韓林凱， 溫朋哲， 高士杰

（天津市政工程設(shè)計研究總院有限公司，天津 300392）

地鐵工程設(shè)計涉及專業(yè)眾多、任務(wù)分工明確、相互配合密切[1]。得益于我國幾十年來的地鐵項目經(jīng)驗積累及設(shè)計規(guī)范的不斷完善，各專業(yè)設(shè)計逐漸規(guī)范化且設(shè)計效率不斷提升。

CJJ/T 96—2018《地鐵限界標準》的實施，標志著限界設(shè)計理念的進一步深入。CJJ/T 96—2018是地鐵工程限界設(shè)計的主要依據(jù)，也是各地方標準限界篇章內(nèi)容編制的主要參照規(guī)范，給出了A1、A2、B1、B2四種車型車輛、設(shè)備和建筑限界的設(shè)計原理及計算公式。相對于CJJ 96—2003，CJJ/T 96—2018 適用速度等級提升到120 km/h，并補充了A1型地鐵車輛標準限界；對直線段設(shè)備限界的計算公式進行了優(yōu)化，在車輛輪廓不變且計算速度等級提升的情況下，給出的直線段車輛、設(shè)備限界尺寸減小；同時對曲線段設(shè)備限界的計算公式做了進一步簡化，使其更加便于工程設(shè)計應(yīng)用。為滿足新建地鐵項目限界設(shè)計的需求，本文對CJJ/T 96—2018給出的曲線段設(shè)備限界計算方法進行程序化，基于AutoCAD2014 制圖軟件，編制完成地鐵限界設(shè)計自動成形系統(tǒng)。

1 曲線段設(shè)備限界計算流程

曲線段設(shè)備限界計算分兩步：先計算未按軌道超高值進行旋轉(zhuǎn)的曲線設(shè)備限界，再按軌道超高值進行旋轉(zhuǎn)得到特定曲線半徑及特定軌道超高條件下的設(shè)備限界[2]。

1.1 無軌道超高時的計算

A1和B1型車輛為受流器受電車輛，A2和B2型車輛為受電弓受電車輛；因此，A1和B1型車輛曲線段應(yīng)按車體、受流器、轉(zhuǎn)向架三類設(shè)備限界控制點分別進行加寬計算，A2和B2型車輛曲線段應(yīng)按受電弓、車體、轉(zhuǎn)向架三類設(shè)備限界控制點分別進行加寬計算。

對于限界加高，通常在直線段設(shè)備限界給予考慮，可認為曲線段設(shè)備限界加高值未考慮超高時為0。

CJJ/T 96—2018規(guī)定受電弓及接觸軌部位設(shè)備限界不加寬。假設(shè)A點為某一設(shè)備限界控制點（非受電弓和接觸軌部位），其直線段X軸坐標為XA，Y軸坐標為YA，曲線段X軸坐標為X1A，Y軸坐標為Y1A，曲線段加寬值為△X，加高量為0；則X1A、Y1A分別滿足

ΔX計算取決于車型、軌道形式，詳見CJJ/T 96—2018，本文不再贅述。需要注意的，CJJ/T 96—2018中4.2.2、5.2.2、6.2.2、7.2.2給出的加寬公式未對轉(zhuǎn)向架部分的設(shè)備限界控制點進行區(qū)分，其計算結(jié)果偏大；當需要精確計算時，建議采用CJJ/T 96—2018 中3.2.4、3.2.5和3.2.6給出的公式。

1.2 特定軌道超高時計算

設(shè)車體在軌道超高影響旋轉(zhuǎn)后，曲線外側(cè)A點X軸坐標為軸坐標為曲線內(nèi)側(cè)A點X軸坐標為Y軸坐標為，則分別滿足[3]

式中：α為軌道超高角，標準軌距h條件下滿足α= sin-1（h1 500） 。

2 自動成形系統(tǒng)二次開發(fā)

2.1 二次開發(fā)工具

ObjectARX 是AutoCAD 提供的開發(fā)工具，其編制語言主要以C++為基礎(chǔ)，提供了基于WindowsDLL 的編譯應(yīng)用程序環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)AutoCAD、AutoLISP 和ADS 集成化運行[4]；同時擁有非常豐富的類庫及相關(guān)的成員函數(shù)，既可以省去基礎(chǔ)編程過程，又可以將成員函數(shù)與各種類庫相互組合實現(xiàn)最終的程序功能，具有良好的應(yīng)用擴展性。

ObjectARX 可直接利用C++語言進入AutoCAD 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)核，實現(xiàn)文檔文件以及AutoCAD 圖形數(shù)據(jù)庫快速訪問等功能[5]。用戶能夠重新定義并修改Auto-CAD本身的命令，實現(xiàn)個性化的設(shè)計功能。

2.2 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動成形系統(tǒng)是基于C++語言開發(fā)而成的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，主要包括：數(shù)據(jù)庫、計算以及CAD繪圖3 個模塊，能自動計算A1、A2、B1、B24 種車型在不同線路條件下的設(shè)備限界并自動繪制成圖、輸出Excel表格文件。見圖1。

圖1 設(shè)備限界計算系統(tǒng)模塊

2.2.1 數(shù)據(jù)庫模塊

實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫文件的建立和訪問功能，通過創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫文件，將Excel 文件中的設(shè)備限界坐標數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)相關(guān)計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持；同時負責將加寬旋轉(zhuǎn)后的設(shè)備限界坐標輸出到Excel文件中。

2.2.2 計算模塊

負責將計算公式程序化。計算模塊主要包括：不考慮超高值前提下圓曲線段設(shè)備限界加寬計算及考慮超高值后圓曲線段設(shè)備限界加寬計算。用戶可根據(jù)系統(tǒng)提示，輸入曲線半徑及軌道超高值。

2.2.3 CAD繪圖模塊

讀取數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備限界坐標，采用ClineUtil::Add（startPoint,endPoint）命令，通過設(shè)置繪制直線的起訖點并循環(huán)執(zhí)行該命令，將數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)繪制在AutoCAD 的模型空間中；同時設(shè)置標注命令，可生成標注圖層并將各控制點進行對應(yīng)的標注，實現(xiàn)設(shè)備限界圖的基本繪制。

2.3 界面

系統(tǒng)最終成果為ARX 文件，為提高計算效率，精簡程序，根據(jù)4 種車型不同的加寬算法編制成4 個ARX文件。具體應(yīng)用時，根據(jù)車型通過AutoCAD加載應(yīng)用程序的方式加載對應(yīng)的ARX文件。見圖2。

圖2 加載限界計算ARX文件

進入系統(tǒng)后，對AutoCAD 進行初始化設(shè)置，包括：修改標題欄名稱、加載設(shè)備限界計算菜單等。

點擊限界計算菜單欄中【新建項目數(shù)據(jù)庫】按鈕，新建數(shù)據(jù)庫文件，點擊該文件【打開】按鈕即可鏈接至該數(shù)據(jù)庫文件。點擊限界計算菜單欄中的【導入Excel數(shù)據(jù)】按鈕，選擇要導入的目標數(shù)據(jù)庫文件，該文件內(nèi)容為原始設(shè)備限界坐標點及相應(yīng)坐標值。點擊限界計算菜單欄中【繪制加寬后限界】按鈕，系統(tǒng)將自動繪制未考慮超高值時的設(shè)備限界圖；如要考慮設(shè)置超高值，則可點擊限界計算菜單欄中【增設(shè)超高值】按鈕，系統(tǒng)將自動繪制增設(shè)超高值后的設(shè)備限界圖。點擊限界計算菜單欄中【標注控制點點號】按鈕即可將各控制點對應(yīng)點號標注于“標注”圖層中。點擊限界計算菜單欄中【Excel 輸出坐標】按鈕即可將系統(tǒng)計算后加寬的設(shè)備限界坐標輸出為Excel文件。見圖3。

圖3 限界計算菜單項

3 應(yīng)用實例

以A2型車輛為例，計算其在曲線半徑300 m、軌道超高120 mm條件下的設(shè)備限界坐標值。見圖4。

圖4 系統(tǒng)操作流程

步驟1：加載“HLK 限界計算項目-A2.arx”程序，新建項目數(shù)據(jù)庫，導入A2型車輛直線段區(qū)間設(shè)備限界Excel 數(shù)據(jù)文件，系統(tǒng)將自動繪制直線段設(shè)備限界。見表1和見圖5。

表1 直線段設(shè)備限界控制點坐標mm

圖5 直線段設(shè)備限界

步驟2：根據(jù)命令欄提示輸入曲線半徑值300 m，點擊繪制加寬后限界，生成設(shè)備限界。見圖6。

圖6 曲線半徑300 m設(shè)備限界

步驟3：根據(jù)實際需求，設(shè)置超高值，此處設(shè)置超高為120 mm，系統(tǒng)自動繪制圖形。見圖7。

圖7 曲線半徑300 m且超過120 m設(shè)備限界

步驟4：添加坐標點號。

步驟5：將加寬旋轉(zhuǎn)后的設(shè)備限界坐標輸出到Excel文件，得到曲線半徑300 m、超高120 mm情況下設(shè)備限界控制點坐標，見表2和表3。

表2 曲線外側(cè)設(shè)備限界控制點坐標mm

表3 曲線內(nèi)側(cè)設(shè)備限界控制點坐標mm

續(xù)表3

4 結(jié)語

近年來，我國軌道交通行業(yè)快速發(fā)展，新技術(shù)、新規(guī)范的實施對工程設(shè)計提出了新的要求。地鐵限界設(shè)計自動成形系統(tǒng)以最新地鐵限界設(shè)計標準為依據(jù)，可精確計算并繪制曲線段設(shè)備限界并輸出曲線段設(shè)備限界控制點坐標表格，實現(xiàn)了地鐵工程限界設(shè)計的程序化，提高了限界設(shè)計效率；下一步將進一步完善此程序，使其能夠計算并繪制緩和曲線段設(shè)備限界。