高速公路路基工程施工与养护决策支持系统.pdf

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1、第 3 2卷 第 1 O期 2 0 0 9年 1 O月 合 肥 工 业 大 学 学 报(自然科学版)J OURNAl OF HEFE I UNI VERS I TY OF TE CHNOI OGY Vo 1 3 2 NO 1 0 Oc t 2 0 09 高速公路路基工程施工与养护决策支持系统 王 源，(1 东南大学 交通学院，江苏 南京2 1 0 0 9 6 刘松 玉，高 磊 2 解放军理 工大学 2 1 2 程兵工程学院，江苏 南京2 1 0 0 0 7)摘要：在分析当前路基工程施工与养护存在问题的基础上，文章提出了高速公路路基工程施工与养护决策 支持系统，从数据支持、基础应用和高级应用 3

2、 个层次设计了系统的逻辑结构，从信息采集管理、查询统计、工 程可视化分析及辅助决策等方面阐述了系统应具备的功能，并从地理信息系统、工程信息建模及岩土工程数 值分析等方面探讨了建立系统的若干关键技术。关键词：高速公路路基工程；施工与养护；决策支持系统 中图分类号：T U 4 1 O 1 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 3 5 0 6 0(2 0 0 9)l O 1 6 1 2 一 O 4 De c i s i o n s u pp o r t s y s t e m f o r c o ns t r u c t i o n a n d ma i nt e na nc e W ANG Yu

3、a n 一，LI U S o n g y u ，GAO Le i (1 T r a n s p o r t a t io n C o l l e g e，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y，Na n j i n g 2 1 0 0 9 6，Ch i n a；2 E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g C o r p s，Th e P L A Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，

4、Na n j i n g 2 1 0 0 0 7，C h i n a)Ab s t r a c t：Th i s p a p e r p r e s e n t s t h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m f o r c o n s t r u c t i o n a n d ma i n t e n a n c e o f f r e e wa y s u b g r a d e e n g i n e e r i n g o n t h e b a s i s o f a n a l y z i n g t h e e x i s t

5、 i n g p r o b l e ms i n t h i s r e g a r d Th e l o g i c a l c o n f i g u r a t i o n o f t h e d a t a s u s t e n t a t i o n l a y e r，b a s i c a p p l i c a t i o n l a y e r a n d a d v a n c e d a p p l i c a t i o n I a y e r i n t h e s y s-t e rn i s d e s i g n e d Th e ma i n f u n

6、c t i o n s，s u c h a s d a t a a c q u i s i t i o n ma n a g e me n t，i n q u i r y a n d s t a t i s t i c a l a n a l y s i s，v i s u a l i z e d a n a l y s i s，a n d c o mp u t e r a i d e d d e c i s i o n，a r e d e s c r i b e d S o me k e y t e c h n o l o g i e s，s u c h a s g e o g r a p

7、h i c i n f o r ma t i o n s y s t e m(GI S)，mo d e l i n g o f s u b g r a d e e n g i n e e r i n g a n d g e o t e c h n i c a l a n a l y s i s，a r e di s c us s e d Ke y w o r d s：f r e e wa y s u b g r a d e e n g i n e e r i n g；c o n s t r u c t i o n a n d ma i n t e n a n c e；d e c i s i o

8、 n s u p p o r t s y s t e m 路基工程是 高速公路的主体工程，是路面的 基础，其工程数量大、边界条件复杂、技术难度大，提高路基工程的施工质量已成为当务之急。对于 已建成公路，为保证其正常使用性能，必须对路基 进行周期性的、预防性 的、科学合理的养护，使其 经常处于良好的技术状态，不发生较大 的变形和 其他病害L 1 。目 前路基工程施工与养护存在的 问题主要有：(1)施工与养护技术资料管理落后，查询、分 析、处理很困难 _】。(2)信息化施工水平不高，地基处理决策问 题研究不够，基本上停留在人为凭经验定性决策 阶段，根据公路工程地质资料及岩土力学参数、现 场监测数据

9、、地基处理施工工艺等综合考虑，进行 科学决策做得不够 。(3)现行养护 管理系统对 路基工程 缺乏指 导 当前 的许多管理、评价系统，主要是网级公路 养护投资分析的辅助工具，着重于各级路网的评 价、性能分析、养护资金的分析及养护资金在公路 网内部的优化分配。而对项 目级公路，即对具体 的一条公路，开发的系统较少，即使有，也基本上 是针对路面工程，而路基工程技术更复杂，与岩土 工程及地质工程关 系更密切，更需开发 相应 的施 工与养护决策支持系统l_】。收稿 日期：2 0 0 9 0 6 0 1；修 改日期：2 0 0 9 0 8 1 0 作者简介：王源(1 9 7 O)，男，湖北云梦人，解放军

10、理 工大学副教授，硕士生 导师 刘松玉(1 9 6 3)，男，江苏靖江人，东南大学教授，博士生导师 第 1 0期 王 源，等：高速公路路基工程施工与养护决策支持 系统 1 6 1 3 1 系统逻辑 结构与功能设计 1 1 系统的逻辑结构 高速公路路基工程施工与养护决策支持系统 分 3层设计，即：数据支持层、基础应用层和高级 应用层，各层的结构及其逻辑关系如图 1所示。1 2系统的功能设计(1)路基工程信息 的采集、存储、管理与提取 功能。基于地理信息平 台和相关 数据库系统，对 公路尤其是路基工程相关 的数据和资料，按照一 定的规范、标准录入系统，并可对新录入的工程信 息资料实时更新，工程数据

11、主要包括：公路工程基 础地理信息、公路工程基本信息、路基工程基本信 息、勘察、设计、施工、监i 贝 0、运营等工程数据。对这些信息，利用 GI S技术进行全 面、系统 地汇总、建库和展示，实现路基工程的数字化和信 息共享化，为相关部门提供 有效 的数字化信息和 科学 的决策依据。图 1 系统逻辑结构设计(2)工程可视化功能。系统应能将 以点、线 为基本形 态，零散局 部的路基工 程勘察资料、设 计、施工及监测等解释结果在三维空 间中结合起 来，重建三维路基信息模型。以矢量 图的形式对 整条公路带状 区域进行二维平面显示和三维路基 工程 的主动式浏览，重 现路基工程复杂空 间结构 高 级 应 用

12、 层 一 基 础 应 用 层 1 6 1 4 合肥工业大学学报(自然科学版)与关系的表达，即实现从路上、路面、路基到岩土 工程地质的立体地理空问的全方位、多角度 自由 显示。对工程地质体内应力、渗透率等各种属性 信息的分布、道路纵、横断面的任意剖切、开挖、虚 拟钻探等均可进行可视化模拟。(3)查询统计功能。系统能够实现对系统涉 及的各类数据的关联查询及统计，包括：按里程桩 号、按地貌单元、按工程地质分区、按水文地质分 区、按地质参数、按环境地质要素、按地质灾害类 型、按用户需要 白定义查 询等方式的图形 属性数 据之间以及图形 资料数据之问的互检索、属性数 据的统计及专题图的绘制，系统应能对多

13、参数地 质数据进行统计分析并可采用直方 图、分布曲线 图、相关关系曲线等多种方式来表述分析结果。(4)岩土工程信息 分析 评价 与动态监测功 能。基本的工程信息分析包括根据钻孔等数据生 成 3 D工程地质模型、路基 工程剖切 分析、路 工 程多角度观察、三维儿何箭箅、岩土 1 _ 程参数分布 分析、路堤、路堑工程影响范 围分析、：程施工作 业面空间分析、土石方计算与调整分析及施工临 测曲线图生成等内容。在此基础上，进行岩土工程本构模型分析、路 基沉降量与 固结分析、路基压实 与控制分析 略 堤、路堑边坡稳定分析等，并进行地基稳定性评 价、路基工程地基适宜性评价、地下水、地表水环 境质量评价、公

14、路1程地质环境质量评价等；系统 还应能将岩土工程监测数据及时采集并进行分析 模拟、预测预警。(5)路基工程施工 与养护辅助决策。在上述 分析的基础 _L，结合公路地基处理、岩土工程治理 等成熟和新 的 艺及技术，在对公路路基工程综 合评价和健康诊断的基础 f ，拟制 出路基工程施 工与养护实施方案，并对方案进行分析与评估。2 系统 实现 的关键技术 2 1 地理信息系统(GI S)技术 路基T程信息包括工程地质、水文地质、环境 地质信息，也包括：程的设 汁、施工、监测等数据，信息量大、类 复杂、多源 构，几乎全部具有李 间地理位置，并且随时 的推延 而不断变化。路 基工程信息的这些特点对汁算机

15、数据的组织与管 理提出 r 更高的要求。地理信息系统以采集、存储、管理、检索、分析 和描述空间物体的定位分布及与之相关属性数据 为基本任务，应用地理信息系统技术，可满足路基 第 3 2卷 1程信息组织 与管理的要求。2 2 可视 化技 术 在路基工程地理信息平 俞基础上，应用计算 机图形 图像技术、视觉理论等技术 以多种方式将 路基工程的各类信息包括总体形态、结构组成、地 质构造、钻孔信息、道路切片等 示出来。虚拟现实是 t J 视化技术的高级形式，即采用 计算机技术生成一 个逼真的视觉、听觉、等感观世 界，用户可以直接对这个生成的虚拟实体进行考 察和操纵。2 3 路基工程信息建模技术 依据丁

16、程数据建 路 基 程信息模 型，该信 息模型足系统j维可视化、_ 程分析的基础，包括 路基j维模型、程地质_二维模型、地质钻孔三维 摸型等信息模型，各模型包括地理空问位置特征、形态儿何特征、功能构造特征及物理力学特征等 信 息 内容。2 4 路基工程岩土数值分析技术 在工程信息分析綦础 _ I 行岩土工程本构 模型分析、路基沉降量与固结分忻、路基压实与控 制分析、路堤、路堑边坡稳定分析等。由于岩土工 程本构关系的不成熟及岩土力学参数不能准确确 定，目前还没有统 一 一 r 吉土工程数据 计算与分析 方 法。开发建立路基工程岩土数值分析半台，所建 平台应包含各种较为成熟的和新的数值计算分析 方法

17、 以及便于扩充的岩士_ 程本构模型库、路基 工程监测成果预测与分析方法库、路基工程监测 成果反分析方法库、路基沉降及 匝 I 结度计算分析 方法库 以及路基沉降 与稳定性分析方法库。2 5 路基工程施工与养护辅助，人策j 支术 建立路基 一 程评价方法库、公路地基处理方 法库、公路岩土工程治理方法库及路基工程施工 方法库及路基工程养护方案库 结合路基工程数 据，对路基进行健康诊断，拟制出路基工程施工与 养护实施方案，并埘方案进行分忻与评估。3 实验 系统 开发 与应用 在 Wi n d o ws X P 系统 上 以 Vi s u a l r+6 0 为开 发 语 言、()f)c n(；i 为

18、 图形 开 发 工具，选 用 S QI S e r v e r 作为数据库 支持，应用标 R o s e 软件 T程工具进行标准建模，J t：发具有 自主知识产权 的高速公路路基 工程施 _ L 与养护决策支持系统。目前，系统开发已取得阶段性成果，并在连云港至 盐城高速公路部分标段软：地 处理中进行了 王 源，等：高 速 公 路 路 基 工 程 施 二二兰 竺 墨 一16 1 5 第 1 O期 罴 2 7 1墨 秭r1 s s 鬻 嚣 鬈$LB S 3,3 4 墨 苎 垫墨!曼 要 一 图 2 点击查询的典型地质剖面 图-一一 一一一。-一-一。_ 1 0 0 。d 、一 一、妄 冀 美 茎

19、等 翼 决 策 等 问 题，将提高路基工程信息化飚上勺夼 的水平。慧 嚣 篡 冀 箍 嘉 惹 嵩 篓 性 建 娄 薹 一薷 篙 篡 羹 釜 蒜 妻 粪 鲁 善 茇 鬟 暴 篡 养护提供信息共享和智能分机平百 “肼 蛳啦 参考文献 1 徐宗健“数字地球”与公路工程 J 公路 2。o o (7)r。6 9H-雷7 1 营利 f 1 s 技术在公路建设管理中的应用【J ，中 r 2 张映雪，黄利芒G1 S技术在公路建设首埋 甲州 J 竺 G 路 地 质 艄中 的 综 合 运 r 3 刘 丹 萍，胡 伍 生，沙 月 进-Is 在 公 斯 地 J贞 述。缓 二 G IS 唧 公 路，r4 梁 榕 生 在

20、 公 路 工 程 项 目 冒 埋 甲 u “斌 城市 地 下 空 间信 息化 研 究综 述 r 5 张芳，朱合华，吴江斌 城 市地 1 日 J 1 茜 思 蠢 综 合 技 术 旧 荨 霎 攀 研究 J 岩 石 力 学 与 一 程 字 徽 “军 高速公路全寿命管理系统研究L J 中国公 N l l r 7 ，孙 立军 高速公路全 寿命 冒理糸轨计，九。“釜 、系 统 H 研 知 南 f s1 李 智 勇。黄 飞 澜 公 路 地 理 信 息 系 统。H b 九 L J 通 资料管理 n长安 E g；吴波，龚德俊 公路工程图文与资料臀埋系巩 川 艮 喜 2 公0 0 路4,隧24 道(4 三)：雠3

21、 1-模3 5 锕视 化 剃 r 1 o 钟登华，刘奎建，吴康新 公路隧逼二准建偎司“G I S 与开 r n 张耀东 基于 的高速公 路建议 曹埋佰 思”边坡靛眭 r 1 2 唐亦川，许冲，侯恩科，等 基 于 州 阳：，信 息 管 2 2(2)火：2 3 0-23 5 2 0 0 4 2 2(2)：Z-s o-n o 与 报 i F s与公 路 c 加的 集成 r 1 4 朱庆，吴波，钟-三 维 b 司 一 一 0黼0 6,1 9息(4化)施1-工在6 高 速 公 路 中 的 应 用 主 程 墓 姜 i；s 统 D6 3 周翠英，陈恒，刘祚秋，等 重大 上程地：r l 塌 一 典 数 一 一 一 从 示 m 懒 醐 嘶 蛾 一 触 嗍