跨座式車輛基地平面總圖計算機輔助設(shè)計軟件研究與開發(fā)

楊文成 王圓圓 郝 昕

（1.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055；2.北京靜態(tài)交通投資運營有限公司，北京 100073；3.遼寧省重要技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)基地建設(shè)工程中心，遼寧沈陽 110086）

1 軟件研究與開發(fā)背景

目前我國城市軌道交通制式呈高速發(fā)展態(tài)勢，跨座式軌道交通具有相對造價低、平縱限制少、占地面積優(yōu)等特點，被應(yīng)用至中低運量的城市軌道交通領(lǐng)域。在跨座式軌道交通規(guī)劃及投資中，受到諸多因素制約，車輛基地設(shè)計工作反復(fù)調(diào)整，缺少專業(yè)的車輛基地輔助設(shè)計軟件，加劇了設(shè)計人員的重復(fù)工作量，使設(shè)計效率不夠高。車輛基地線束量龐大，咽喉區(qū)布置復(fù)雜，各平縱約束條件繁雜而細(xì)致[1-4]。隨著各種新技術(shù)在軌道交通中的發(fā)展以及AutoCAD功能不斷更新完善，亟須輔助設(shè)計軟件與時俱進(jìn)，本研究設(shè)計符合設(shè)計人員操作習(xí)慣、穩(wěn)定高效的跨座式車輛基地平面總圖計算機輔助設(shè)計軟件。

2 軟件功能架構(gòu)及開發(fā)技術(shù)

2.1 功能架構(gòu)

軟件總體架構(gòu)和各項功能圍繞跨座式車輛基地平面總圖設(shè)計需求展開，以線路平面、縱斷、橫斷三維空間的各項信息要素作為基準(zhǔn)，繪制車輛基地內(nèi)各種設(shè)備圖形，根據(jù)設(shè)計要求對不同設(shè)備賦予非幾何信息，有效區(qū)分重復(fù)元素[5]。軟件功能主要包括線路設(shè)計模塊、附屬設(shè)備設(shè)計模塊、表格圖框工具，每個模塊由若干子工具組成[6]，每項工具包含諸多專項功能。

軟件總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 軟件總體架構(gòu)

2.2 開發(fā)技術(shù)

AutoCAD平臺支持的二次開發(fā)技術(shù)主要包括基于LISP語言的AutoLISP開發(fā)技術(shù)、基于VBA語言的開發(fā)技術(shù)、基于C++語言的ObjectARX開發(fā)技術(shù)和基于C#語言的AutoCAD.NET開發(fā)技術(shù)。針對不同的開發(fā)技術(shù)，經(jīng)各項特性比較后選擇執(zhí)行效率高、可擴展性強的ObjectARX作為本軟件開發(fā)技術(shù)，并輔以MFC技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等[7]建立功能清晰、交互便捷、流程完善的軟件系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)備時態(tài)、編號樣式等不同參數(shù)規(guī)則，實現(xiàn)可以滿足不同設(shè)計階段的跨座式車輛基地平面總圖計算機輔助設(shè)計。

3 軟件邏輯層次

為實現(xiàn)軟件系統(tǒng)性，需要預(yù)先規(guī)定軟件系統(tǒng)的整體邏輯，采用數(shù)據(jù)層、傳遞層、交互層的三層次法。數(shù)據(jù)層主要包括基礎(chǔ)系統(tǒng)及平臺、信息資源；信息層是軟件處理信息的核心，包含各種算法及交互邏輯；交互層包含與用戶直接相關(guān)的與數(shù)據(jù)層交互的各種邏輯內(nèi)容。

軟件邏輯層次如圖2所示。

圖2 軟件邏輯層次

4 軟件核心功能介紹

4.1 車輛基地道岔布置

車輛基地平面總圖中，股道線束的布置是首要任務(wù)，但車輛基地與區(qū)間不同，線束布置的核心因素是基地咽喉區(qū)內(nèi)各道岔的繪制和科學(xué)排布，跨座式軌道交通的各類道岔形式非常獨特，與傳統(tǒng)鐵路或地鐵道岔具有很大差異。跨座式道岔主要分為關(guān)節(jié)型道岔、樞軸型道岔和換梁型道岔，不同的道岔的開向形式具有較大差異。

道岔類型如圖3所示。

圖3 道岔類型

針對不同道岔需要訂制不同參數(shù)，根據(jù)各項參數(shù)繪制不同形式的道岔。

道岔定位示意如圖4所示。

圖4 道岔定位示意

繪制時，需要用戶選擇道岔所屬股道，輸入道岔編號，選擇設(shè)計時態(tài)和道岔類型、開向形式，根據(jù)定位情況確定道岔圖形位置和象限。如道岔岔心起點為A、根據(jù)股道走向確定B點和偏向C，確定其在X-Y坐標(biāo)軸下各點關(guān)系。

4.2 車輛基地咽喉區(qū)優(yōu)化

優(yōu)化過程中，選定需要出岔的股道，沿股道方向確定樁號，由股道編號及其樁號匹配股道的平面和縱斷面信息，選擇出岔象限，為方便用戶交互操作，可按照專業(yè)繪圖邏輯和設(shè)計規(guī)范制作簡潔美觀的MFC窗體，通過ACCESS數(shù)據(jù)庫技術(shù)實時將各道岔型號、夾直線、岔后曲線等設(shè)計原則與預(yù)制MDB文件聯(lián)動。

道岔繪制邏輯流程如圖5所示。

圖5 道岔繪制邏輯流程

基本的道岔繪制完成后，為了盡量減少設(shè)計錯誤并提供輔助手段判別咽喉區(qū)道岔布置是否合理，應(yīng)按照專業(yè)設(shè)計邏輯建立基本優(yōu)化算法[8-9]，以提高咽喉區(qū)設(shè)計效率。

咽喉區(qū)優(yōu)化算法邏輯流程如圖6所示。

圖6 咽喉區(qū)優(yōu)化算法邏輯流程

確定咽喉區(qū)的道岔進(jìn)路結(jié)構(gòu)后，A股道上的第m號道岔岔心點編號記為Tm，岔心點空間位置記為（Xpq，Ypq）股道A與相鄰股道間距設(shè)為Da，象限記為Hpq，m號道岔內(nèi)部編號記為Mpq。兩道岔可以優(yōu)化合并成渡線時，Npq和Npq+1需要滿足一些關(guān)系：

選定股道后，計算不可重疊的且距離最小的道岔布置方案。

布置方案在本算法理論基礎(chǔ)上是最優(yōu)的，但實際設(shè)計中，車輛基地內(nèi)地上、地下設(shè)備錯綜復(fù)雜，需要各專業(yè)的設(shè)計人員根據(jù)具體情況反復(fù)對總圖進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，最終形成合格的平面總圖。

4.3 其他主要功能設(shè)計

線路平縱、附屬設(shè)備等其他較通用的功能設(shè)計模塊[10-13]參考既有常用軟件及算法進(jìn)行重新設(shè)計和封裝。

主要程序模塊如表1所示。

表1 主要程序模塊

5 軟件應(yīng)用效果

本軟件已在佛山市、陽江市等多個跨座式軌道交通項目前期規(guī)劃研究中測試應(yīng)用，有效提高站場專業(yè)跨座式車輛基地平面總圖設(shè)計效率，對設(shè)計過程中的諸多輔助算法進(jìn)行有效驗證。軟件具有技術(shù)先進(jìn)、便捷交互等特點，還有定位準(zhǔn)確、參數(shù)詳細(xì)、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、人機交互界面良好及便于維護(hù)等顯著優(yōu)點。軟件可以有效避免咽喉區(qū)道岔重疊或違反規(guī)范約束等低級錯誤。

6 結(jié)語

本研究開發(fā)的軟件依據(jù)跨座式車輛基地平面總圖設(shè)計需求，利用AutoCAD軟件平臺和二次開發(fā)技術(shù)，進(jìn)行以咽喉區(qū)布置為核心功能的進(jìn)一步創(chuàng)新。使用軟件可以有效提升跨座式車輛基地設(shè)計品質(zhì)和工作效率，為參與跨座式項目的建設(shè)單位和規(guī)劃審批部門提供更好的決策參考。