基于GIS的线路主要结构物费用估算算法设计

王 铮

(兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州 730070)

基于GIS的线路主要结构物费用估算算法设计

王 铮

(兰州交通大学土木工程学院，甘肃 兰州 730070)

利用GIS系统中ArcCatalog地理数据库及属性选择功能，收集空间结构物工程实例并创建了文件地理数据库，针对某拟建项目，通过构造查询表达式在文件地理数据库中进行筛选，分别得到拟建空间结构物的工程造价基数及相关系数，从而解决了路基、桥梁及隧道工程造价估算的问题。

GIS，结构物，查询表达式，文件地理数据库，工程造价

0 引言

传统的铁路选线方法又称为人工选线，是由选线设计人员基于积累的知识和经验，对已经确定好的可行线路方案的工程量、工程投资、建设意义和建成后运行状况进行评价、分析和比选，最终确定一条最为理想的线路方案。这种方法的缺点在于考虑的影响因素比较简单且单一，具有很大的人为主观性。随着计算机技术的快速发展，越来越多的计算机软件被应用于解决工程中的实际问题，用计算机辅助理念来解决工程实际问题已经成为一种趋势。地理信息系统的迅速发展使得GIS在选线设计领域能够得到充分的利用，其强大的功能(数据储存、处理和三维空间分析功能)可以帮助设计人员解决线路走向设计问题，使铁路选线设计脱离简单且单一的定性分析，提高到定性与定量分析的更高层次，使决策方案更加科学合理。

1 地理空间数据库的建立

1.1 确定入库影响因子

以隧道为例，单位长度隧道工程造价影响因子包括：隧道长度、埋深、线路数目、围岩类型、衬砌类型。

1.2 建立文件地理数据库

地理数据库有三种类型，分别是文件地理数据库、个人地理数据库、ArcSDE地理数据库。由于文件地理数据库的大小具有可扩展性、性能也得到显著提高并且可以跨平台使用，因此推荐使用文件地理数据库。

操作方法如图1所示。

1.3 向文件地理数据库中导入数据

将收集的工程实例按影响各空间结构物工程造价的因素在Excel表格中进行整理归纳，以隧道为例，如图2所示。

向ArcCatalog中加载数据的方法有两种，分别是导入数据和载入数据两种方式。导入数据适用于当数据库中没有对应的要素类或关系表的情况。而如果在地理数据库中已经存在与被载入数据具有结构匹配的数据对象的情况下，采用载入数据的方式。导入数据的方法如图3所示。

2 基于GIS的结构物造价函数的确定

2.1 目标函数的数学模型

minf=f1+f2+f3

(1)

其中，f1，f2，f3分别为建造路基、桥梁、隧道工程的造价。把工程造价最低的路基、桥梁和隧道组合作为最终的结构物空间布置方案，从经济性角度来说是合理可行的。

1)路基工程费。路基工程费一般包括两部分，即路基工程费和挡墙费用：

(2)

2)桥梁建筑费的计算。按桥长计算建筑费，计算公式如下：

(3)

其中，n为桥梁座数；P2为桥梁单价；LQ为桥梁长度。

3)隧道建筑费的计算。

(4)

其中，n为隧道的座数；P3为隧道的单价；LSD为隧道长度。

2.2 ArcGIS中的查询表达式

在ArcGIS中，查询表达式是用来选择要素和表记录的子集。ArcGIS当中的查询表达式符合标准的SQL表达式。ArcGIS查询表达式的一般格式为：<字段名> <运算符> <值或字符串> 。

2.3 基于GIS的线路空间结构物单价确定方法

1)文件地理数据库中选择与拟建工程相似度最高的工程实例。构建查询表达式并验证，如图4所示。

若数据库中不存在满足查询表达式要求的案例，返回结果为空，若存在，返回结果如图5所示。

经属性选择得出的工程实例，将其单价视为基数。

2)比较拟建工程与最相似工程得到存在差异的影响因子，确定其对单价的影响系数。比较拟建工程和相似度最高的工程实例，找出存在差异的影响因子，通过GIS的属性选择功能和线性内插方法确定这些影响因子对单价的影响系数。

3)得出结果。分别将基数和系数相乘，得到最后的结果即拟建项目的估价。

3 计算结果分析

以隧道为例，现有一拟建项目，工程概况为：隧道长度为550 m,埋深50 m，单线，围岩类型ⅡⅢⅣ，衬砌类型为整体式衬砌，需要对隧道单价进行估算。

计算过程如表1所示。

表1 计算过程

从表1可以看出，与拟建项目相似度最高的工程实例单价为78 000元/延米，二者存在差异的影响因子分别为埋深和长度，其影响系数分别为1.10和1.01，则拟建项目单价为78 000×1.10×1.01=86 658元/延米。

4 结语

1)此计算方法对桥梁以及路基同样适用。

2)计算结果对于线路空间结构物的优化分布具有一定的指导意义。

3)随着数据库的扩充，进行相似性比对时候考虑的因素也随之增多，经属性选择得出的结果会更加合理。

[1] 牟乃夏，刘文宝.地理信息系统ArcGIS10从初学到精通[M].北京：测绘出版社，2012.

[2] 李建松,唐雪华.地理信息系统原理[M].武汉:武汉大学出版社,2015.

[3] 傅成栋.铁路选线设计的影响因素研究[J].科技视界,2012(15):57-58.

[4] 曹 健,何东坡,王森岭.GIS技术在道路选线中的应用[J].测绘与空间地理信息,2005,28(6):103-104.

[5] 谢帅帅.基于GIS最优路径技术的铁路选线研究[D].长沙：中南大学，2013.

[6] 马学宁，夏 琼.路基工程[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

[7] 赵海峰.铁路三维空间智能选线理论与方法研究[D].长沙：中南大学，2012.

[8] 程昌秀.空间数据库管理系统概论[M].北京:科技出版社,2011.

Algorithm design for cost estimation of main structure of line based on GIS

Wang Zheng

(SchoolofCivilEngineering，LanzhouJiaotongUniversity，Lanzhou730070,China)

Use the ArcCatalog geographic database and attribute selection function of GIS system. Collect engineering examples of spatial structures and create file geographic database. Construct the query expression to select useful data in the file geographic database for a project and then get the construction cost base and coefficient of correlation related. Finally realize the project cost estimation of subgrade, bridge and tunnel.

GIS， structure， query expression， file geographic database， construction cost

1009-6825(2017)03-0225-02

2016-11-15

王 铮(1983- )，男，在读硕士

TU723.32

A