CN116127568A - 考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及市政工程领域，具体是考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法，建立城市高架设计区域倾斜摄影三维实景模型；在三维实景模型下建立城市高架BIM三维模型，选取城市高架周边建筑物密集区域进行城市高架低日照环境影响分析；在“高架空间尺度系数”（D/H）合理未遮挡的区间内对城市高架的高度进行具体设计。本技术首次提出“高架空间尺度系数”k为周边建筑物距离高架投影之间的水平距离（D）与高架桥的高度（H）的比值，并通过多次日照分析，确定满足日照分析的k的合理区间，为该城市高架道路其他密集区段的设计提供数据支撑，提高设计效率，也可以为当地其他类似城市道路设计提供借鉴。

Description

考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法

技术领域

本发明涉及市政工程领域，具体是考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法。

背景技术

城市高架桥是现代城市在有限道路用地内解决拥堵的必然产物，它给城市交通带来畅达的同时，也产生了环境、经济、景观等负面影响并衍生出一定的消极空间。

现有国内外城市高架设计基本是基于CAD平面图资料基础上的二维设计，存在一定的局限性。比如：从当地交管等部门拿到的CAD地形图，往往时间很长，有的甚至几年前的地形图，在已有平面图上进行高架设计，由于城市建构筑物新建改造变化很快，高架周边建筑环境的临时变化很难反应到新的CAD底图上，往往设计出来的城市高架与周边建筑存在冲突及不协调之处，同时，已有二维CAD地形图测量精度偏低，所以有必要进行快速三维地形地貌的精准测量，真实反应现有城市高架设计前的周边环境状况，在三维实景模型上进行城市道路设计会更与周边环境协调。

此外，城市高架的高度会对周边建筑物的日照有影响，特别是对周边城市居民区的生活造成一定困扰，而这些内容在现有二维平面图上的高架设计基本不考虑；现有城市高架在设计前也仅仅对周边环境进行简单评估，目前桥梁设计无法采用建筑的日照分析，给出城市道路距离周边的定量距离及定量设计高度，以减少城市高架设计对周边居民日照的影响。

城市建筑密集，城市高层建筑间会形成局地环流—楼宇风，风速很大，会影响道路行车的安全。由于低空平均风速随高度增大，而且越近地面，增值越明显（距地面10-100米之间相当于距地面100-300米的增值）。且城市中的街道之间和大厦之间，就像大山里的风口，受“狭管效应”作用，顺风的街道或大楼之间的风速将明显增加（如果一座大厦底层设有风道，那么它的出口处的风速可以比背景风速大3倍，一场五六级的大风,经过高层建筑和中间的窄窄街道，可能瞬时风力就会达到10级），所以在城市高架道路设计时要考虑设计“风屏障”来减小风环境对高架道路上行车的安全影响。“风屏障”的高度一般超过3米，保护较高车辆的安全通行。“风屏障”的设置保护了风对行车的安全，但同时也带来了对周边临近高密度居民小区日照的影响，影响了周边居民的正常生活。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提出一种能够基于实时三维模型并且可以考虑对周边日照低环境影响的城市高架道路设计方法，能够将城市高架、道路及“风屏障”的高度等参数综合考虑，协同设计，满足设计的安全性、经济性和适用性。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法，包括

步骤1、收集高架桥及其周边的相关技术资料；

步骤2、通过无人机搭载多目镜头，建立城市高架设计区域倾斜摄影三维实景模型；

步骤3、根据桥梁及道路设计规范，在三维实景模型下建立城市高架BIM三维模型，包括包括高架、道路及“风屏障”部件，满足城市道路平面选线，确定平面需要，并进行纵横断面设计分析；

步骤4：选取城市高架周边建筑物密集区域进行城市高架低日照环境影响分析；

步骤4.1、将此段的三维城市高架模型模拟成立方体的建筑体量；即将T字形桥梁模拟成立方体，立方体高度H=桥梁高度H1+风屏障高度H2，立方体宽度为桥梁幅宽；

步骤4.2、从三维实景模型上提取周边建筑物尺寸及距离信息，将此段的周边建筑物也模拟成立方体的建筑体量；

步骤4.3、输入设计区域的地点（自动计算出所在地经纬度）、日照时间参数等相关技术和系统参数；

步骤4.4、通过建筑日照分析软件进行日照分析，按照《城市居住区规划设计规范》判断三维城市高架体量模型的高度和间距是否对周边建筑体量有影响，是否满足各项指标要求；

步骤4.5、日照结果分析中，如果“日照条件”线没有遮挡任何建筑，则说明此设计满足日照要求；

步骤4.6、如果“日照条件”线有遮挡，则不满足设计要求，重新调整城市高架模型体量的高度H、宽度B和距离周边建筑物的间距D；重新进行日照分析，直至满足要求即可；

步骤4.7、定义“高架空间尺度系数”k为周边建筑物距离高架投影之间的水平距离（D）与高架桥体量的高度（H）的比值，通过第5）、6）步日照软件的模拟，可以进行统计计算，对于每一次日照结果都可以通过在倾斜摄影三维实景模型中测量出高架模型体量的实际高度（H）及距建筑物的水平距离（D），计算出“高架空间尺度系数”（D/H）值k；获得未对周边建筑物遮挡的合理系数区间包括k=0.7~2.0，为该城市高架道路其他密集区段的设计提供数据支撑，提高设计效率；

步骤5、在“高架空间尺度系数”（D/H）合理未遮挡的区间内，高架距建筑物的水平距离D可以远一点，H高一点；D也可以近一点，但是高架体量高度H要低一点；有多种组合都可以满足，所以在城市高架模型建筑体量空间内，可以对城市高架的高度，含风屏障高度和幅宽进行具体设计：

步骤5.1、与该密集区域前后不同区段的城市高架设计参数，桥梁主体设计高度H1、宽度、角度的参数协调，满足城市高架设计安全要求；

步骤5.2、在保证安全的基础上，进一步确定高架的设计高度、宽度、角度的参数；

步骤5.3、根据城市高架道路高度及距离建筑物的距离，计算“风屏障”的适宜高度H2；

步骤5.4、通过H1+H2得到H值，判断高架空间尺度系数是否在第五步骤合理区间内；如果不在此区间，将重复进行本步骤第1）项的计算，直到满足为止；对此区段的城市高架方案进行重复计算时要考虑经济性比选，选在性价比最优的方案，满足城市高架道路设计经济、适用的要求；

步骤6、根据此建筑物密集区段新的桥梁道路设计方案，再次进行纵横断面的设计调整；

步骤7、在平、纵、横断面设计完成后，同时开展桥涵、挡墙、路基结构设计、排水设计；

步骤8、从三维设计模型中导出平面图、纵断面图、路基横断面图，以及从系统中计算导出土石方数量表、排水表、设计说明书等，完成城市高架道路的设计。

本技术内容与传统的二维城市道路设计方法相比，有以下优点：

1、本技术基于倾斜摄影的三维实景模型，能够在现有真实的三维环境下进行城市高架道路设计，避免了长期在二维CAD地形图上设计时由于二维图纸历史时代久远对周边建筑环境现状描述不清、精度不高造成的城市高架设计错误的影响；

2、本技术创新性的将建筑日照分析方法应用到城市高架道路设计中，可以有效解决城市高架道路设计对周边建筑物特别是居民日照环境的影响，用此方法设计的城市高架道路与周边环境更协调；

3、本技术将城市密集区段的三维城市高架模型模拟成立方体的建筑体量，同时考虑了城市高架高度H1及风屏障的高度H2。当建筑体量的高度H、宽度B及与周边建筑的间距D满足要求后，再进行城市高架道路细化设计（包括各种参数如设计高度、宽度、角度的具体分析），由大尺度到小尺度，更加适用。且最终方案的选择尽管有高度、宽度的各种组合，通过迭代分析充分考虑了城市高架高度H1以及风屏障的高度H2对整体设计高度的影响。此外，考虑了与其他非密集区段的协调和安全，还考虑了设计的经济性，应用此方法设计的城市高架道路更安全、更经济；

4、本技术首次提出“高架空间尺度系数”k为周边建筑物距离高架投影之间的水平距离（D）与高架桥的高度（H）的比值，并通过多次日照分析，确定满足日照分析的k的合理区间，为该城市高架道路其他密集区段的设计提供数据支撑，提高设计效率，也可以为当地其他类似城市道路设计提供借鉴。

附图说明

图1为本方法中步骤5的参数关系示意图一。

图2为本方法中步骤5的参数关系示意图二。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

一种考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法，包括

步骤1、收集高架桥及其周边的相关技术资料；

步骤2、通过无人机搭载多目镜头，建立城市高架设计区域倾斜摄影三维实景模型；

步骤3、根据桥梁及道路设计规范，在三维实景模型下建立城市高架BIM三维模型，包括包括高架、道路及“风屏障”部件，满足城市道路平面选线，确定平面需要，并进行纵横断面设计分析；

步骤4：选取城市高架周边建筑物密集区域进行城市高架低日照环境影响分析；

步骤4.1、将此段的三维城市高架模型模拟成立方体的建筑体量；即将T字形桥梁模拟成立方体，立方体高度H=桥梁高度H1+风屏障高度H2，立方体宽度为桥梁幅宽；

步骤4.2、从三维实景模型上提取周边建筑物尺寸及距离信息，将此段的周边建筑物也模拟成立方体的建筑体量；

步骤4.3、输入设计区域的地点（自动计算出所在地经纬度）、日照时间参数等相关技术和系统参数；

步骤4.4、通过建筑日照分析软件进行日照分析，按照《城市居住区规划设计规范》判断三维城市高架体量模型的高度和间距是否对周边建筑体量有影响，是否满足各项指标要求；

步骤4.5、日照结果分析中，如果“日照条件”线没有遮挡任何建筑，则说明此设计满足日照要求；

步骤4.6、如果“日照条件”线有遮挡，则不满足设计要求，重新调整城市高架模型体量的高度H、宽度B和距离周边建筑物的间距D；重新进行日照分析，直至满足要求即可；

步骤4.7、定义“高架空间尺度系数”k为周边建筑物距离高架投影之间的水平距离（D）与高架桥体量的高度（H）的比值，通过第5）、6）步日照软件的模拟，可以进行统计计算，对于每一次日照结果都可以通过在倾斜摄影三维实景模型中测量出高架模型体量的实际高度（H）及距建筑物的水平距离（D），计算出“高架空间尺度系数”（D/H）值k；获得未对周边建筑物遮挡的合理系数区间包括k=0.7~2.0，为该城市高架道路其他密集区段的设计提供数据支撑，提高设计效率；

步骤5、如图1、图2，在“高架空间尺度系数”（D/H）合理未遮挡的区间内，高架距建筑物的水平距离D可以远一点，H高一点；D也可以近一点，但是高架体量高度H要低一点；有多种组合都可以满足，所以在城市高架模型建筑体量空间内，可以对城市高架的高度，含风屏障高度和幅宽进行具体设计：

步骤5.1、与该密集区域前后不同区段的城市高架设计参数，桥梁主体设计高度H1、宽度、角度的参数协调，满足城市高架设计安全要求；

步骤5.2、在保证安全的基础上，进一步确定高架的设计高度、宽度、角度的参数；

步骤5.3、根据城市高架道路高度及距离建筑物的距离，计算“风屏障”的适宜高度H2；

步骤5.4、通过H1+H2得到H值，判断高架空间尺度系数是否在第五步骤合理区间内；如果不在此区间，将重复进行本步骤第1）项的计算，直到满足为止；对此区段的城市高架方案进行重复计算时要考虑经济性比选，选在性价比最优的方案，满足城市高架道路设计经济、适用的要求；

步骤6、根据此建筑物密集区段新的桥梁道路设计方案，再次进行纵横断面的设计调整；

步骤7、在平、纵、横断面设计完成后，同时开展桥涵、挡墙、路基结构设计、排水设计；

步骤8、从三维设计模型中导出平面图、纵断面图、路基横断面图，以及从系统中计算导出土石方数量表、排水表、设计说明书等，完成城市高架道路的设计。

本技术内容与传统的二维城市道路设计方法相比，有以下优点：

1、本技术基于倾斜摄影的三维实景模型，能够在现有真实的三维环境下进行城市高架道路设计，避免了长期在二维CAD地形图上设计时由于二维图纸历史时代久远对周边建筑环境现状描述不清、精度不高造成的城市高架设计错误的影响；

2、本技术创新性的将建筑日照分析方法应用到城市高架道路设计中，可以有效解决城市高架道路设计对周边建筑物特别是居民日照环境的影响，用此方法设计的城市高架道路与周边环境更协调；

3、本技术将城市密集区段的三维城市高架模型模拟成立方体的建筑体量，同时考虑了城市高架高度H1及风屏障的高度H2。当建筑体量的高度H、宽度B及与周边建筑的间距D满足要求后，再进行城市高架道路细化设计（包括各种参数如设计高度、宽度、角度的具体分析），由大尺度到小尺度，更加适用。且最终方案的选择尽管有高度、宽度的各种组合，通过迭代分析充分考虑了城市高架高度H1以及风屏障的高度H2对整体设计高度的影响。此外，考虑了与其他非密集区段的协调和安全，还考虑了设计的经济性，应用此方法设计的城市高架道路更安全、更经济；

4、本技术首次提出“高架空间尺度系数”k为周边建筑物距离高架投影之间的水平距离（D）与高架桥的高度（H）的比值，并通过多次日照分析，确定满足日照分析的k的合理区间，为该城市高架道路其他密集区段的设计提供数据支撑，提高设计效率，也可以为当地其他类似城市道路设计提供借鉴。

Claims (1)

1.一种考虑周边日照低环境影响的城市高架道路三维设计方法，其特征是：

步骤1、收集高架桥及其周边的相关技术资料；

步骤2、通过无人机搭载多目镜头，建立城市高架设计区域倾斜摄影三维实景模型；

步骤3、根据桥梁及道路设计规范，在三维实景模型下建立城市高架BIM三维模型，包括包括高架、道路及“风屏障”部件，满足城市道路平面选线，确定平面需要，并进行纵横断面设计分析；

步骤4：选取城市高架周边建筑物密集区域进行城市高架低日照环境影响分析；

步骤4.1、将此段的三维城市高架模型模拟成立方体的建筑体量；即将T字形桥梁模拟成立方体，立方体高度H=桥梁高度H1+风屏障高度H2，立方体宽度为桥梁幅宽；

步骤4.2、从三维实景模型上提取周边建筑物尺寸及距离信息，将此段的周边建筑物也模拟成立方体的建筑体量；

步骤4.3、输入设计区域的地点（自动计算出所在地经纬度）、日照时间参数等相关技术和系统参数；

步骤4.4、通过建筑日照分析软件进行日照分析，按照《城市居住区规划设计规范》判断三维城市高架体量模型的高度和间距是否对周边建筑体量有影响，是否满足各项指标要求；

步骤4.5、日照结果分析中，如果“日照条件”线没有遮挡任何建筑，则说明此设计满足日照要求；

步骤4.6、如果“日照条件”线有遮挡，则不满足设计要求，重新调整城市高架模型体量的高度H、宽度B和距离周边建筑物的间距D；重新进行日照分析，直至满足要求即可；

步骤4.7、定义“高架空间尺度系数”k为周边建筑物距离高架投影之间的水平距离（D）与高架桥体量的高度（H）的比值，通过第5）、6）步日照软件的模拟，可以进行统计计算，对于每一次日照结果都可以通过在倾斜摄影三维实景模型中测量出高架模型体量的实际高度（H）及距建筑物的水平距离（D），计算出“高架空间尺度系数”（D/H）值k；获得未对周边建筑物遮挡的合理系数区间包括k=0.7~2.0，为该城市高架道路其他密集区段的设计提供数据支撑，提高设计效率；

步骤5、在“高架空间尺度系数”（D/H）合理未遮挡的区间内，高架距建筑物的水平距离D可以远一点，H高一点；D也可以近一点，但是高架体量高度H要低一点；有多种组合都可以满足，所以在城市高架模型建筑体量空间内，可以对城市高架的高度，含风屏障高度和幅宽进行具体设计：

步骤5.1、与该密集区域前后不同区段的城市高架设计参数，桥梁主体设计高度H1、宽度、角度的参数协调，满足城市高架设计安全要求；

步骤5.2、在保证安全的基础上，进一步确定高架的设计高度、宽度、角度的参数；

步骤5.3、根据城市高架道路高度及距离建筑物的距离，计算“风屏障”的适宜高度H2；

步骤5.4、通过H1+H2得到H值，判断高架空间尺度系数是否在第五步骤合理区间内；如果不在此区间，将重复进行本步骤第1）项的计算，直到满足为止；对此区段的城市高架方案进行重复计算时要考虑经济性比选，选在性价比最优的方案，满足城市高架道路设计经济、适用的要求；

步骤6、根据此建筑物密集区段新的桥梁道路设计方案，再次进行纵横断面的设计调整；

步骤7、在平、纵、横断面设计完成后，同时开展桥涵、挡墙、路基结构设计、排水设计；

步骤8、从三维设计模型中导出平面图、纵断面图、路基横断面图，以及从系统中计算导出土石方数量表、排水表、设计说明书等，完成城市高架道路的设计。

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