CN108763775A - 一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法及其系统，将限制因素作为路线设计的重要控制因素，通过细化立体改扩建模式平纵横设计的设计流程，设计人员可以按照既定的设计步骤得到多种平纵横方案，再根据平纵横方案设计原则以及设计规范的相关规定，筛选出多种综合较优的设计方案。该定线方法设计思路清晰，对设计人员设计经验的要求相对较低，设计过程中不会遗漏任何综合较优的设计方案，经多次筛选后得到的方案趋近于工程项目的最佳方案，有利于设计出工程造价较低、拆迁面积小、施工影响小等综合较优的平纵横方案。

Description

一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法及 其系统

技术领域

本发明涉及一种高速公路立体改扩建的路线综合设计方法及其系统，属于公路改扩建的路线设计领域。

背景技术

随着城市经济的发展和城市规模的扩大，原先建设在城市外围的高速公路逐渐成为了城区的一部分。城市化地区高速公路上通行的交通量巨大，而且各类交通混杂，需对高速公路进行改扩建，增加高速公路的车道数。由于平面拓宽形式的占地宽度较大，两侧的拆迁量也较大，所以在改扩建方案确定时可以选择立体改扩建的形式。

立体改扩建形式的定义如下：在现状高速公路两侧的路基上架设桥墩新建高架桥，或在现状高速公路下方新建隧道，新建的高架式高速公路或隧道式高速公路与现状高速公路形成高速公路系统。

立体改扩建模式的路线设计方法与新建高速公路以及平面改扩建形式的路线设计方法存在较大不同。新建高速公路通常是在城市的外围地区，两侧建筑物、电力管线等限制因素较少，线形布设时根据控制点确定路线基本走向，再考察走廊带内的地形地质情况确定具体的路线线位和平纵横线形；采用平面拓宽形式对高速公路进行改扩建时，高速公路的平纵横线形基本保持不变，只需对高速公路的线形进行重新拟合或微调。而城市化地区高速公路两侧的限制因素众多，部分限制因素对高速公路线形布设的影响巨大。相比于新建高速公路，立体改扩建模式路线的基本走向已经确定，需在现状高速公路两侧选择地形地质良好或者用地富余的的位置布设路线；相比于平面改扩建形式，立体改扩建形式的线形布设相对自由，平纵面线形均需设计。

由于立体改扩建模式面临的工程条件与新建高速公路工程以及平面改扩建工程的条件存在较大差别，所以新建高速公路以及平面改扩建形式的路线设计方法都不能完全适用于立体改扩建模式的平纵横设计，目前尚无针对立体改扩建模式平纵横设计的方法。采用传统的新建高速公路的定线方法，一方面容易遗漏部分综合较优的平纵横方案，另一方面由于立体改扩建模式的限制因素较多，平纵横设计较为复杂，部分经验不足的设计人员无法把握好总体的平纵横方案，导致最后设计出的方案与理想方案存在较大的差距。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，解决传统路线设计方法平纵横设计复杂、容易遗漏部分综合较优方案的问题，为城市化地区高速公路立体改扩建模式路线设计提供新的解决思路，本发明将限制因素作为路线设计的重要控制因素，有利于设计出工程造价较低、拆迁面积较小、施工影响小等综合较优的平纵横方案。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，包括以下几个步骤：

步骤1、路段划分，对高速公路沿线的限制因素进行调查、整理、分类，根据限制因素在高速公路沿线的分布情况，将高速公路划分成若干设计路段，一个设计路段的长度为500m~3000m；

步骤2、路段定线，对步骤1中划分好的若干设计路段进行定线，具体定线方法是：

对于不存在限制因素或者仅有少量次要限制因素的设计路段，直接确定其平纵横方案；

对于存在限制因素的设计路段，根据限制因素的等级和分布情况，分析设计路段定线应采用的平纵横定线顺序，再结合平纵横方案设计原则确定出各设计路段的多个平纵横方案，对各设计路段所有的平纵横方案进行检查，得到满足线形指标要求的多个平纵横方案；所述的平纵横方案设计原则参考《公路路线设计规范》JTG D20-2017和《公路工程技术标准》JTG B01-2014；

步骤3、单元组合定线，将步骤2中连续的几个设计路段作为一个设计路段单元，并将所述设计路段单元内各个设计路段的设计方案进行组合，得到每个设计路段单元的多种组合方案，并对每个设计路段单元中各种组合方案进行线形检查，剔除其中平纵面线形指标不能满足规范要求、横断面反复变化的方案，得到几个优选的设计路段单元方案；所述的规范参考《公路路线设计规范》JTG D20-2017和《公路工程技术标准》JTG B01-2014；

步骤4、全线组合定线，将步骤3中得到的几个优选的设计路段单元方案进行组合，得到几种全线平纵横方案；

步骤5、方案筛选，对步骤4中得到的几种全线平纵横方案进行初步检查，删除其中平面线形出现扭曲、纵坡起伏过大或反复起伏、横断面反复变化的全线平纵横方案，再运用线形组合设计的原则对多种全线平纵横方案进行检查，删除其中线形组合不良的全线平纵横方案，得到线形组合优选的几种全线平纵横方案；

所述不良的全线平纵横方案包括：

长直线的末端设置小半径的平曲线；

凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部设置小半径平曲线；

凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部设置反向平曲线拐点；

超高、加宽与道路环境、车辆种类不相符，甚至设置了反超高；

从平、纵、横局部指标看，虽符合规范的要求，但从全局上看，综合技术指标偏低；

步骤6、初步设计，对步骤5中确定的几种全线平纵横方案进行初步设计，对上述几种全线平纵横方案进行线形检查，并通过全线平纵横方案评选指标对各种全线平纵横方案进行对比分析，从中选择综合最优的一种全线平纵横方案；

步骤7、施工图设计，将确定出的综合最优的一种全线平纵横方案作为最终的全线平纵横方案，对该全线平纵横方案进行施工图设计。

所述的限制因素根据其重要性和协调难度分为四级，分别为一级限制因素、二级限制因素、三级限制因素、四级限制因素；其中，一级限制因素为非常重要，无法协调；二级限制因素为重要，难以协调；三级限制因素为较重要，可以协调；四级限制因素为一般重要，容易协调。

所述的路段划分遵循以下原则进行划分：

对于限制因素连续出现的路段，将其确定为一个设计路段；

对于出现一级限制因素的路段，将其确定为一个设计路段；

对于沿线没有限制因素出现或者仅有少量次要限制因素的路段，将其确定为一个设计路段。

步骤2中，所述路段定线的平纵横定线顺序共包括3种，分别是先确定平面再确定纵断面和横断面、先确定纵断面再确定平面和横断面以及先确定横断面再确定平面和纵断面。

步骤3中，所述设计路段单元的确定应遵循以下原则：将几个连续的设计路段作为一个设计路段单元，当几个设计路段所采用的平面形式、纵断面形式、横断面形式相似或相同，将其看做一个设计路段单元。

步骤6中，所述全线平纵横方案评选指标包括：占地面积、工程投资、施工难度、线形平顺度、美观性以及环境影响。

本发明还进一步公开了一种基于限制因素的高速公路立体改扩建综合定线系统，包括：

数据获取模块，用于获取高速公路两侧的地形以及限制因素信息；

数据处理模块，用于将获取到的地形数据、限制因素信息处理成三维图像或三维模型；

平纵横方案设计模块，在三维图像或三维模型的基础上进行平纵横设计；

展示模块，用于展示和检查所述平纵横方案设计模块得到的的平纵横方案；通过三维显示以及漫游技术来检查平纵横方案的平纵横组合设计情况，具体是采用不同的视点高度，检查线形设计与环境的关系，多角度查看桥梁、隧道设置与地形的结合情况；

工程量计算模块，用于计算平纵横方案的填挖方工程量、桥梁隧道工程量、拆迁量。

所述的数据获取模块获取方法包括：全站仪测量、航空摄影测量和无人机倾斜摄影测量。

所述限制因素信息包括高速公路的坐标、高程和纹理信息；对于全站仪测量获取到的坐标、高程信息，将其处理成三维模型；

对于航空摄影测量以及无人机倾斜摄影测量获得的高速公路的坐标、高程、纹理信息，将其处理成三维图像。

所述的平纵横方案设计模块基于BIM平台构建。

通过以上技术方案，相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的一种新的路线设计方法，解决了传统路线设计方法平纵横设计复杂、容易遗漏部分综合较优方案的问题，由于方案组合设计时已经考虑了各类方案，方案筛选过程中也不会遗漏部分综合较优的设计方案，所以最后确定出的方案理论上接近最佳方案，而且在确定最佳方案时综合考虑了占地面积、工程投资、美观性等各类因素，所以该设计方法设计出的方案可以做到经济适用性、环境友好等统一。

相比于传统的设计方法，本方法可以为设计人员节省部分设计时间，尤其是对于部分经验不足的设计人员，该方法适用于城市化地区高速公路立体改扩建模式的平纵横设计。而且本发明将限制因素作为路线设计的重要控制因素，有利于设计出工程造价较低、拆迁面积较小、施工影响小等综合较优的全线平纵横方案。

附图说明

图1是基于限制因素的立体改扩建模式平纵横综合定线方法流程图；

图2是基于限制因素的立体改扩建模式平纵横综合定线系统组成模块图；

图3是采用两侧高架桥进行改扩建的示意图；

图4是采用两侧隧道进行改扩建的示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，新定线方法细化了平纵横线形的设计过程，依据设计流程以及设计原则可以得到理想的设计方案，本发明还提出了立体改扩建模式平纵横设计的原则，为立体改扩建模式的线形设计提供依据和指导。

如图1所示，本发明一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，包括以下步骤：

步骤S1、路段划分，对高速公路沿线的限制因素进行调查、整理、分类，根据限制因素在高速公路沿线的分布情况，将高速公路划分成若干设计路段，一个设计路段的长度为500m~3000m；

步骤S2、路段定线，依次对步骤S1中划分好后的多个设计路段进行定线，对于不存在限制因素或者仅有少量次要限制因素的设计路段，设计时可以直接确定其平纵横方案，而对于存在限制因素的设计路段，根据限制因素的等级和分布情况，分析路段定线应采用的平纵横定线顺序，再结合平纵横方案设计原则确定出各设计路段可能的平纵横方案，对各设计路段所有的可能方案进行检查，删除其中无法满足线形指标要求的设计路段平纵横方案，得到剩余的几个优选的设计路段平纵横方案；

步骤S3、单元组合定线，将步骤S2得到的几个优选的设计路段平纵横方案中连续的几个设计路段作为一个设计路段单元，并将单元内各个设计路段的设计方案组合起来，得到每个设计路段单元可能的组合方案，并对各种组合方案进行线形检查，剔除其中线形明显扭曲、纵坡起伏过大或反复起伏、横断面反复变化的方案；

全线组合定线，将各设计路段单元的方案进行组合，得出多种全线的平纵横方案；

方案筛选，对各种全线平纵横方案进行初步检查，删除其中平面线形出现扭曲、纵坡起伏过大或反复起伏、横断面反复变化的全线方案，再运用线形组合设计的原则对各种全线方案进行检查，删除其中线形组合设计不良的方案；

所述不良的线性组合设计包括：长直线的末端设置小半径的平曲线；

凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部设置小半径平曲线；

凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部设置反向平曲线拐点；

超高、加宽与道路环境、车辆种类不相符，甚至设置了反超高；

从平、纵、横局部指标看，虽符合规范的要求，但从全局上看，综合技术指标偏低。

初步设计，在确定几种线形组合设计较好的方案后，对几种方案进行初步设计，对初步设计的几种方案进行线形检查，选取占地面积、工程投资、施工难度、线形平顺度、美观性以及环境影响等多个指标对各种方案进行对比分析，综合比较各种方案的优缺点，从中选择一种综合最优的方案。

施工图设计，将确定出的综合最优的方案作为最终方案，对该方案进行施工图设计。

作为本发明的进一步优选，所述的综合定线包括三层含义：一是设计时要综合考虑平面线形、纵断面线形以及横断面线形，通过对比分析确定合理的方案；二是单元组合定线时要综合考虑各个设计路段，选择组合较好的单元方案，全线组合定线时要综合考虑各设计路段单元，确定合理的全线方案；三是综合考虑各类限制因素，其中以一级限制因素和二级限制因素为主，条件允许时也将三级限制因素考虑进去。

作为本发明的进一步优选，所述的限制因素需根据其重要性和协调难度进行分级，共分为四级，如下表所示。

限制因素分级	重要性和协调难度	常见类型
			一级限制因素	非常重要，无法协调	高铁、地铁、普通铁路、500KV及以上高压线、高压燃气管线、重要旅游风景区、重要自然保护区等
二级限制因素	重要，难以协调	一级水源保护区、基本农田、高层居民住宅、中压燃气管线、220kV高压线、军用光缆等军事设施、高尔夫球场、已建的高快速路等
			三级限制因素	较重要，可以协调	110kV高压线、规划的高快速路、较高等级的公路和城市道路、大片厂房、民房、学校、医院、河道、临近红线居民区等
四级限制因素	一般重要，容易协调	低等级的公路和城市道路、零星厂房、民房、一般电力电讯线等

作为本发明的进一步优选，所述的路段划分应遵循以下原则：

对于限制因素连续出现的路段，将其确定为一个设计路段；

对于出现一级限制因素的路段，将其确定为一个设计路段；

对于沿线没有限制因素出现或者仅有少量次要限制因素的路段，将其确定为一个设计路段；设计路段的长度一般取500m~3000m。

作为本发明的进一步优选，所述路段定线的平纵横定线顺序共包括3种，分别是先确定平面再确定纵断面和横断面、先确定纵断面再确定平面和横断面、先确定横断面再确定平面和纵断面。

作为本发明的进一步优选，所述设计路段单元的确定应遵循以下原则：将几个连续的设计路段作为一个单元，当几个路段所采用的平面形式、纵断面形式、横断面形式相似或相同，比如连续采用隧道的路段、路线连续布设在单侧的路段、横断面连续采用门架桥的路段等，可以将其看做一个单元，单元的具体长度以及包含的路段数目可以根据实际工程情况来确定。

作为本发明的进一步优选，所述初步设计的检查筛选是对初步设计的几种方案进行线形检查，选取占地面积、工程投资、施工难度、线形平顺度、美观性以及环境影响等多个指标对各种方案进行对比分析，综合比较各种方案的优缺点，从中选择一种综合最优的方案。

作为本发明的进一步优选，所述的平纵横方案设计原则参考《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）和《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）。

具体包括：平面设计原则、纵断面设计原则、横断面设计原则以及平纵横综合设计原则，如下表所示：

设计类型	设计原则
		平面设计	（1）平面线形应直捷、连续、均衡，满足规范中的各项指标要求，与周围环境相协调；（2）平面线形设计应同纵断面、横断面设计相互配合，满足线形组合设计的要求；（3）平面线形的基本走向已经确定，利用现状高速公路两侧的富余用地来布设平面线形，平面线形应尽量贴合在现状高速的两侧，以节省占地；（4）当现状高速公路的一侧严重受限而另一侧限制因素较少时，可将路线布设在限制因素较少的一侧，也就是采用单侧双层桥的形式；（5）当现状高速公路的两侧均有大量限制因素时，可考虑采用绕避或者直接跨越的方式，应对两种方式进行综合比选；（6）对于两侧严重受限的路段，考虑到工程造价等原因而不采用隧道形式时，可考虑采用门架桥的形式，立体高速的中心线与地面高速的中心线基本重合；（7）改扩建工程应减少拆迁，减小对沿线居民生活的影响，降低对相交道路通行的影响，注意保护环境。
纵断面设计	（1）纵面线形应平顺、圆滑、视觉连续，满足规范中的各项线形指标要求，与周围环境相协调；（2）连续设置长、陡纵坡的路段，上坡方向应满足通行能力的要求，下坡方向应考虑行车安全，并结合前后路段各技术指标设置情况，采用运行速度对连续上坡方向的通行能力及下坡方向的行车安全性进行检验；（3）相邻纵坡之代数差小时，应采用大的竖曲线半径；（4）位于积雪冰冻地区的公路，应避免采用陡坡；（5）相较于隧道形式，桥梁形式的工程造价要低很多，所以在限制因素较少的路段应首选桥梁形式；（6）高速公路两侧受限严重的路段，可考虑采用隧道的形式或者门架桥的形式，具体方案应进行综合比较后确定；（7）在满足地面高速净空的条件下，应合理控制桥梁的高度，桥梁高度越大其对应的工程造价通常也会越高，也会在一定程度上限制相交道路远期的发展；（8）城市化程度较高的路段往往对景观性要求也较高，可考虑采用隧道的形式；（9）纵面线形设计时，应考虑减少改扩建工程对两侧建筑物以及桥梁等构造物的拆迁，减小对两侧居民生活的影响，降低工程造价；（10）桥梁段和隧道段的衔接段线形应平顺，纵坡不宜过大，以保证车辆行驶的安全性；
		横断面设计	（1）横断面的各组成部分应满足规范的要求，保证车辆行驶的安全性；（2）横断面形式应结合路线平纵面线形综合确定，在平纵面线形设计阶段就应将横断面的设计考虑进去；（3）当现状地面高速两侧限制因素较少且等级较低时，应首选双侧单层桥断面的形式；（4）在城市化程度高的路段，应考虑各种断面形式的美观性，可选用隧道形式，若采用桥梁形式，应选择美观性较好的桥梁断面和桥梁结构；（5）当高速公路单侧受限严重时，可考虑采用单侧双层桥的形式；（6）整体式门架桥断面适用于高速公路两侧受限严重的路段，但当路段的景观性要求较高时，不宜采用该断面形式。
平纵横综合设计	（1）立体高速的平纵横设计应符合规范中有关线形设计的规定以及线性组合设计的相关要求，线形设计指标必须满足规范的要求，把规范作为设计依据；（2）在平纵横设计前必须经过详细的现场调查，查明现状高速公路用地范围内以及两侧的限制因素分布情况，设计应根据高速公路的实际情况来进行；（3）立体高速平纵横设计时应考虑立体高速的修建对现状地面高速的影响，保证地面高速上的净空、视距等满足规范的要求，把现状地面高速也看作非常重要的限制因素；（4）立体高速的线形布设较为自由，可采取的平纵横方案较多，所以在实际设计时应拟定多种平纵横方案，并进行多方案的对比，选择一种合理的平纵横方案。（5）立体改扩建模式的工程投资较高，平纵横设计时应考虑节约工程造价；（6）平纵横方案设计应考虑减小沿线建筑物以及桥梁等构造物的拆迁量，减小对沿线居民生活的影响，减小对相交道路车辆通行的影响，应注意保护环境；（7）互通段的平纵横设计时，应把立交的改造考虑进来。对于复合式立交以及一般式立交，立体高速的平纵横设计可选择不同的方案。对于枢纽型互通段，可选择桥梁跨越或隧道穿越的方式，并对两种方式进行比较，选择更加合理的方案；对于一般式立交，由于立交层数少、高度低，应采取桥梁跨越的方式。

本发明一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法的使用方法是：

按照“对限制因素进行收集、归类、分级→根据限制因素进行路段划分→路段定线→单元组合定线→全线组合定线→方案的初步筛选→运用线形组合设计原则对方案进行检查筛选→初步设计→选取指标对各类方案进行综合比较→确定最佳方案→施工图设计”的顺序来进行设计，新设计方法涵盖了从方案设计到施工图设计的全过程，当设计人员只需得出初步方案，那么该设计方法只需运行到方案筛选阶段，如果设计人员只需得出初步设计的结果，那么该方法只需运行到最佳设计方案确定阶段，如果设计人员需得出施工图设计的结果，那么该方法需运行到施工图设计阶段。

如图2所示，本发明一种基于限制因素的高速公路立体改扩建综合定线系统，包括以下几个设计模块：

数据获取模块，获取高速公路两侧的地形以及限制因素的坐标、高程、纹理等信息；

数据处理模块，将获取到的地形数据、限制因素信息等处理成三维图像或模型的形式；

设计模块，提供路线的平纵横设计功能；

展示模块，用于方案的展示和平纵横线形检查；通过三维显示以及漫游技术来检查方案的平纵横组合设计情况；采用不同的视点高度，检查线形设计与环境的关系；多角度查看桥梁、隧道设置与地形的结合情况；

工程量计算模块，用于计算填挖方工程量、桥梁隧道工程量、拆迁量。

所述的数据获取模块获取方法包括：传统的测量方法；航空摄影测量；无人机倾斜摄影测量。

所述的数据处理模块对获取到的地形以及限制因素等信息进行处理，对于传统测量方法获取到的坐标信息，将其处理成三维模型的形式，对于航空摄影测量以及无人机倾斜摄影测量获得的坐标、高程、纹理信息，将其处理成三维图像的形式。

所述的设计模块是基于BIM平台构建的，所述的BIM平台包括Autodesk、Revit、Bentley、Catia。

从上述实例可以看出，本发明将限制因素作为路线设计的重要控制因素，有利于设计出工程造价较低、拆迁面积小、施工影响小等综合较优的平纵横方案。本发明减少了经验化的设计过程，通过细化平纵横设计的流程，设计人员按照设计顺序进行设计可以得到多种平纵横方案，再根据设计原则以及设计规范的相关规定，筛选出部分综合较优的设计方案，基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法相比于传统的定线方法具有设计思路清晰、设计过程简单等优点，该设计方法对设计人员的设计经验要求相对较低，设计时不会遗漏部分综合较优的方案，依据设计流程理论上可以得到最佳的设计方案。

本发明借助BIM平台，构建了高速公路立体改扩建综合定线系统的各个组成模块，方便设计人员利用系统直接进行平纵横设计、方案筛选、方案比较、工程量计算等设计工作。本系统采用三维定线的方法，有利于设计出环境协调、线形组合良好、工程量小、工程造价低的平纵横方案。

如图3所示，采用高架桥形式对高速公路进行扩建是在现状高速公路的路基上架设桥墩，改扩建完成后，两侧的高架桥以及现状高速公路均作为高速公路使用。

如图4所示，采用隧道形式对高速公路进行扩建是在现状高速公路的两侧新建隧道，改扩建完成后，两侧的隧道以及现状高速公路均作为高速公路使用。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1、路段划分，对高速公路沿线的限制因素进行调查、整理、分类，根据限制因素在高速公路沿线的分布情况，将高速公路划分成若干设计路段，一个设计路段的长度为500m~3000m；

步骤2、路段定线，对步骤1中划分好的若干设计路段进行定线，具体定线方法是：

对于不存在限制因素或者仅有少量次要限制因素的设计路段，直接确定其平纵横方案；

对于存在限制因素的设计路段，根据限制因素的等级和分布情况，分析设计路段定线应采用的平纵横定线顺序，再结合平纵横方案设计原则确定出各设计路段的多个平纵横方案，对各设计路段所有的平纵横方案进行检查，得到满足线形指标要求的多个平纵横方案；所述的平纵横方案设计原则参考《公路路线设计规范》JTG D20-2017和《公路工程技术标准》JTG B01-2014；

步骤3、单元组合定线，将步骤2中连续的几个设计路段作为一个设计路段单元，并将所述设计路段单元内各个设计路段的设计方案进行组合，得到每个设计路段单元的多种组合方案，并对每个设计路段单元中各种组合方案进行线形检查，剔除其中平纵面线形指标不能满足规范要求、横断面反复变化的方案，得到几个优选的设计路段单元方案；所述的规范参考《公路路线设计规范》JTG D20-2017和《公路工程技术标准》JTG B01-2014；

步骤4、全线组合定线，将步骤3中得到的几个优选的设计路段单元方案进行组合，得到几种全线平纵横方案；

步骤5、方案筛选，对步骤4中得到的几种全线平纵横方案进行初步检查，删除其中平面线形出现扭曲、纵坡起伏过大或反复起伏、横断面反复变化的全线平纵横方案，再运用线形组合设计的原则对多种全线平纵横方案进行检查，删除其中线形组合不良的全线平纵横方案，得到线形组合优选的几种全线平纵横方案；

所述不良的全线平纵横方案包括：

长直线的末端设置小半径的平曲线；

凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部设置小半径平曲线；

凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部设置反向平曲线拐点；

超高、加宽与道路环境、车辆种类不相符，甚至设置了反超高；

从平、纵、横局部指标看，虽符合规范的要求，但从全局上看，综合技术指标偏低；

步骤6、初步设计，对步骤5中确定的几种全线平纵横方案进行初步设计，对上述几种全线平纵横方案进行线形检查，并通过全线平纵横方案评选指标对各种全线平纵横方案进行对比分析，从中选择综合最优的一种全线平纵横方案；

步骤7、施工图设计，将确定出的综合最优的一种全线平纵横方案作为最终的全线平纵横方案，对该全线平纵横方案进行施工图设计。

2.根据权利要求1所述的基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，其特征在于，所述的限制因素根据其重要性和协调难度分为四级，分别为一级限制因素、二级限制因素、三级限制因素、四级限制因素；其中，一级限制因素为非常重要，无法协调；二级限制因素为重要，难以协调；三级限制因素为较重要，可以协调；四级限制因素为一般重要，容易协调。

3.根据权利要求1所述的基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，其特征在于，所述的路段划分遵循以下原则进行划分：

对于限制因素连续出现的路段，将其确定为一个设计路段；

对于出现一级限制因素的路段，将其确定为一个设计路段；

对于沿线没有限制因素出现或者仅有少量次要限制因素的路段，将其确定为一个设计路段。

4.根据权利要求1所述的基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，其特征在于，步骤2中，所述路段定线的平纵横定线顺序共包括3种，分别是先确定平面再确定纵断面和横断面、先确定纵断面再确定平面和横断面以及先确定横断面再确定平面和纵断面。

5.根据权利要求1所述的基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，其特征在于，步骤3中，所述设计路段单元的确定应遵循以下原则：将几个连续的设计路段作为一个设计路段单元，当几个设计路段所采用的平面形式、纵断面形式、横断面形式相似或相同，将其看做一个设计路段单元。

6.根据权利要求1所述的基于限制因素对高速公路进行立体改扩建的定线方法，其特征在于：步骤6中，所述全线平纵横方案评选指标包括：占地面积、工程投资、施工难度、线形平顺度、美观性以及环境影响。

7.一种基于限制因素的高速公路立体改扩建综合定线系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取高速公路两侧的地形以及限制因素信息；

数据处理模块，用于将获取到的地形数据、限制因素信息处理成三维图像或三维模型；

平纵横方案设计模块，在三维图像或三维模型的基础上进行平纵横设计；

展示模块，用于展示和检查所述平纵横方案设计模块得到的的平纵横方案；通过三维显示以及漫游技术来检查平纵横方案的平纵横组合设计情况，具体是采用不同的视点高度，检查线形设计与环境的关系，多角度查看桥梁、隧道设置与地形的结合情况；

工程量计算模块，用于计算平纵横方案的填挖方工程量、桥梁隧道工程量、拆迁量。

8.根据权利要求7所述的基于限制因素的高速公路立体改扩建综合定线系统，其特征在于，所述的数据获取模块获取方法包括：全站仪测量、航空摄影测量和无人机倾斜摄影测量。

9.根据权利要求7所述的基于限制因素的高速公路立体改扩建综合定线系统，其特征在于，所述限制因素信息包括高速公路的坐标、高程和纹理信息；对于全站仪测量获取到的坐标、高程信息，将其处理成三维模型；

对于航空摄影测量以及无人机倾斜摄影测量获得的高速公路的坐标、高程、纹理信息，将其处理成三维图像。

10.根据权利要求7所述的基于限制因素的高速公路立体改扩建综合定线系统，其特征在于，所述的平纵横方案设计模块基于BIM平台构建。