市政道路工程智能化设计研究

【摘要】城市道路设计中应该积极利用信息化技术和先进的传感器提高交通信息的感知能力，提升道路的智能化水平，在这一基础上改善交通拥堵的情况。除了道路基础结构设计外，智能化设计重点集中在道路上的各种辅助管理设施上。从市政道路工程基础结构和辅助性设施两个层面，文章分别阐述了道路智能化设计的思路，对道路智能化设计系统中的远程监测管理系统、智慧灯杆系统和电子站牌系统作较为详细的论述。

【关键词】市政道路工程；智能化；设计思路

1引言

市政道路工程随着城市的发展，正在朝着信息化、智能化的方向发展，城市中交通拥堵始终是一大难题，最大限度发掘市政道路的通行潜力是市政道路智能化设计的核心目标，在这一基础上还要积极利用道路上的附属设施实现空气质量监测、交通指挥、便民服务等一系列功能，研究市政道路的智能化设计具有深远意义。

2市政道路基础工程智能化设计思路

无论是常规的市政道路工程，还是基于大数据、物联网以及先进传感器的智慧道路，依托于钢筋混凝土、沥青等传统施工材料的基础工程始终是道路的主体结构，因而也成为智能化设计的重点内容，市政道路的基础工程涵盖了道路路基、路面、交叉路口、线路、排水设施、绿化等内容。1）道路基本参数设计道路的基本参数涵盖内容非常广泛，主要包括设计使用年限、设计最大时速、车道数量、载重能力等一系列内容。由于是市政道路，车辆通行非常频繁，并且施工、检修、维护、改造等都要占用城市空间，对交通造成极大的不便。在设计市政道路工程时应该充分考虑这些因素，尽量提高道路的设计使用年限，车道数量要满足城市在当前以及未来的交通需求，尤其是长远的需求，道路工程改造的成本非常高，并且耗时耗力，设计单位应该运用大数据等技术判断城市未来几十年内的人口及交通变化趋势，设计出具备前瞻性的道路工程。在选用施工材料时应该优先考虑工程性能更加优异的新型道路施工材料，借此全面提升市政道路工程的各项基础参数，使其满足城市发展的长期需求[1]。2）交叉路口设计市政道路的交叉路口是车流汇集的地方，也是交通事故的高发地，智能化设计中要提高交叉路口设计的规范性和科学性，在基础参数方面要控制好交叉角度、坡度等。由于交叉路口涉及多个方向的车流，周围的建筑物有可能造成视线上的遮挡，在设计交叉路口时要适当增加建筑物和路口之间的距离，并且要结合交叉角度来设计[2]。3）线路设计充分的交通线路是满足城市交通需求的根本保证，随着中国经济的腾飞，家庭收入不断提升，汽车保有量逐年上涨，城市交通出行的压力进一步提升，在未来，这一情况将长期延续，短期内不会得到改善。城市主城区的道路格局早已形成，无论是线路还是道路的基本参数，提升和优化的空间都较小，而城市的在不断扩张，新建城区和道路呈增长态势。在新建道路的规划中应该总结现有的经验，从密集程度、衔接方式、曲率半径等多个方面加以优化，积极运用现代化、智能化、信息化的设计软件，开展深入的工程模拟，确定最佳参数[3]。4）排水设计根据以往的经验，传统的市政道路大量采用钢筋混凝土结构，周围的辅助性基础设施，如人行道，也是以传统施工材料为主来设计和建造。事实证明，这种道路工程在排水、渗水方面存在很大的缺陷，经常在下雨天出现道路积水，并且短期内无法排除，同时也说明市场排水管道系统在雨水排放能力方面存在较为突出的缺口。在道路工程的智能化设计中，应该积极使用更加先进的排水设计理念和方法，从市政道路的工艺材料、排水方式等多个方面开展设计优化。例如，当前提倡的“海绵城市”就非常符合智能化设计的理念，因为海绵城市要求城市的基础工程尽可能使用透水材料，典型的如透水混凝土、透水沥青，这些材料中存在大量的孔隙，有利于雨水的下渗，并且下渗之后还能和设置在地下的雨污收集设施联通，形成有效的雨水收集。5）绿化设计市政绿化设计具备多方面的功能，绿化设施是市政道路的重要组成部分，除了传统的装饰作用之外，市政道路工程配套的绿化设施还具有改善雨水蓄积功能、防止城市内涝等一系列工程。在这种设计方案的支持下，市政道路可自动化地消除排水难题，减少了人为排水的需求，这是利用科学的基础设计提高市政道路运行效率的典范。

3市政道路附属设施智能化设计思路

3.1基于视频监控的远程监测管理系统

城市中的交通拥堵一直受到诟病，随着城市家庭购车需求的不断上升，私家车保有量逐年升高，进而导致各大城市不得不采取限号出行的管理方案，即便如此，交通拥堵的问题依然非常突出。但同一时段并不是所有的路段都会拥堵。在智慧道路的建设中，提高道路交通指挥能力成为设计重点，为了达到这一目标，应该积极引入信息化技术，提高道路的信息感知能力，视频监控是实现这一功能的重要手段，监控探头可直接观察到某一具体路段的车流情况，并且通过网络通信功能将这些数据传输到交通管理部门的大数据平台，该平台可实时显示出城市道路当前的交通大数据，哪些路段存在拥堵，哪些路段通行压力较小，在数据平台上一目了然，然后便可通过各种通信手段向过往车辆发出拥堵预警，及时提醒其转换通行线路[4]。智慧交通是智慧城市的重要组成部分，而道路的智能化设计是实现智慧交通的大前提，各种先进的传感器是采集道路运行数据的主要手段，除了视频监控之外，还要设计噪声监控，然后将这些数据汇总起来，作为城市交通指挥的依据。实践表明，这些由远程视频监控系统采集到的交通大数据显著提高了城市交通效率，减少了交通拥堵的情况。

3.2智慧灯杆系统

灯杆是市政道路照明设施的组成部分，传统的灯杆仅仅具有照明功能，但是这些灯杆却占据着较大的城市空间，在市政道路的智能化设计中，要充分利用灯杆，将其作为载台，实现管网信息、电力信息以及通信功能的互联互通，智能灯杆将成为市政道路上智能感知终端设备，可深度获取城市中的各种基础数据，提高交通智能化水平。1）通信网络智能灯杆具备数据采集和传输的功能，因而要为其设置专门的通信网络，目前可采用4G或者5G技术实现这一目标，但从传输的容量和速度来看，5G是未来的趋势。2）智慧照明市政道路的照明需求基本上集中在夜间，城市照明系统设计要采用节能环保的基本理念，因而市政道路上的智慧灯杆要实现智慧照明功能，可根据天气的明暗程度自行决定开启或者关闭，并且调节照明时的亮度。3）气象环境监测城市中的空气质量、气象条件等是长期监控的重点内容，并且道路上的机动车辆常年排放尾气，产生了大量的NO2、CO、SO2等，这些尾气都是雾霾的主要成分。市政道路的路灯可作为监测城市空气质量和气象条件的载台，每天采集PM2.5、PM10、臭氧以及二氧化氮等物质的浓度。4）视讯功能智慧灯杆上还可集成广播、一键呼救以及视频对讲等视讯功能，这些辅助设计可提高城市的安全性，为人们提供更多的求助途径，并且充分利用了智慧灯杆的载台作用，作为市政道路工程的重要组成部分，智慧灯杆设计应该受到高度的重视[5]。5）智慧灯杆系统的配套设施智慧灯杆要利用光纤通信、蓄电池、防雷、直流供电及交流配电等多种技术，例如，系统中设计的多种电力技术是为了提高路灯系统的可靠性，防止电力中断造成短暂的功能失效，因而系统中设计了蓄电池。此外，为了提升路口车辆通行效率，需要使用智能交通信号代替传统交通信号灯（见图1）。

3.3电子站牌系统

市政道路上设计有一定数量的车站和站牌，市民出行时要通过站牌查询公交线路，传统的站牌展示的是静态信息，功能性非常单一，但是站牌占据的空间相对较大，没有充分利用起来。在智慧道路的设计中要充分发挥这些辅助配套设施的作用，使其更好地为市民出行服务。智慧公交电子站牌重点集成了PM2.5监测、站点视频监控、车辆状态信息展示、公交线路展示、车辆实时位置显示等一系列功能。这些功能都非常实用，以车辆实时位置信息显示功能为例，传统的公交站牌只能提供公交车辆的线路，但是乘客在等待时根本无法预判车辆当前的位置，也不知道还需要等待多久，是否要更改出行方式。在智慧化道路的设计中，站台的信息感知能力大幅提升，公交车辆上安装有定位终端，可借助卫星定位系统实时掌握其位置信息，然后再由管理后台将车辆的位置信息展示在电子站牌上，让等待的乘客一目了然地掌握车辆当前的位置信息[6]。

3.4车路协同

这一概念伴随着无人驾驶汽车而提出，国内的智慧交通采用车路协同的设计思路，这一点与西方国家强调车辆智能的思路有所区别。在车路协同的设计模式下，车辆和道路都具备一定程度的智能化水平，车辆是移动设施，需要从道路上的各种固定设施获取交通信息。道路作为交通信息采集的主要场地，为车辆出行提供数据方面的保障。当前无人驾驶还处在发展的初期阶段，大规模商用暂时还无法实现，但车路协同始终是未来的主要发展方向。目前市政道路已经形成了初步的智能化，利用视频监控、智慧路灯、电子站牌等综合采集市政道路信息。

4结语

市政道路智能化设计重在提高城市道路的信息感知能力，通过设置在道路上的视频监控系统、智慧路灯、电子站牌采集道路交通信息、城市空气质量信息，并将这些信息返回到管理后台，用于指挥交通，避免道路拥堵问题。

参考文献

[1]赵庆苓，王军，张涛.智慧城市道路照明智能化控制系统设计[J].照明工程学报，2016，27（3）：48-53.

[2]周浩，杜鹏刚.市政道路工程交叉口设计思路和要点分析[J].工程技术(引文版)，2017（1）：149-150.

[3]宋佳宁.市政道路改造工程的设计思路[J].智能城市，2020，6（24）：36-37.

[4]杨明德.智慧城市路径对市政道路提升工程项目管理的指引[J].智能建筑与智慧城市，2021（10）：156-157.

[5]马拉莫，代科.基于人性化和智能化理念的城市道路交通安全设施规划与设计[J].工程技术研究，2020，5（1）：206-207.

[6]郑胜伟.大数据背景下道路工程施工智能化摊铺应用探讨[J].工程建设与设计，2020（4）：265-266.180

作者:李晓光 单位:山东省东营市湿地城市建设推进中心