跨座式車輛基地平面總圖計算機輔助設計軟件研究與開發

楊文成 王圓圓 郝 昕

（1.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055；2.北京靜態交通投資運營有限公司，北京 100073；3.遼寧省重要技術創新與研發基地建設工程中心，遼寧沈陽 110086）

1 軟件研究與開發背景

目前我國城市軌道交通制式呈高速發展態勢，跨座式軌道交通具有相對造價低、平縱限制少、占地面積優等特點，被應用至中低運量的城市軌道交通領域。在跨座式軌道交通規劃及投資中，受到諸多因素制約，車輛基地設計工作反復調整，缺少專業的車輛基地輔助設計軟件，加劇了設計人員的重復工作量，使設計效率不夠高。車輛基地線束量龐大，咽喉區布置復雜，各平縱約束條件繁雜而細致[1-4]。隨著各種新技術在軌道交通中的發展以及AutoCAD功能不斷更新完善，亟須輔助設計軟件與時俱進，本研究設計符合設計人員操作習慣、穩定高效的跨座式車輛基地平面總圖計算機輔助設計軟件。

2 軟件功能架構及開發技術

2.1 功能架構

軟件總體架構和各項功能圍繞跨座式車輛基地平面總圖設計需求展開，以線路平面、縱斷、橫斷三維空間的各項信息要素作為基準，繪制車輛基地內各種設備圖形，根據設計要求對不同設備賦予非幾何信息，有效區分重復元素[5]。軟件功能主要包括線路設計模塊、附屬設備設計模塊、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。

軟件總體架構如圖1所示。

圖1 軟件總體架構

2.2 開發技術

AutoCAD平臺支持的二次開發技術主要包括基于LISP語言的AutoLISP開發技術、基于VBA語言的開發技術、基于C++語言的ObjectARX開發技術和基于C#語言的AutoCAD.NET開發技術。針對不同的開發技術，經各項特性比較后選擇執行效率高、可擴展性強的ObjectARX作為本軟件開發技術，并輔以MFC技術、數據庫技術等[7]建立功能清晰、交互便捷、流程完善的軟件系統。根據設備時態、編號樣式等不同參數規則，實現可以滿足不同設計階段的跨座式車輛基地平面總圖計算機輔助設計。

3 軟件邏輯層次

為實現軟件系統性，需要預先規定軟件系統的整體邏輯，采用數據層、傳遞層、交互層的三層次法。數據層主要包括基礎系統及平臺、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的與數據層交互的各種邏輯內容。

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，但車輛基地與區間不同，線束布置的核心因素是基地咽喉區內各道岔的繪制和科學排布，跨座式軌道交通的各類道岔形式非常獨特，與傳統鐵路或地鐵道岔具有很大差異?？缱降啦碇饕譃殛P節型道岔、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，根據各項參數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，選擇設計時態和道岔類型、開向形式，根據定位情況確定道岔圖形位置和象限。如道岔岔心起點為A、根據股道走向確定B點和偏向C，確定其在X-Y坐標軸下各點關系。

4.2 車輛基地咽喉區優化

優化過程中，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，可按照專業繪圖邏輯和設計規范制作簡潔美觀的MFC窗體，通過ACCESS數據庫技術實時將各道岔型號、夾直線、岔后曲線等設計原則與預制MDB文件聯動。

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，為了盡量減少設計錯誤并提供輔助手段判別咽喉區道岔布置是否合理，應按照專業設計邏輯建立基本優化算法[8-9]，以提高咽喉區設計效率。

咽喉區優化算法邏輯流程如圖6所示。

圖6 咽喉區優化算法邏輯流程

確定咽喉區的道岔進路結構后，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與相鄰股道間距設為Da，象限記為Hpq，m號道岔內部編號記為Mpq。兩道岔可以優化合并成渡線時，Npq和Npq+1需要滿足一些關系：

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上是最優的，但實際設計中，車輛基地內地上、地下設備錯綜復雜，需要各專業的設計人員根據具體情況反復對總圖進行調整優化，最終形成合格的平面總圖。

4.3 其他主要功能設計

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

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劃研究中測試應用，有效提高站場專業跨座式車輛基地平面總圖設計效率，對設計過程中的諸多輔助算法進行有效驗證。軟件具有技術先進、便捷交互等特點，還有定位準確、參數詳細、邏輯嚴謹、人機交互界面良好及便于維護等顯著優點。軟件可以有效避免咽喉區道岔重疊或違反規范約束等低級錯誤。

6 結語

本研究開發的軟件依據跨座式車輛基地平面總圖設計需求，利用AutoCAD軟件平臺和二次開發技術，進行以咽喉區布置為核心功能的進一步創新。使用軟件可以有效提升跨座式車輛基地設計品質和工作效率，為參與跨座式項目的建設單位和規劃審批部門提供更好的決策參考。