新建鐵路線路設計系統研究

中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

1 新建鐵路線路設計特點及必要性

（1）新建鐵路線路設計特點。鐵路線路工程是鐵路設計過程中的龍頭專業，其設計是一個由粗到細的過程。在設計過程中，經常發生方案調整[1]，對下游專業的設計影響較大，這就要求線路軟件操作方便、靈活；多個方案間的數據可以互通；可以為下游的專業軟件提供數據和圖形信息。

（2）必要性。目前市場上流行的軟件主要是針對公路工程設計的，同類鐵路設計院中的軟件難以滿足新建鐵路的生產要求，其更新和后期維護相當困難，生產工具的落后已經成為制約生產效率的主要瓶頸。因此，對于自主研發鐵路線路設計系統而言，滿足生產需求及提高生產效率已經成為線路專業的迫切需求。

2 系統開發環境及支撐軟件

開發環境如表1所示，支撐軟件如表2所示。

表1 開發環境

表2 支撐軟件

3 系統主要功能

系統吸收了國內專業軟件在設計計算、處理成圖等方面的優點，以靈活設計、操作快捷簡便為原則，其核心功能如下：

（1）三維數模[2]。根據矢量化地形圖，程序生成地形點數據文件，并且內部采用R樹數據結構建立的索引，顯著提高了點的檢索效率，為平縱斷面聯動設計、地面線快速更新創建了必要條件。用戶可以根據項目所處的階段，共享采集時的步長，保證用戶設計時的效率和精度。

（2）平面設計[3]。主要包括設計線的創建、交點相關操作、里程相關操作、平面插旗操作、平面數據管理、設計線的打斷與合并等功能。系統在AutoCAD中采用自定義實體表示設計線。在設計時，設計信息是保存在AutoCAD實體中的；曲線要素計算公式采用三次拋物線公式[4]，在計算過程中，采用高精度方式進行計算，計算有效結果精度在6位以上。

（3）縱斷面設計[5-6]。主要包括縱斷面的創建、坡度線設計、控制點操作、縱斷面插旗、自動卡橋隧、查詢填挖高、平縱設計聯動、豎緩重合檢查等功能。在設計時，坡度線文件、地面線文件、地形數據文件、控制點文件、平面數據文件是分開的，這樣方便數據在多個方案中共享利用。系統最終將設計的成果集中在一個文件中。在設計表達上，將縱斷面、坡度線、地面線、控制點、橋隧等信息按不同的自定義實體呈現，這些實體在表達上相互獨立，又通過縱斷面數據相互關聯，較好地解決了獨立操作與數據一致性的問題，提高了軟件的擴展性和可維護性。

（4）斷鏈控制。新建設計線時，默認冠號為“K”。系統中每個斷鏈是按“前冠號里程|后冠號里程”表示的，并且強制要求長鏈、等鏈必須變換冠號。系統引入了“斷鏈控制方式”，分為“里程不變”和“位置不變”?！袄锍滩蛔儭保簲噫滭c位置由前里程決定。例如，移動起點時，斷鏈點位置也相應移動（它通過斷鏈前里程來確定斷鏈點位置）?！拔恢貌蛔儭保簲噫滭c位置不變化。例如，移動起點時，斷鏈位置不會發生改變，而改變的是斷鏈前里程。當設計人員在進行“修改設計線起點”“修改交點”“刪除斷鏈”“增加斷鏈”“修改斷鏈”等操作時，都會導致系統里程發生改變。

（5）數據管理。用于合并數據文件、分離和編輯數據。在設計時，平面數據和縱斷面相關數據是獨立分開的，這樣方便數據共享。形成設計成果時，數據文件過多，比較零散，而數據管理可以對這些文件進行合并。

（6）成果輸出。主要包括平面出圖、縱斷面出圖、輸出坡度表、填挖高度表、曲線表、逐樁坐標表、線間距表、斷鏈表等。系統在設計時，始終堅持設計和輸出是分開獨立的思想，完全按方便設計的要求進行操作和顯示，出圖只不過是對設計成果的一種重新表達。

（7）曲線要素計算。系統內部集成了常用鐵路對應的規范，用戶可以針對曲線要素進行同心圓或非同心圓計算。在不同緩長的情況下，程序可以列出試算結果，并且可以用圖形顯示。

4 程序結構框架及基礎數據格式說明

4.1 程序結構框架

系統程序結構主要分為通用模塊和業務模塊，其中，通用模塊主要包括Rm Arx（AutoCAD相關操作）、Rm Excel（Excel相關操作）、Rm Core（通用操作）、Rm Sqlite（數據庫相關操作）和Rm Src（外部引用文件）；業務模塊主要包括Rm Design（AutoCAD繪圖）、RmD ata（基礎數據管理）、Rm Startup（多版本系統啟動管理）和Rm Verfiy（系統加密管理）。

4.2 數據格式

數據文件中，用戶導入、導出的文件以Excel格式和文本格式為主，系統保存的成果文件以XML格式為主。

（1）地面高程數據。格式：冠號、里程、地面高程。說明：文本文件，后綴名“.dmx”，中間以跳格鍵分隔。

（2）控制點數據。格式：冠號、里程、高程、說明。說明：文本文件，后綴名“.kzd”，中間以跳格鍵分隔。在輸入[說明]時，可以輸入簡化代碼（1=“路高”，2=“水位”，3=“通航凈高”）。

（3）插旗數據。車站表格式：名稱、中心里程、類型、插旗塊名。隧道表格式：名稱、起點里程、終點里程。橋梁表格式：名稱、中心里程、起點里程、終點里程、孔跨樣式、橋全長。小橋涵格式：中心里程、孔跨樣式、插旗類型、角度。說明：Excel文件，數據可以包含在一個Excel文件中，以Sheet名區分。

（4）線路數據。線路數據是XML格式，按平面數據和縱斷面數據分開組織。平面數據包含設計線屬性、交點信息、里程信息；縱斷面數據包含縱斷面屬性、坡段線信息、缺口信息、控制點信息和水準點信息。

5 主要解決問題思路

實際設計時主要存在的問題是設計任務本身工作量大，情況復雜；線路專業跟其他專業銜接密集，線路方案調整后，其他專業會受到影響。這就要求線路專業設計要快而靈活，給其他專業提供更多的反應時間。

（1）針對設計工作量大而復雜提供的解決方案。①采用符合設計人員習慣、容易理解的方式進行操作。由系統提供雙擊操作替代以往的命令操作。例如，雙擊曲線，直接進行曲線要素的修改；雙擊坡度線，可以完成對坡度線的大部分操作。②針對特殊復雜的設計提供特殊的設計方式。例如，系統提供合并和打斷設計線操作；雙擊縱斷面，可以直接修改相關數據操作。③提供良好的操作界面及交互機制。設計窗口支持?？糠绞胶透臃绞?，并且提供快捷鍵操作；用戶輸入參數時，提供智能提示。

（2）針對變更設計提供的解決方案。①將基礎數據組織劃分清晰，保證數據的獨立操作。②將設計成果以文件的形式保存至后臺，方便用戶復用這些數據。③設計時，圖形和設計成果是獨立的，可以根據圖形生成數據，也可以從數據生成圖形。不同方案間可以通過數據管理功能重復利用數據，該操作簡單方便。

6 關鍵技術

（1）采用嵌入式數據庫SQLITE。系統采用開源數據庫SQLITE作為后臺數據庫，其操作和數據庫源碼均被封裝在RmSqlite.dll中。這樣使得系統結構更緊湊、使用更便捷、運行更獨立。

（2）操作界面采用后臺配置技術。系統的操作界面包括界板組織、菜單、工具條、按鈕，采用配置的方式布局。在增減系統功能時，可以靈活配置。

（3）快速高效的三角網建模和檢索。在地形圖上進行建立三角網模型時，由于地形圖比較大，對整個地形圖建網效率低，使用性能差。系統采用步長控制方式，解決了地形圖點數量的問題，用戶可以根據設計精度，設置一定的步長，滿足當前的設計需求。構建三角網時，系統采用局部構網的方式，按設計線進行劃分，檢索該范圍的點時，采用R樹結構對點進行檢索，顯著提高了構網和檢索點的效率。

7 結束語

新建鐵路線路設計系統是建立在清晰的數據管理與良好的數據組織上的，能夠解決變更和復雜設計帶來的問題。該系統分別在安慶長風港區鐵路專用線、皖河新港鐵路專用線、百色至興義鐵路項目中進行了試用。試用結果表明，系統能夠顯著提高設計效率和質量，取得了良好的經濟效益和社會效益。