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(yè)，其設計是一個由粗到細的過程。在設計過程中，經(jīng)常發(fā)生方案調(diào)整[1]，對下游專業(yè)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(shù)據(jù)可以互通；可以為下游的專業(yè)軟件提供數(shù)據(jù)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(chǎn)要求，其更新和后期維護相當困難，生產(chǎn)工具的落后已經(jīng)成為制約生產(chǎn)效率的主要瓶頸。因此，對于自主研發(fā)鐵路線路設計系統(tǒng)而言，滿足生產(chǎn)需求及提高生產(chǎn)效率已經(jīng)成為線路專業(yè)的迫切需求。

2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及支撐軟件

開發(fā)環(huán)境如表1所示，支撐軟件如表2所示。

表1 開發(fā)環(huán)境

表2 支撐軟件

3 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)吸收了國內(nèi)專業(yè)軟件在設計計算、處理成圖等方面的優(yōu)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(shù)模[2]。根據(jù)矢量化地形圖，程序生成地形點數(shù)據(jù)文件，并且內(nèi)部采用R樹數(shù)據(jù)結(jié)構建立的索引，顯著提高了點的檢索效率，為平縱斷面聯(lián)動設計、地面線快速更新創(chuàng)建了必要條件。用戶可以根據(jù)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(chuàng)建、交點相關操作、里程相關操作、平面插旗操作、平面數(shù)據(jù)管理、設計線的打斷與合并等功能。系統(tǒng)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(jié)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(chuàng)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(lián)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(shù)據(jù)文件、控制點文件、平面數(shù)據(jù)文件是分開的，這樣方便數(shù)據(jù)在多個方案中共享利用。系統(tǒng)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(xiàn)，這些實體在表達上相互獨立，又通過縱斷面數(shù)據(jù)相互關聯(lián)，較好地解決了獨立操作與數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)里程發(fā)生改變。

（5）數(shù)據(jù)管理。用于合并數(shù)據(jù)文件、分離和編輯數(shù)據(jù)。在設計時，平面數(shù)據(jù)和縱斷面相關數(shù)據(jù)是獨立分開的，這樣方便數(shù)據(jù)共享。形成設計成果時，數(shù)據(jù)文件過多，比較零散，而數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)內(nèi)部集成了常用鐵路對應的規(guī)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(jié)果，并且可以用圖形顯示。

4 程序結(jié)構框架及基礎數(shù)據(jù)格式說明

4.1 程序結(jié)構框架

系統(tǒng)程序結(jié)構主要分為通用模塊和業(yè)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(shù)據(jù)庫相關操作）和Rm Src（外部引用文件）；業(yè)務模塊主要包括Rm Design（AutoCAD繪圖）、RmD ata（基礎數(shù)據(jù)管理）、Rm Startup（多版本系統(tǒng)啟動管理）和Rm Verfiy（系統(tǒng)加密管理）。

4.2 數(shù)據(jù)格式

數(shù)據(jù)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(tǒng)保存的成果文件以XML格式為主。

（1）地面高程數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)可以包含在一個Excel文件中，以Sheet名區(qū)分。

（4）線路數(shù)據(jù)。線路數(shù)據(jù)是XML格式，按平面數(shù)據(jù)和縱斷面數(shù)據(jù)分開組織。平面數(shù)據(jù)包含設計線屬性、交點信息、里程信息；縱斷面數(shù)據(jù)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(yè)跟其他專業(yè)銜接密集，線路方案調(diào)整后，其他專業(yè)會受到影響。這就要求線路專業(yè)設計要快而靈活，給其他專業(yè)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)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?yún)?shù)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(shù)據(jù)組織劃分清晰，保證數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。③設計時，圖形和設計成果是獨立的，可以根據(jù)圖形生成數(shù)據(jù)，也可以從數(shù)據(jù)生成圖形。不同方案間可以通過數(shù)據(jù)管理功能重復利用數(shù)據(jù)，該操作簡單方便。

6 關鍵技術

（1）采用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLITE。系統(tǒng)采用開源數(shù)據(jù)庫SQLITE作為后臺數(shù)據(jù)庫，其操作和數(shù)據(jù)庫源碼均被封裝在RmSqlite.dll中。這樣使得系統(tǒng)結(jié)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(tǒng)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(tǒng)功能時，可以靈活配置。

（3）快速高效的三角網(wǎng)建模和檢索。在地形圖上進行建立三角網(wǎng)模型時，由于地形圖比較大，對整個地形圖建網(wǎng)效率低，使用性能差。系統(tǒng)采用步長控制方式，解決了地形圖點數(shù)量的問題，用戶可以根據(jù)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(wǎng)時，系統(tǒng)采用局部構網(wǎng)的方式，按設計線進行劃分，檢索該范圍的點時，采用R樹結(jié)構對點進行檢索，顯著提高了構網(wǎng)和檢索點的效率。

7 結(jié)束語

新建鐵路線路設計系統(tǒng)是建立在清晰的數(shù)據(jù)管理與良好的數(shù)據(jù)組織上的，能夠解決變更和復雜設計帶來的問題。該系統(tǒng)分別在安慶長風港區(qū)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(jié)果表明，系統(tǒng)能夠顯著提高設計效率和質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。