基于鋪軌新定額的鐵路軌道工程數(shù)量計算軟件研發(fā)與實現(xiàn)

廉紫陽

（1.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 線路站場設(shè)計研究院，武漢 430063；2.鐵路軌道安全服役湖北省重點實驗室，武漢 430063）

國家鐵路局于2017 年發(fā)布了新版《鐵路工程造價標準》，其結(jié)構(gòu)和內(nèi)容均有較大調(diào)整，各專業(yè)預(yù)算定額、編制方法和費用標準也都有了新規(guī)定、新變化[1-2]。其中，施工圖階段預(yù)算定額對應(yīng)的軌道工程數(shù)量計算由鋪軌、鋪道床、鋪道岔、無縫線路、線路有關(guān)工程和其他工程6 部分組成。同時，根據(jù)2018 年國家鐵路局發(fā)布的新版《鐵路工程預(yù)算定額第四冊 軌道工程》[3]中的規(guī)定，鋼軌及軌料運輸定額僅適用于坡度小于12‰的地段及長度小于1 km 的隧道，對于大坡度地段和長大隧道，則需單獨計算鋪軌工程量[4]，從而對軌道工程數(shù)量的提交提出了新的要求。

工程數(shù)量是編制施工圖預(yù)算的依據(jù)，其計算的精確與否將直接影響到施工圖預(yù)算的準確性[5-7]。傳統(tǒng)的軌道工程數(shù)量計算采用人工統(tǒng)計的方式，其計算過程主要在Excel 表格中完成，過程繁瑣，耗時長，效率較低，且易出現(xiàn)差錯漏洞。國內(nèi)現(xiàn)有的軌道工程數(shù)量計算軟件開發(fā)較早[8]，其算法和計算結(jié)果已不能滿足現(xiàn)行軌道工程預(yù)算新定額的要求，無法根據(jù)鋪軌基地進行分坡度的計算，不具備根據(jù)不同的曲線超高值分段計算道床數(shù)量的功能，且沒有數(shù)據(jù)復(fù)核、預(yù)警功能，不能為軌道工程[9]設(shè)計提供信息反饋。

本文基于Visual Studio 開發(fā)平臺，采用C#語言研發(fā)了一種符合鋪軌新定額及提交新要求的鐵路軌道工程數(shù)量計算軟件。軟件在數(shù)據(jù)輸入方式、數(shù)據(jù)復(fù)核及預(yù)警、工程設(shè)計基礎(chǔ)資料反饋、鋪軌分坡度計算、曲線地段道床計算、結(jié)果輸出等方面做了相應(yīng)改進，可自動形成符合提交要求的鐵路軌道工程數(shù)量表。

1 軟件功能需求分析

根據(jù)鐵路軌道工程數(shù)量計算的特點，鐵路軌道工程數(shù)量計算軟件應(yīng)能實現(xiàn)以下幾個方面的功能。

1.1 數(shù)據(jù)自動讀取

鐵路軌道工程數(shù)量計算建立在橋梁、隧道、線路、站場、工程經(jīng)濟、信號等專業(yè)提供資料的基礎(chǔ)上，專業(yè)間接口數(shù)據(jù)多且復(fù)雜。軟件應(yīng)具備從Access數(shù)據(jù)庫、Excel 表格中讀取數(shù)據(jù)的功能。

1.2 數(shù)據(jù)檢驗及預(yù)警

軟件應(yīng)對輸入數(shù)據(jù)的完整性、正確性進行自動檢驗，同時，對錯誤數(shù)據(jù)和不符合鐵路軌道工程設(shè)計規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)發(fā)出預(yù)警，實現(xiàn)對工程設(shè)計的指導(dǎo)。

1.3 快速計算鋪軌分坡度工程數(shù)量

基于鋪軌新定額的軌道工程數(shù)量計算中，最復(fù)雜的計算過程是基于鋪軌基地位置的鋪軌工程量計算。軟件應(yīng)實現(xiàn)快速計算單一鋪軌基地或多個鋪軌基地工況下的路基、橋梁、隧道地段不同坡度下的鋪軌長度。

1.4 計算有砟軌道道砟斷面面積

根據(jù)有砟軌道道床斷面參數(shù)、曲線超高的設(shè)置，自動計算不同曲線超高地段的面砟和底砟斷面面積。

1.5 軌道工程數(shù)量的計算輸出

軟件應(yīng)對計算結(jié)果進行自動復(fù)核，復(fù)核無誤后，根據(jù)不同的線路軌道技術(shù)標準，輸出符合提交要求的鐵路軌道工程數(shù)量表。

2 軟件設(shè)計

2.1 軟件功能設(shè)計

鐵路軌道工程數(shù)量計算軟件包括數(shù)據(jù)庫管理、線路軌道標準選擇、接口數(shù)據(jù)輸入、軌道數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)檢驗及預(yù)警，工程數(shù)量計算、計算結(jié)果復(fù)核及輸出7 個功能模塊。

2.2 數(shù)據(jù)流程設(shè)計

用戶使用該軟件時應(yīng)先新建或打開數(shù)據(jù)庫，選擇相應(yīng)的線路及軌道標準，輸入專業(yè)間的接口數(shù)據(jù)及軌道專業(yè)數(shù)據(jù)；軟件對輸入的數(shù)據(jù)進行檢驗，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有誤、數(shù)據(jù)表之間出現(xiàn)里程沖突、輸入數(shù)據(jù)不完整等情況，則發(fā)出預(yù)警信息，需核實修改后重新提交檢驗，檢驗無誤后方可展開軌道工程數(shù)量的相關(guān)計算；計算后對結(jié)果進行復(fù)核，若復(fù)核有誤，返回，核實、修改相關(guān)輸入數(shù)據(jù)；若復(fù)核無誤，生成結(jié)果文件。軟件的數(shù)據(jù)流程如圖1 所示。

圖1 軟件數(shù)據(jù)流程示意

從數(shù)據(jù)流程可看出，鐵路軌道工程數(shù)量計算軟件包含多種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，抽象化后的數(shù)據(jù)層次關(guān)系，如圖2 所示。

圖2 軟件數(shù)據(jù)層次關(guān)系

3 軟件功能

3.1 線路軌道標準選擇

該功能模塊根據(jù)鐵路項目的技術(shù)標準，選擇相應(yīng)的線路軌道標準，同時，需要輸入軌道工程數(shù)量計算的起、終點里程。具體分類如下：

（1）160 km/h 及以下客貨共線鐵路；

（2）160 km/h 及以下客運專線鐵路；

（3）200 km/h 客貨共線鐵路；

（4）200 km/h 客運專線鐵路；

（5）250 km/h 及以上客運專線鐵路；

（6）重載鐵路。

3.2 接口數(shù)據(jù)輸入

專業(yè)間接口需輸入的數(shù)據(jù)主要包括以下內(nèi)容。

（1）線路專業(yè)：平縱斷面信息、曲線表、斷鏈表、坡度表、線間距表等。

（2）工程經(jīng)濟專業(yè)：鋪軌基地里程及鋪軌管轄起終點里程、概算單元劃分表。

（3）橋梁專業(yè)：橋表（或鋪設(shè)護軌地段表）。

（4）隧道專業(yè)：隧道表。

（5）站場專業(yè)：道岔岔心里程、道岔開向及長度、道岔岔后無枕段長度。

（6）信號專業(yè)：膠結(jié)絕緣接頭個數(shù)、電容枕根數(shù)、電氣絕緣枕的根數(shù)。

3.3 軌道數(shù)據(jù)輸入

（1）鋼軌、扣件、軌枕的類型：需鋪設(shè)在線熱處理鋼軌的曲線半徑值。

（2）無砟軌道類型：根據(jù)軌道工程設(shè)計實際情況，選擇不同的無砟軌道類型（CRTS Ⅲ型板式、CRTS 雙塊式、彈性支承塊式、長枕埋入式）。

（3）有砟無砟分段表：需輸入有砟、無砟軌道的類型及起止點里程，有砟軌道類型用0 表示，不同的無砟軌道類型分別采用數(shù)字1～4 進行標識。

（4）無縫線路及無砟軌道的精調(diào)系數(shù)。

3.4 數(shù)據(jù)檢驗及預(yù)警

3.4.1 長鏈、軌道類型標識檢查

結(jié)合斷鏈表，自動核實橋表、隧道表、曲線表、坡度表、概算單元劃分表、有砟無砟分段表中每個分段的起、終點里程的長鏈標識輸入是否完整且正確，若有異常，則發(fā)出預(yù)警信息；核實有砟無砟分段表中的軌道類型標識輸入是否完整且正確，若有異常，則發(fā)出預(yù)警信息。

3.4.2 碰撞檢查

核實橋表、隧道表、曲線表、坡度表、概算單元劃分表、有砟無砟分段表每一段的起、終點里程，相互之間是否有沖突，若有異常，導(dǎo)致碰撞檢查不通過，則發(fā)出預(yù)警信息。

3.4.3 工程設(shè)計合規(guī)性檢查

檢查道岔是否處于在坡度地段、路橋過渡段、路隧過渡段上，如存在此種情況，導(dǎo)致合規(guī)性檢查不通過，則發(fā)出預(yù)警信息；數(shù)據(jù)檢驗無誤后，將所有數(shù)據(jù)存儲到項目的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

數(shù)據(jù)檢驗及預(yù)警的流程如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)檢驗及預(yù)警流程

3.5 工程數(shù)量計算

鐵路軌道工程數(shù)量的計算內(nèi)容包含鋪軌工程量、鋪道床工程量、無砟軌道精調(diào)墊板及軌距擋板的數(shù)量、無縫線路焊接接頭和位移觀測樁的數(shù)量、大機養(yǎng)護長度、鋼軌打磨長度、鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器組數(shù)等。

3.5.1 鋪軌工程量

根據(jù)鋪軌基地的位置，結(jié)合施工組織設(shè)計確定的鋪軌方向，分別計算出自鋪軌基地向起點/終點里程方向的3 個坡度區(qū)段：

（1）自鋪軌基地至起點/終點里程鋪軌方向的第1 個>12‰的坡度里程的區(qū)段（該區(qū)段坡度≤12‰）；

（2）自第1 個>12‰的坡度里程點至第1 個>20‰坡度里程點的區(qū)段（12‰<坡度≤20‰）；

（3）自第1 個>20‰的坡度里程點至鋪軌起點/終點里程的坡度區(qū)段（坡度>20‰）。

在以上3 個坡度分段內(nèi)，根據(jù)路基、橋梁、長度≥1 km 的隧道、長度<1 km 的隧道等不同的線下基礎(chǔ)類型，分別計算坡度≤12‰、12‰<坡度≤20‰、坡度>20‰?yún)^(qū)段的鋪軌長度之和。同時，根據(jù)曲線半徑分布情況，計算鋪設(shè)在線熱處理鋼軌的總長度。

3.5.2 鋪道床工程量

（1）根據(jù)概算單元的劃分，計算每個單元內(nèi)有砟道床的工程量。有砟軌道鋪道床工程量主要包含面砟體積、底砟體積的計算（道砟體積=斷面面積×鋪軌長度），路基、橋梁、隧道地段分別計算。有砟軌道道砟體積的計算流程如圖4 所示。

圖4 有砟軌道道砟體積計算流程

（2）根據(jù)概算單元的劃分，計算每個單元內(nèi)無砟道床的工程量。無砟道床的工程量應(yīng)區(qū)分CRTSⅢ型板式無砟軌道、CRTS 雙塊式無砟軌道、彈性支承塊式無砟軌道、長枕埋入式無砟軌道等類型，分別計算其在不同線下基礎(chǔ)類型上的直線、曲線無砟道床長度，隧道地段需進一步區(qū)分距離洞口200 m 范圍內(nèi)和距離洞口200 m 以上的無砟道床數(shù)量。

（3）分別計算在路基、橋梁、隧道地段內(nèi)的12 號、18 號、42 號無砟道岔的數(shù)量。

（4）計算每個概算單元內(nèi)的有砟無砟過渡段的數(shù)量。

3.5.3 無縫線路、軌道養(yǎng)護及精調(diào)相關(guān)的工程數(shù)量

（1）工廠焊接、工地焊接、無縫線路鎖定焊接的閃光焊接頭數(shù)量；

（2）道岔內(nèi)及道岔與區(qū)間連接的鋁熱焊焊接接頭數(shù)量；

（3）位移觀測樁數(shù)量；

（4）區(qū)間線路鋼軌預(yù)打磨的長度及需預(yù)打磨的道岔組數(shù)；

（5）無縫線路應(yīng)力放散及鎖定的長度、無縫道岔應(yīng)力放散及鎖定的組數(shù)；

（6）各型號鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器組數(shù)；

（7）其他相關(guān)的軌道工程數(shù)量，包括有砟軌道大機養(yǎng)護、有砟軌道開通前整理、無砟軌道預(yù)打磨后清理鐵削、無砟軌道及鋼軌精調(diào)、無砟道岔精調(diào)、無砟軌道精調(diào)時更換的墊板和軌距擋板的數(shù)量。

3.6 計算結(jié)果復(fù)核及輸出

軌道工程數(shù)量計算完成后，軟件自動復(fù)核路基、橋梁、隧道地段的鋪軌總長度與相應(yīng)的道床總長度是否一致；核實每一單元內(nèi)鋪軌總長度、鋪軌分段長度之和及鋪道床長度之和三者是否一致；核實道岔組數(shù)和岔后無枕段長度是否一致；核實計算結(jié)果是否存在漏項。如有上述情況，則發(fā)出預(yù)警，并返回修改初始的輸入數(shù)據(jù)，再次計算復(fù)核，直至復(fù)核無誤。

3.7 計算結(jié)果輸出

（1）以Excel 表格的形式，按照工程經(jīng)濟專業(yè)要求的格式，輸出軌道工程數(shù)量表、路基地段表、道床鋪設(shè)地段表。其中，軌道工程數(shù)量表的組成如圖5 所示。

圖5 鐵路軌道工程數(shù)量表組成

（2）以Access 數(shù)據(jù)表形式保存計算結(jié)果和計算過程數(shù)據(jù)，以便查詢及備案。

4 結(jié)果驗證及應(yīng)用效果

4.1 有砟軌道斷面面積計算結(jié)果驗證

（1）利用軌道工程數(shù)量計算軟件計算路基雙層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積，其中，面砟厚度300 mm、底砟厚度200 mm，道床頂面寬度3 400 mm，線間距4.2 m。將計算結(jié)果與既有的CAD 插件計算結(jié)果進行對比，如表1 所示。

表1 路基雙層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積計算結(jié)果對比

（2）利用該軟件計算橋隧單層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積，其中，面砟厚度350 mm，道床頂面寬度3 400 mm，線間距4.4 m。將計算結(jié)果與既有的CAD 插件計算結(jié)果進行對比驗證，如表2 所示。

表2 橋隧單層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積計算結(jié)果對比

根據(jù)表1、表2 的計算結(jié)果可看出，軟件計算的路橋隧地段有砟軌道道砟斷面面積與既有的CAD 插件相比，兩者差值比例最大在6‰左右，誤差較小，驗證了軟件計算有砟軌道斷面面積的正確性。

4.2 軌道工程數(shù)量計算結(jié)果對比驗證

以某時速350 km/h 的高速鐵路為例，在本文軟件中輸入專業(yè)接口數(shù)據(jù)、軌道數(shù)據(jù)、鋪軌基地位置信息等，計算其某一個概算單元的鋪軌及鋪道床的工程數(shù)量，并將計算結(jié)果與人工統(tǒng)計結(jié)果進行對比，如表3 所示。

表3 軌道工程數(shù)量軟件計算結(jié)果與人工統(tǒng)計結(jié)果對比

從表3 可看出，軟件計算的鋪軌工程數(shù)量、道床數(shù)量與人工統(tǒng)計的結(jié)果一致，驗證了本文開發(fā)軟件計算結(jié)果的正確性。

4.3 應(yīng)用效果

目前，該軟件在贛深（贛州—深圳）高速鐵路、張吉懷（張家界—吉首—懷化）高速鐵路、滬蘇湖（上?！K州—湖州）鐵路、珠江肇（珠海—江門—肇慶）高速鐵路等多個項目中得到了應(yīng)用。軌道工程數(shù)量的計算，如采用人工統(tǒng)計的方式，完成鋪軌數(shù)量及道床計算往往需要3～4 天，采用本文設(shè)計的軟件生成符合提交要求的軌道工程數(shù)量表僅需要2～3 h，計算效率顯著提升。同時，軟件還可自動生成全線路基地段表、全線路橋隧分段表，為設(shè)計單元軌節(jié)表和軌枕扣件布置表提供基礎(chǔ)資料。

5 結(jié)束語

本文在分析鋪軌新定額的軌道工程數(shù)量計算新要求的基礎(chǔ)上，研發(fā)了軌道工程數(shù)量計算軟件，可快速準確地完成鋪軌分坡度的復(fù)雜計算，自動計算不同超高下的有砟軌道斷面面積、軌道工程數(shù)量表等。軟件自動化程度高，且具有數(shù)據(jù)復(fù)核、預(yù)警功能，可對軌道工程接口設(shè)計進行檢驗反饋；可生成鐵路軌道設(shè)計過程中所需的資料，顯著提高了軌道工程數(shù)量的計算質(zhì)量和工作效率，縮短了軌道工程設(shè)計周期。