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.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету
    Наукова стаття на тему 'Проблеми проектування автомагістралей та шляхи їх вирішення'

    Текст наукової роботи на тему «Проблеми проектування автомагістралей та шляхи їх вирішення»

    ?УДК 625.7 / 8

    ПРОБЛЕМИ ПРОЕКТУВАННЯ автомагістралей і

    ШЛЯХИ ЇХ ВИРІШЕННЯ

    Г.В. Величко, академік ТАУ, СП "Кредо-Діалог", м.Мінськ

    Анотація. Розглянуто сучасні проблеми автоматизованого проектування автомагістралей. Доведено необхідність розвитку теорії та практики проектування доріг всіх категорій (за єдиною методологією) і одночасної розробки нового програмного забезпечення для систем автоматизованого проектування. Для розкриття суті нових рішень введені і роз'яснені нові поняття: МОНОТРАССОВИЙ і ПОЛІТРАССОВИЙоб'ект.

    Ключові слова: методологія проектування, автомагістралі, автоматизоване проектування, монотрасса, політрасса.

    Вступ

    Проблеми методології проектування автомагістралей. Існуюча методологія досліджень і проектування нового будівництва і реконструкції автомобільних доріг не виділяє методів і технологій окремо для доріг низьких категорій і окремо для автомагістралей. Такого поділу немає навіть в нормативно-довідкової базі дорожньої галузі, особливо в частині ГОСТів на оформлення проектно-кошторисної документації. Тому і в основній масі програмних продуктів, орієнтованих на реалізацію цих технологій також не спостерігається яких-небудь істотних відмінностей. В найпоширенішою і ефективної концепції параметричного проектування автомобільних доріг і інших лінійних об'єктів, а саме в концепції «вісь-діаметр», методи проектування доріг низьких категорій і автомагістралей відрізняються в основному на рівні варіації конструкції діаметрів і методів проектування віражів. А основний структуроутворюючий елемент дороги

    - просторову вісь - для автомагістралей проектують так само, як і для доріг низьких категорій. Така спільність методології і спрощений підхід до конструювання в системах автоматизованого проектування автомобільних доріг вищих категорій виявляються неспроможними в тих випадках, коли виникає потреба:

    - в реконструкції або комплексному ремонті автомагістралі як єдиного об'єкта, а не кожної з її смуг окремо;

    - в стадійному підвищенні категорії існуючих доріг і при проектуванні будівельник-

    ства автомагістралі шляхом влаштування нової смуги руху протилежного напрямку;

    - в достатній, детальному і метрично коректному описі не тільки загальних параметрів плану, поздовжнього профілю і типових діаметрів. Наприклад, поперечного перерізу проектованих автомагістралей по ламаній лінії або під непрямим кутом;

    - в докладному описі елементів водовідведення не тільки лівого або правого кюветів, але також і по розділовій смузі автомагістралей;

    - детального опису проектних рішень з вертикального планування, відгону віражу і розширень на кожній з смуг руху і т.д.

    Мета і постановка задачі

    Проблема незавершеності проектного рішення і перекладання недосконалих рішень на етап будівництва. Без дозволу в системах автоматизованого проектування автомобільних доріг питань, подібних вищевказаним, на виконавців робіт, будівельників, перекладається основний обсяг завдань, часто вимагають для свого рішення:

    - істотно ускладненою в польових умовах «деталізації» проекту, наприклад, в частині інтерполяції або відновлення параметрів поперечного профілю на довільному пікеті;

    - опори на інтуїцію або чийсь суб'єктивний досвід, наприклад, машиніста або оператора дорожньо-будівельних машин, що далеко не завжди гарантує раціональність і оптимальність рішень. Для будуються або реконструюються доріг і автомагістралей такий підхід не завжди сприяє оптимальному вирішенню таких завдань, як:

    забезпечення рівності проїзної частини і надійного поверхневого водовідведення на складних ділянках траси, в місцях примикань і відгалужень на з'їздах, на віражах;

    - забезпечення оптимального водно-теплового режиму тіла насипу і дорожнього одягу, істотно залежить від проектних рішень по водовідведенню;

    - раціональний розподіл ресурсів і деталізації картограм фрезерування і вирівнювання покриттів;

    - детальна розбивка осі і інших структуроутворюючих ліній дороги на різних етапах її будівництва.

    Проблема проектування автомагістралей в умовах обмеженого простору. В умовах обмеженого простору пересіченій місцевості необхідно істотне розвиток траси, укладання трас і «східчастих» діаметрів на узгір'ях. Складні конструкції добудовування або прилаштовування нової смуги руху до існуючій дорозі, що вимагають індивідуальних рішень за планом, подовжньому і поперечному профілю для кожного з напрямків, тобто при роздільному трасуванні. У цих випадках спрощене опис автомагістралі, що передбачає структурування даних її моделі за принципом - одна вісь і поперечники, взагалі виявляється непрацездатним і призводить до таких суперечностей, які виражаються:

    - в істотній відмінності в пікетаж різних напрямків, що приводить до неоднозначності в адресації дороги в пікетах і до істотних погрішностей в оцінці обсягів робіт;

    - у великій імовірності недотримання нормативних вимог в геометричних параметрах кожної зі смуг напрямків;

    - в неможливості ставити і погоджувати різниці висот поздовжніх профілів, в тому числі і для усунення або зведення вертикальних зсувів поперечних профілів смуг різних напрямків;

    - в невизначеності інтерполяції геометричних параметрів нормальних розрізів для нееквідістантних смуг руху; при цьому розміри по ширині проїзної частини і її ухили будуть інтерполювати з моделі не відповідно до прийнятих нормативами, а з урахуванням тригонометричних поправок за рахунок перетинів під кутом і т.д .;

    - у відсутності можливості досягнення взаємної однозначності в поперечниках, побудованих по нормалі до відповідних осях нееквідістантних смуг руху різних напрямків;

    - у відсутності можливості коректного опису конструкції земляного полотна, дорожньої

    одягу та дренажу на складних ділянках роздільного трасування в плані або в поздовжньому профілі для кожної зі смуг автомагістралі, формально знаходяться в рамках єдиного земляного полотна.

    Проблема узгодженості проектних рішень з можливостями сучасної дорожньо-

    будівельної техніки. В сучасних і прогнозованих умовах виробництва робіт виникає (або стає все більш актуальною) нагальна необхідність точного і адекватного цифрового або математично коректного детального опису об'єктів, що будуються і всіх його компонентів, багаторазово затребуваних на різних етапах будівництва. Об'єктивними передумовами до цього служать ті позитивні тенденції в удосконаленні технологій виробництва робіт, які відбуваються, в тому числі, і за рахунок:

    - використання все більш досконалих і більш точних дорожньо-будівельних машин та механізмів;

    - застосування сучасних геодезичних засобів управління і контролю виконуваних робіт, заснованого на лазерних і вР8-технологіях;

    - все більш розвивається комп'ютеризації та інформатизації виробничих процесів; налагодження електронного обміну даними, в тому числі і коригування проектних рішень в реальному часі, безпосередньо в процесі виробництва робіт.

    Проблема єдиної програми для проектування доріг всіх типів і категорій, включаючи автомагістралі. Очевидно, що усунення зазначених недоліків вдосконаленням структур даних, методів досліджень і проектування автомагістралей має бути в максимальному ступені обґрунтованим і ефективним і не приводити до істотних відмінностей від традиційних методів проектування автомобільних доріг низьких категорій. Повинна бути забезпечена спадкоємність методів і навичок, а також універсальність загальних інструментів, використовуваних як при проектуванні звичайних доріг, так і при проектуванні автомагістралей. Тим самим буде мінімізована «ломка» традиційних технологій і набутих навичок автоматизованого проектування автомобільних доріг.

    Рішення задачі

    Аналіз викладених вище проблем обгрунтовує необхідність розвитку теорії та практики проектування доріг всіх категорій (за єдиною методологією) і одночасної розробки нового програмного забезпечення для Проектуванн-

    ня автомобільних доріг. Для розкриття суті цих нових рішень необхідне введення нових понять: монотрассовий і політрассовий

    об'єкт.

    Монотрассовий об'єкт - це такий лінійний об'єкт, вся елементи конструкції якого прив'язані до однієї просторової осі (трасі). Відповідно до цього критерію, всі звичайні дороги 2-5 технічних категорій можуть бути описані або визначені в системі проектування як монотрассовие об'єкти. Для таких об'єктів найбільш застосовна за критерієм ефективності, простоти і надійності концепція вісь-діаметр.

    Політрассовий об'єкт - це такий лінійний об'єкт, до складу якого входить два монотрассо-вих об'єкта, об'єднаних в єдиний об'єкт і погоджених між собою за допомогою головної траси.

    Головна траса - це 2D або 3D вісь, яка є геометричною і семантичної основою політ-расової об'єкта. Ця траса несе або містить в собі основні геометричні параметри по-літрассового об'єкта, загальний метрично коректний і рубаний пікетаж, прив'язку штучних споруд, загальні параметри єдиного земляного полотна та інші дані. Ця траса також виконує функції, необхідні для взаємної і однозначною планової і висотної зв'язку монотрассових об'єктів, що входять до складу по-літрассового об'єкта. Тому таку головну трасу можна назвати ще і сполучною трасою.

    Типовим представником політрассового об'єкта служить автомобільна дорога першої категорії. Для конструктивного опису автомагістралі, як політрассового об'єкта, досить головної траси і двох, розташованих зліва і справа, осей, що представляють параметричні моделі двох монотрассових об'єктів, тобто моделей смуг руху в прямому і зворотному напрямку. При такому підході в максимальному ступені використовується функціональність компонентів проектування в системі CREDO звичайних, автономних, ні з чим не пов'язаних моно-трасових об'єктів, т. Е. Доріг 2-5 технічних категорій. Це забезпечує спадкоємність методів і повторне використання готових кодів і алгоритмів. При цьому необхідно враховувати тільки те, що на відміну від алгоритмів встановлення і визначення проектних параметрів і характеристик автономного монотрассового об'єкта, алгоритми встановлення і визначення його проектних параметрів в складі політрассового об'єкта повинні передбачати облік параметрів і конструкцію контактує або взаємодіє з ним іншого монотрассового об'єкта. Інформація про необхідність і місце взаємодії кожного з монотрассових об'єк-

    ектов один з одним повинна бути визначена в головній, сполучною трасі.

    висновок

    Практична реалізація такого підходу в системі CREDO дороги 1.0 можлива тільки завдяки наявності в платформі CREDO III ряду ексклюзивних (виняткових) математичних рішень, а також при обліку та дотриманні в подальшій розробці наступних обмежень:

    1. Очевидно, що політрассовий об'єкт не може існувати без якої-небудь однієї зі складових його трас. З урахуванням цієї обставини, в системі CREDO дороги 1.0, передбачається два методи проектування таких об'єктів. Перший з них передбачає створення головної траси, з автоматичним створенням еквідистантних до неї осей двох монотрассових об'єктів. Другий метод передбачає роздільне трасування кожної з осей, з подальшим об'єднанням їх в єдиний політрассвий об'єкт.

    2. Незалежно від методу створення передбачається можливість подальшого індивідуального редагування кожної з трас. При цьому повинен бути забезпечений контроль наявності та однозначності рішення задачі пошуку на кожній з трас відповідних один одному пікетів.

    Ці завдання вирішуються також і для всіх типів трас, сконструйованих з базових геометричних примітивів платформи CREDO III:

    - точок;

    - відрізків прямих ліній;

    - дуг кіл;

    - повних і неповних дуг клотоїд;

    - квадратичних парабол;

    - дуг складових кривих другого порядку гладко -сті на основі складових кубічних В-сплайнів, т.зв. G2 гладко-сполучають кривих;

    - еквідістанти цих кривих і їх відрізків;

    - скомпонованих з сполучень цих елементів полилиний, як основи функціональних елементів моно- та політрассових об'єктів - 2D і 3D осей (трас), структурних та інших ліній. Відпрацювання компонентів такої технології проектування доріг перших категорій здійснюється паралельно з реалізацією методів проектування доріг низьких категорій, заміських та міських доріг. Також як і по параметричних моделей монотрассових об'єктів, за результатами проектування політрассових об'єктів створюються 3D моделі автомагістралей.

    Рецензент: В.В. Філіппов, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 27 січня 2005 р.


    Ключові слова: методологія проектування / автомагістралі / автоматизоване проектування / монотрасса / політрасса

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити