发展。在路桥设计中，数字技术可发挥重要的作用，主要体现在以下几个方面。

第一，数字地图。数字地图可为路桥设计提供高精度地理信息，包括地形、地貌、地下管线等。设计人员可根据数字地图信息，更好地规划和设计路桥位置、形态和结构。

第二，数字化建模。数字化建模技术可将路桥设计方案通过计算机软件进行三维建模，方便设计人员进行多维度设计和模拟分析，预测和优化方案的性能和可行性。

第三，虚拟现实。虚拟现实技术可模拟真实的路桥场景，设计人员可在虚拟环境中实时交互，调整和优化方案，提高设计效率和准确性。

第四，云计算。云计算技术可为路桥设计提供强大计算和存储能力，加速设计过程和优化方案。

第五，智能化监测。数字技术可实现路桥智能化监测，包括使用传感器监测路桥状态、使用情况和健康状况，通过大数据分析和人工智能技术实现预测性维护，提高路桥使用寿命和安全性。

2 路桥设计中应用数字技术的优势

第一，提高设计效率和准确性。传统的路桥设计方式需设计师手动绘制图纸，这需花费大量的时间和人力，并且容易出现错误。数字技术可通过软件实现自动化的设计和绘图，极大提高了设计效率和准确性，弥补了传统设计的缺点[2]。

第二，优化设计方案。数字技术可通过数字化建模和虚拟现实技术，将路桥设计方案进行三维建模和模拟分析，以便设计师更好地了解设计方案性能和可行性，从而实现优化设计方案、提高工程效益和经济性的目的。

第三，提高工程质量。数字技术可通过智能化监测，使用传感器和互联设备对路桥进行实时监测，对路桥状态、使用情况和健康状况进行预测性维护，提高路桥使用寿命和安全性，同时可减少对路桥的维护和修复费用。

第四，加强设计和施工的协同性。数字技术可将设计师和施工人员的工作紧密结合起来，可在设计阶段实现施工过程可视化和模拟，提前预测施工中存在的问题，从而加强设计和施工之间协同性，减少设计和施工中不确定性和错误。

第五，推动工程数字化和智能化。数字技术可推动路桥工程的数字化和智能化，实现数据的共享和交流，提高工程的协同性和效率。

3 数字技术在路桥设计中应用

3.1 信息采集

第一，三维激光扫描技术。三维激光扫描技术可实现对现有路桥结构快速、高效非接触式采集，能够精确地获取路桥结构的几何形态信息，包括结构的尺寸、形状、曲率等信息，可用于建立三维模型或数字化档案。

第二，空中无人机遥感技术。利用空中无人机遥感技术可对大范围路桥进行快速、全面的高分辨率采集。无人机可搭载多种传感器，如光学相机、雷达、激光测距仪等，可获取路桥结构三维模型、图像和红外线数据，用于对路桥结构与环境的分析和评估[3]。

第三，传感器和监测系统。传感器和监测系统可实时监测路桥结构各种参数，如振动、应力、变形、温度等，提供路桥结构健康状况数据支持。数字技术可通过对这些数据进行实时监控、存储、分析和处理，提供科学的决策依据。

第四，数据库和信息共享平台。数字技术可建立路桥信息数据库和信息共享平台，将采集到的信息进行整合和管理，实现信息的共享和交流。这些信息可用于工程建设、运营和维护中，提高工程效率和质量。

第五，模拟和仿真软件。数字技术可通过使用模拟和仿真软件，对路桥结构进行建模和仿真，从而实现对路桥结构的评估和优化。可对路桥在不同条件下的响应进行模拟和分析，比如荷载响应、自然灾害响应等，为设计、运营和维护提供支持。

3.2 模型建立

在路桥设计中，数字技术可通过建立模型帮助设计人员进行仿真和分析，以优化设计方案，提高设计效率和质量。建立模型的过程包括以下几个步骤。

第一，选择建模软件。根据路桥设计的需求和特点，选择合适建模软件。常用建模软件包括Autodesk AutoCAD、Bentley MicroStation、Bentley OpenRoads、Autodesk InfraWorks 等。

第二，数据采集。使用数字技术，如激光扫描、遥感、传感器监测等技术，采集路桥实际数据，包括路面、桥梁、隧道等各种结构和环境数据。

第三，数据处理和转换。对采集到数据进行处理和转换，将其转化为数字化三维模型或二维图形。

第四，建立模型。使用选定建模软件，根据采集到的数据，建立路桥的三维模型或二维图形。建立模型时，需考虑结构的几何形状、材料、荷载等因素，并根据需要添加细节和特征。

第五，优化模型。通过对模型进行分析和仿真，优化模型设计，以满足设计需求。模型优化可包括结构强度、稳定性、振动响应、流体力学等方面分析和仿真。

第六，导出模型。将优化后模型导出合适的文件格式，以供后续的设计、建设、运营和维护使用。常用文件格式包括DWG、DGN、IFC、STEP 等。

3.3 图纸导存

数字技术在路桥设计中可帮助设计人员将设计图纸以数字化形式进行导出和存储，以便后续使用和管理。

第一，导出为CAD 文件。设计人员可将设计图纸导出为CAD 文件，如DWG 或DGN 等格式，以便后续的修改和编辑。CAD 文件具有通用性，可在不同的软件平台上打开和编辑，也可作为输出格式提供给承包商和建造方。

第二，导出为BIM 模型。在现代化路桥设计中，建筑信息模型（BIM）成为一种重要的数字技术。设计人员可将设计图纸转化为BIM 模型，以便于后续协作和管理。BIM 模型可包含设计图纸三维模型、参数、材料、荷载等信息，可为建造、运营和维护提供更加全面和准确信息。

第三，选择合适文件格式。在导出图纸前，需选择合适文件格式。常用的文件格式包括DWG、DGN、IFC、STEP 等。不同的文件格式具有不同特点和应用范围，需根据具体需求进行选择。

第四，存储图纸。将导出图纸保存到指定位置。通常将图纸保存到电脑硬盘、云盘、U 盘等存储设备中。同时，可根据需要，设置文件名、文件路径和文件标签，以便后续查找和使用。

第五，管理图纸。对存储图纸进行管理，包括整理、分类、命名、备份、归档等操作。可使用数字技术中的图纸管理软件，如AutoCAD、Bentley ProjectWise 等，方便管理图纸，以提高效率和准确性[4]。

3.4 工量计算

数字技术在路桥设计中可应用于工程量准确计算。通过数字技术，可自动获取设计中结构尺寸、材料规格、施工工艺等信息，快速地进行工程量计算和分析。具体实现过程包括以下几个步骤。

第一，建立模型。在数字技术的支持下，可建立精确的三维模型，包括结构物的几何形状、材料属性、荷载情况等。这些模型可基于CAD、BIM 等软件平台进行建模，也可使用其他模拟软件进行模拟分析。

第二，设定参数。根据设计要求和规范标准，设置相应参数，包括结构物尺寸、材料规格、施工工艺等。这些参数可通过软件工具进行设置，也可手动输入。

第三，进行计算。根据建立模型和设定参数，利用数字技术进行工程量计算。具体可采用有限元分析、数值计算等方法，计算结构物的荷载、应力、变形等相关参数，进而计算出工程量。

第四，分析结果。分析计算结果，检查工程量的准确性和可行性。如果发现问题，可对模型和参数进行调整，重新进行计算和分析，以达到设计要求和规范标准。

3.5 协同设计

在路桥设计中，数字技术可帮助设计团队实现协同设计。协同设计是指多个设计师、工程师和技术人员共同参与一个项目的设计过程，利用各自专业知识和技能进行合作，从而达到更好的设计效果。数字技术在路桥设计中应用于协同设计的例子如下。

第一，BIM 技术。建筑信息模型（BIM）是一种数字技术，可帮助设计团队实现协同设计。BIM 技术可将设计团队的不同专业（如结构、土木、给排水、电气等）的模型集成在一起，形成一个整体模型，从而实现协同设计[5-7]。设计团队成员可对模型进行修改、更新、共享和讨论，以实现更好的设计效果。

第二，云计算技术。云计算技术可提供基于云端设计平台，使设计团队可随时随地进行设计，不受地理位置限制。设计团队成员可使用云平台上协同设计工具，进行实时设计共享和讨论。可快速进行设计，减少沟通成本，提高设计效率。

第三，项目管理软件。项目管理软件可帮助设计团队协同管理设计过程。设计团队成员可使用项目管理软件，实现任务分配、进度追踪、成员协作、问题跟踪等功能。保证项目的进度和质量，提高设计效率。

4 结语

数字技术在路桥设计中的应用，可极大地提高设计效率和质量，为路桥工程建设和发展提供有力支持。同时，数字技术应用也面对一些挑战，如数据质量保障、技术应用复杂性、设计团队协同难度等。因此，在应用数字技术的过程中，需不断学习、创新、实践，不断完善技术体系和管理体系，以确保数字技术的应用能够为路桥设计带来真正的效益。随着技术不断发展和应用深入推进，数字技术在路桥设计中应用会越来越成熟和普及，为路桥设计行业的未来发展开创更加广阔的空间和前景。