平面交叉口竖向设计常用方法比较分析

平面交叉口竖向设计常用方法比较分析
摘要：竖向设计是道路平面交叉口设计的重要内容，目前常用的设计方法主要有方格网法、设计等高线法、Coons曲面法、圆心法、等分法，由于平交口的多样性及其设计的复杂性，以上几种方法都有各自的优势及局限性。

本文对常用的几种设计方法的计算原理、设计结果进行分析比较，宜于针对不同的情况采用不同的设计方法，对于提高工程设计的效率和质量及行车的舒适性都极具意义。

关键词：平面交叉口；竖向设计；方格网法；设计等高线法；Coons曲面法；圆心法；等分法
0 引言
道路平面交叉口竖向设计的任务是确定与周边道路及建筑地坪标高相协调的平顺设计表面，并满足行车舒适、排水通畅、工程量小、美观等要求，其主要内容是计算竖向设计高程。

由于平面交叉口竖向设计具有多种复杂的设计形式，加之计算机辅助设计技术的快速发展及广泛应用，也随之产生了多种设计方法，其中目前常用的设计方法主要有以下几种，方格网法、设计等高线法、Coons曲线法、圆心法、等分法。

对各种设计方法进行比较分析，明确各种方法的计算原理及适用特点、优势及局限性，进而针对不同的工程项目情况选用适当的设计方法可以有效的提高道路交叉口设计表面平顺程度和行车舒适程度，并有效的减轻设计人员的劳动强度及提高设计工作效率。

1 方格网法与设计等高线法
1.1方格网法
如图1所示，已知交叉口中心点A及其设计高程HA，相交道路半幅宽w1、w2，道路中线(路脊线)的纵坡坡度iv1、iv2，横向路拱坡度it1、it2，路缘石曲线半径R、曲线起终点(切点)D、E；分别过点D、E作路脊线的垂线DB、EC，其中点B、C为垂足；延长BD及CE交于点O，当路缘石曲线为圆曲线时，该点为圆心；根据路脊线纵坡可计算出点B、C的设计高程HB、HC，再通过路拱横坡可得到点D、E的设计高程HD、HE。

方格网法以路脊线及与之垂直的横断面线为高程计算线(如图1所示)。

计算网格点N的设计高程时，先过点N作与其距离最近的路脊线的垂线NQ(点Q为垂足)，根据路脊线坡度计算点Q的高程，再由路拱横坡即可得到点N的高程[1,2]。

路缘石曲线与网格线交点(图1中点F、G)的高程，可依据邻近格点插值计算得到。

由此可见，当网格点与两侧路脊线的距离相等时，采用方格网法将可能得到两个不同的高程值；由于高程计算线严格与道路中心线垂直，故不能考虑右转车道的行车舒适性，在交叉口中心附近区域直行车道及右转车道表面均不能平顺过渡，该方法只适合于普通的小型交叉口；但方格网法便于设计、计算和施工，其
采用离散网格描述交叉口竖向表面的方法具有十分重要的应用价值。

1.2设计等高线法
设计等高线法[3]的设计方法是在交叉口的设计范围内，选定路脊线或其他少量高程计算线，算出路脊线和标高计算线上各点的设计标高，然后根据经验直接勾画出设计等高线，并算出各点的施工高度。

设计等高线法的优点是可以清晰直观的反映出交叉口的设计地形，且能使设计、检验与调整一步完成，其直观、形象的设计效果非常明显。

然而设计等高线法也有明显的缺点，首先设计等高线法需要具有相当的设计经验，在设计经验不足时反而有事倍功半的效果；其次是在设计等高线法绘制出设计等高线后，设计等高线上的各点标高位置不易放样；再次设计等高线法凭经验绘制设计等高线，不利于使用计算机程序进行设计，需要花费大量的时间进行人工修改和调整。

2 Coons曲面法
用计算机处理平面交叉口的另一种方法是用Coons曲面表达设计面，然后建立计算机模型，再进行交叉口立面设计[4,5]。

用Coons曲面模型表达设计面进行交叉口立面设计，关键是Coons曲面片的正确划分。

首先建立局部坐标系(方格网形式)。

图2Coons曲面片基本形式
Fig.2 Basic Form of Coons Surface
图3交叉口Coons曲面片划分图
Fig.3 Partition of Coons Surface at Intersection
按图2所示的Coons曲面片的基本形式，将交叉口划分成如图3所示的Coons
曲面片形式[6]。

图中，在交叉口范围内向四面延伸作为交叉口的设计范围。

整个交叉口共划分成16个Coons曲面片, 其中Coons曲面片③～⑩均包含了圆弧，Coons法可对圆弧进行精确处理。

曲面片划分完后，用链表将各Coons曲面片连接起来，建立曲面模型，依次计算各格网点高程和特征点高程，最后画出设计等高线图，可供图形状态下检查、修改。

如不满意可调整特征点高程，则相对于修改Coons曲面片特征角点高程，此时模型数据更新，重新计算，内插，绘制等高线，再检查……
由Coons曲面法的设计方法可知：Coons法的优点在于所需的高程计算线数量少，且每一个Coons曲面内，曲面光滑，由此设计表面也光滑平顺。

Coons曲面法的问题在于高程计算线与常规方法相同，只是将交叉口划分为较小的多边形区域，在多边形区域内问题得到较好的解决，但在各多边形区域之间的衔接处以及交叉口的边界线上，仍存在高程函数曲线斜率不连续，设计表面存在折线等问题。

3 圆心法与等分法
3.1圆心法
如图4所示，在路脊线上取距离相等的若干点，分别与圆心O相连，即得到一系列的高程计算线。

路脊线上各点的高程依据路脊线的纵坡计算；为得到圆心O处的设计高程HO，先分别通过BD、CE内插得到O点处的设计高程HOD、HOE，可取二者的平均值作为所有计算线端点O处的设计高程[7,8]，即HO=(HOD+HOE)/2。

高程计算线两端点的高程确定后，其间任意点的高程可采用插值方法计算得到。

由此可见，考虑到行车的舒适性，圆心法的高程计算线与右转车道处处垂直，弯道高程变化平顺。

但圆心法却无法确保高程设计线与直行车道的垂直，且在交叉口中心附近表面总是存在折线的现象；其计算方法易于通过计算机辅助设计技术来实现，但其计算结果不易于直接用于设计图纸的绘制，其计算线也不便于施工放样。

图4圆心法
Fig.4 Circle Center Method
图5等分法
Fig.5 Equally Divide Method
3.2等分法
等分法计算原理与圆心法类似，区别在于等分法高程计算线的端点位置不在圆心处，而是均匀分布在路缘石曲线上(如图5所示)。

高程计算线在路缘石曲线处任意端点的高程HEi采用式(1)计算确定，其中和为对应的路缘石曲线长度。

(1)
等分法与圆心法相比，其高程计算线既近似的与右转车道垂直，也基本趋向于与直行车道垂直，因此兼顾了两种车道的行车舒适性，比圆心法更加合理，另外，等分法更适合于路缘石曲线设置有缓和曲线的情况，因此对于较为复杂的异型路口的支持更为理想。

同时，等分法也具有易于通过计算机辅助设计技术来实现的优点。

但同样也存在在交叉口中心区域表面不平顺；其计算结果难于直接用于设计图纸的绘制，其计算线也不便于施工放样的缺陷。

4 结论
（1）圆心法、等分法具有设计面较为平顺、行车舒适性更高、易于计算机辅助设计的优点，且等分法对异型路口的设计结果更优。

目前大多数道路设计软件均采用这两种设计方法或在其基础上进行优化（例如：纬地采用等分法，DICAD采用圆心法）。

（三）导师制的作用
大众化教育背景下本科生导师制的实施是否有必要？调查结果显示，在被调查的我院04、05级93人中，有79%的学生认为实行本科生导师制对于本科生培养教育具有重要的意义，82%的教师认为有利于因材施教和学生的个性发展；有利于教学与科研相结合；有利于充分发挥教师教书育人的主体作用；有利于密切师生关系，增进师生友谊。

可见，绝大多数师生对大众化教育背景下实施本科生导师制的认识具有高度的一致性。

（四）结论
通过调查和比较分析，我院本科生导师制在实行过程中仍存在不少有待解决的问题，归纳为以下几点：一是本科生导师制形式化程度较浓厚，活动方式比较单一，师生比例不协调，师生间沟通交流较少，本科生导师制难于真正发挥作用。

二是导师制指导内容不够规范。

导师对自身职责和工作目标不够明确，部分导师难于做到尽职尽责。

三是导师制考评机制缺乏科学性，且与之配套的制度不健全
和不完善，这在很大程度上影响了本科生导师制的实施效果及导师的工作积极性。

三、完善本科生导师制的对策和建议
（一）结合实际，加强针对性指导
指导方式应结合我院师资条件、教学科研状况、学生素质、班主任和辅导员制度等实际，选择不同类型。

目前，本科生导师制基本上分为综合导师制、年级导师制、英才导师制等不同类型。

由于我院班主任和辅导员制度的存在，与综合导师制必然产生职能上的重复，难于协调两种制度的职能，加之生师比问题突出，因而不适宜采用。

而英才导师制由于其覆盖面过小，闲置和浪费了导师资源，因而也不适宜采用。

相对而言，年级导师制由于主要是针对低年级学生的大学生活适应、学习方法、专业发展和职业规划的指导，可以有效地克服供需不平衡的问题，加之高年级的学生已经具备了较强的独立自主能力，就不再需要配备导师了，因而比较适宜。

同时，为求得导师制的良好效果，应加强指导的针对性和多样性，如利用电话相互联系或网上交流、导师经常下寝室、学生经常登门请教等加强学生与导师间的交流与了解，为导师制的顺利实施奠定基础；导师应根据学生的专业特长、学习兴趣和个性特征，制订并实施具体计划，通过导师论坛、专题讲座、谈心交流、学业辅导等形式，采取集中和个别相结合的方式，开展经常性的、有针对性的教育活动；此外，在指导要求上，既要倡导导师找学生，也要要求学生主动找导师，发挥两方面的积极性，形成良性互动，以增强指导实效。

（二）强化导师队伍，明确导师职责
在进行导师筛选的过程中，挑选专业业务好、政治素质高、责任心强的老师担当本科生的导师是本科生导师制在实施过程中的一个重要环节。

近几年，随着我校扩大招生，学生数量急剧增加，但与此相对应的师资队伍建设却严重滞后，最突出的问题就是本科生导师的数量不能适应本科生导师制发展的要求。

为此，我们认为一方面应严格控制学生规模，加强师资队伍建设，提高教师工资福利待遇，以稳定导师队伍，激发导师工作的积极性；另一方面可适当招收部分在读研究生来充实导师队伍，使师生比保持在理想状态。

此外，应明确导师职责，这既是加强导师工作管理的必要手段。

也是衡量和考评导师工作的客观依据。

具体而言，本科生导师的职责大概分为以下几项：一是根据人才培养目标和专业培养计划，对学生的专业学习、选课过程给予指导。

二是定期组织学习讨论，让学生参与科学研究，培养学生理论联系实际的能力和创新思维能力，引导学生了解学科前沿情况，对学生的发展方向提出建议。

三是及时了解学生的思想动态，对学生进行思想品德教育，让学生树立正确的人生观和价值观，促进学生个性健康、充分地发展。

（三）加强制度建设，完善考评体系
一是学院应建立导师培训制度，提供有关信息，使导师懂得如何去导。

如为保证导师能有效地指导学生选课，教学管理部门可利用课余时间让导师集中学习学分制的有关管理规定，使导师了解学分制的管理模式、选课过程的操作；学院和各系可组织导师学习，使其了解本专业培养计划，熟悉公共基础课、专业基础课和专业课与选修课等课程的安排情况；学院可为导师提供所指导学生的有关信息，如学习、奖惩、家庭情况，以便于导师因材施教；学工部门应向导师发布毕业生就业行情及市场信息，以方便导师为学生就业出谋划策。

二是完善导师岗位目标责任制和具体考评办法，对导师在任期内的德、能、勤、绩定期进行考核并记入档案，对导师的考核要充分听取学生的意见，要把考核结果与教师年度考核、专业技术职称、职务晋升、岗位聘任和奖酬金结合起来。

学校可设立本科生导师奖励基金，对工作突出的优秀导师进行表彰奖励，对不认真履行导师职责、考核不合格的导师加强教育管理，甚至取消其导师资格。

三是建立健全监督体制，采取灵活多样的监督方式，如在学工或教科办设立意见箱，向广大学生做定期导师成果调查，接受学生提出的建议和批评；加强监督网络，拓宽监督渠道，保障言路畅通等。

［参考文献］
［1］李达轩，曾凡东.本科生导师制的探索与实践［N］.光明日报，2003-06-06.
［2］周萍，樊如放.我国本科生导师制实行过程中存在的问题及对策［J］.教学研究，2002（4）.。