城市道路智能限高架设计研究

【摘要】限高架作为一种可以缓解交通拥堵、节约城市控制和体现城市现代化建设的交通基础设施逐渐走进大众视野。文章阐述了智能限高架的设计目的，进而结合实际案例详细探讨了城市道路智能限高架的设计思路。

【关键词】城市道路；限高架；智能限高架

1引言

城市道路作为城市化建设进程的重要标志，在经济社会持续发展的利好背景下，其建设情况变得愈加复杂。同时，因其受到城市定向发展的局限，整体的交通结构也发生了不同程度的变化。在这样的背景之下，智能限高架的应用既可提升城市道路车辆通行效率，又可降低车辆在行驶过程中安全风险，深受社会各界人士广泛关注[1-2]。

2限高架智能限高架设计目的

为了加强对城市道路的保护与车辆的运行安全，各个城市地区交通管理部门在相应的路段设置了限高架，其目的是限制重载车辆和超高车辆通过，起到保护城市道路和其他司乘人员安全的作用。但由于传统限高架设计形式过于简单，导致车辆与限高架碰撞事故时有发生，给车辆、限高架以及人员的人身安全造成了较大威胁。此外，传统限高架以固定式铁质龙门架为主，不具备应急处置能力，如果发生交通安全事故将会阻塞交通，并且当消防车、救护车或者救援车到达现场时会被限高架拦截，不利于尽快实施救援，甚至会加重人员生命和财产的损失。文章结合实际案例，通过比较各城市地区限高架的设置和运行情况，设计出一款可以减少和降低此类交通事故的智能限高架交通基础设施，对保证车辆安全和交通秩序有重要的现实意义。

3案例概况

M市城区因道路网建设不够完善，市区内缺少高效、快速的车辆通行系统，为满足该市经济发展的实际需求，经当地政府部门研究决定，该市启动了城市道路改造工程项目。该城市道路位于K5+231.6m处，与幸福路交叉，为保证车辆的快速通过，拟在交叉方向设置直线上跨，于幸福路上设置智能高架桥一座，桥面宽21m，按双向四车道设计。

4城市道路限高架智能限高架设计思路

4.1智能限高架整体设计思路

智能限高架指的是通过利用智能化技术，借助主控操控系统对限高架实行远程操控，智能限高架中的保护装置、传感器与系统模块的连接可以实时检测限高架的物理状态，当限高架的外力超过一定范围时，传感器会自动将外力信息回传给操控系统，触动内部报警装置，给工作人员提供辅助信息，保证限高架正常运行。智能限高架主要由前端设备、后台系统以及前台系统这三部分组成，整体设计建立在交通内部网络架构来实现和运行。其中，前端设备指的是施工现场所运用到的各类设备，比如摄像机传感设施设备、显示屏、工控机设施设备等，前端应用设备主要起到信息数据采集和保护作用；后台系统指的是各类服务器，与前端设备之间起着重要的过渡作用，并保证所有的信息数据按照统一的标准规定传输；前台系统主要是信息查询，用来核定传感器中搜集到的数据，进而分配，使智能限高架触动响应机制，确保后续工作顺利进行。智能限高架工作环境见表1。数据信息在智能限高架系统中的应用主要通过数据源层、数据存储层和服务接口层提升信息数据的整体质量。1）数据源层数据源层实时测定智能限高架系统中传输的信息数据，如设备碰撞实时测定、高清接入实时测定等。2）数据存储层数据存储层对智能限高架系统中传输的信息数据起到分类与存储的作用，比如分为图片与视频信息、碰撞参数信息以及车牌信息，通过数据存储层减少数据信息使用和共享过程中存在的冗余问题。3）服务接口层服务接口层主要发挥响应的功能和作用，或当其为指令传输的载体，确保所有信息数据操作的精准性和有效性，并为相关人员提供信息查询的功能。

4.2上部结构设计思路

智能限高架上部结构设计不仅需要符合审美标准，还要保证桥梁结构的安全性与稳定性。1）主桥上部结构设计本项目主桥上部结构使用斜腹板方式设计，外悬臂长3.68m，跨中梁高2.5m，中间通过二次抛物线完成过渡，跨中腹板厚度从40cm渐变至端部120cm；跨中顶板厚度从20cm渐变至55cm；跨中底板厚度从35cm渐变至60cm。2）主桥上部结构计算主桥上部结构为预应力混凝土现浇梁，桥面宽21m，整座桥设计为单箱双室截面，跨中梁高2.6m，支点处梁高3.2m。3）承载能力状态验算依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第5条第1款：智能限高架在保证结构稳定和安全的前提下不得大于构件承载力设计值。4）持久状况状态验算依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第6条第1款规定，智能限高架汽车荷载效应可以不计冲击系数。

4.3技术架构设计思路

4.3.1伺服控制系统设计伺服系统指的是前端设备、后台系统以及前台系统的联动模块，承接设备为马达和减速机装置，内部控制模块是精密型的PLC（可编程逻辑控制器）组件。假如整个智能限高架的外部荷载为150kg，基于机械设备实际运行情况，安全系数应超过1.8。4.3.2减速箱设计思路减速箱设计有手动操控与自动操控，后者以智能限高架运行系统为基准，确保伺服系统及时响应终端设备的各项操作。由于智能限高架内部机械设备具有自锁控制功能，可通过感应外部环境温度完成对应的运行情况。手动操控属于备份设备，当整个智能限高架因客观原因不能正常工作时，可以使用手动操控设备，实现对智能限高架的控制，保证整个智能限高架系统正常运行。此外，对智能限高架运行设备的荷载能力进行考量，还需根据工作特性精准分析其中产生的信息，合理设计系统的静态和动态工作模式，利用模拟软件核定数据信息的生成模式，模拟各种工序、验证受力情况，得出智能限高架可以承受的最大极限值，并跟实际工作环境下的信息相对比，如一致说明该设计思路具备可行性，可以应用在实际工作环境中，确保各项工作顺利开展。4.3.3升降装置设计思路升降装置指的是限高架智能限高架的外部运行装置，不仅发挥着重要的限高警示作用，还能帮助和引导车辆根据自身的高度选择道路，当升降装置横杆受到外力作用时，外部传感器可及时触动报警系统。在本项目升降装置设计中，升降横杆材料的选择应使用密度低的铝管，以降低摩擦力。另外，在横杆的尾部设置胶轮，以此保证自动化机械对横杆的准确控制。由于考虑到横杆需要设置在外部环境中，在具体的设计环节中其外观必须具备一定的警示作用，比如可以增添反光膜、指示灯，且颜色符合国家规定的相关标准，以黑黄、红白为主，对驾乘人员起到重要的警示作用。

4.4红外线自动检测设备设计思路

限高架智能限高架如果使用红外线传感器，需在道路两旁设置一对高度相同的红外线传感器，一个用来发射红外光束，另一个用来接收红外光束，当驶入的车辆高度低于红外线高度时，红外线传感器正常接收光束，不会对车辆的正常行驶带来任何影响。当汽车的高度高于红外线时，传感器会阻断红外线到达设备接收端，自动检测设备检测到这一变量，限高架智能限高架上的灯会亮起，提醒司乘人员已经超高。同时，为保证红外线自动检测设备的正常运行，还可以将其与LED控制系统和监控系统连接于一起，LED灯可以通过文字的方式提醒司乘人员车辆的高度，声控系统通过声音的方式向司乘人员进行声音提示，通过光、字和声相结合的形式共同发出警告，以此确保司乘人员及时收到限高信息，并做好绕行的准备（见图1）。图1红外线自动检测设备限高示意图另外，科学合理的红外线自动检测设备设计思路还可以随时监测到限高架智能限高架运行的实际情况，当遇到突发的安全事故时在第一时间调动消防车、救援车和相关人员到达现场，引导车辆退出，保证道路上车辆的平安与畅通。

4.5半固定可升降液压限高架设计思路

目前，国内所有的智能限高架都是固定的，一旦发生安全事故，造成的人员伤亡和经济损失比较严重。本文提出的半固定可升降液压限高架设计思路指的是将横梁的外侧固定在限高架上，内侧以链条的形式横挂在限高架上方，通过利用限高系统控制限高架升降的高度，保证限高架在2m～6m之间自由调节。半固定可升降液压限高架主要通过遥控按钮控制限高架的升降，引导城市道路上的车辆有序通过。另外，半固定可升降液压限高架可以根据不同时间段调整限高架的高度，缓解紧张的交通压力，并在紧急状态下手动调节限高架的高度。智能限高架设计的根本目的是保证城市道路交通的畅通无阻，通过调节限高架的高度对过往车辆进行限制，比如，高峰时段禁止货车通行，夜间和节假日时段要完全放开限高架高度以方便大众出行，或者设计可以调节的智能限高架方便紧急情况下消防车辆、救护车辆和其他急救车辆可以快速通过限高架。

5结语

综上所述，在经济社会持续发展的利好背景下，智能高架桥势必会成为节约城市空间、缓解紧张城市道路交通的重要途径，科学合理的城市道路智能限高架设计思路不仅符合审美的标准，而且能保证道路交通的流畅性。为此，智能限高架设计应结合城市发展实际情况，注重结构选型，这样才能满足城市发展的实际需求。文章结合实际案例与多年工作经验，对城市道路智能限高架设计思路进行了分析。

参考文献

[1]何江斌，陈国升.桥梁限高架主动提醒超高车辆的警示系统研究[J].西部交通科技，2019（11）：148-150.

[2]马阳冉.高速公路被交路增设限高架的设计[J].交通世界，2021（Z1）：84-85.

作者：管文中 单位：中国市政工程中南设计研究总院有限公司