跨座式车辆基地平面总图计算机辅助设计软件研究与开发

杨文成 王圆圆 郝 昕

（1.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055；2.北京静态交通投资运营有限公司，北京 100073；3.辽宁省重要技术创新与研发基地建设工程中心，辽宁沈阳 110086）

1 软件研究与开发背景

目前我国城市轨道交通制式呈高速发展态势，跨座式轨道交通具有相对造价低、平纵限制少、占地面积优等特点，被应用至中低运量的城市轨道交通领域。在跨座式轨道交通规划及投资中，受到诸多因素制约，车辆基地设计工作反复调整，缺少专业的车辆基地辅助设计软件，加剧了设计人员的重复工作量，使设计效率不够高。车辆基地线束量庞大，咽喉区布置复杂，各平纵约束条件繁杂而细致[1-4]。随着各种新技术在轨道交通中的发展以及AutoCAD功能不断更新完善，亟须辅助设计软件与时俱进，本研究设计符合设计人员操作习惯、稳定高效的跨座式车辆基地平面总图计算机辅助设计软件。

2 软件功能架构及开发技术

2.1 功能架构

软件总体架构和各项功能围绕跨座式车辆基地平面总图设计需求展开，以线路平面、纵断、横断三维空间的各项信息要素作为基准，绘制车辆基地内各种设备图形，根据设计要求对不同设备赋予非几何信息，有效区分重复元素[5]。软件功能主要包括线路设计模块、附属设备设计模块、表格图框工具，每个模块由若干子工具组成[6]，每项工具包含诸多专项功能。

软件总体架构如图1所示。

图1 软件总体架构

2.2 开发技术

AutoCAD平台支持的二次开发技术主要包括基于LISP语言的AutoLISP开发技术、基于VBA语言的开发技术、基于C++语言的ObjectARX开发技术和基于C#语言的AutoCAD.NET开发技术。针对不同的开发技术，经各项特性比较后选择执行效率高、可扩展性强的ObjectARX作为本软件开发技术，并辅以MFC技术、数据库技术等[7]建立功能清晰、交互便捷、流程完善的软件系统。根据设备时态、编号样式等不同参数规则，实现可以满足不同设计阶段的跨座式车辆基地平面总图计算机辅助设计。

3 软件逻辑层次

为实现软件系统性，需要预先规定软件系统的整体逻辑，采用数据层、传递层、交互层的三层次法。数据层主要包括基础系统及平台、信息资源；信息层是软件处理信息的核心，包含各种算法及交互逻辑；交互层包含与用户直接相关的与数据层交互的各种逻辑内容。

软件逻辑层次如图2所示。

图2 软件逻辑层次

4 软件核心功能介绍

4.1 车辆基地道岔布置

车辆基地平面总图中，股道线束的布置是首要任务，但车辆基地与区间不同，线束布置的核心因素是基地咽喉区内各道岔的绘制和科学排布，跨座式轨道交通的各类道岔形式非常独特，与传统铁路或地铁道岔具有很大差异。跨座式道岔主要分为关节型道岔、枢轴型道岔和换梁型道岔，不同的道岔的开向形式具有较大差异。

道岔类型如图3所示。

图3 道岔类型

针对不同道岔需要订制不同参数，根据各项参数绘制不同形式的道岔。

道岔定位示意如图4所示。

图4 道岔定位示意

绘制时，需要用户选择道岔所属股道，输入道岔编号，选择设计时态和道岔类型、开向形式，根据定位情况确定道岔图形位置和象限。如道岔岔心起点为A、根据股道走向确定B点和偏向C，确定其在X-Y坐标轴下各点关系。

4.2 车辆基地咽喉区优化

优化过程中，选定需要出岔的股道，沿股道方向确定桩号，由股道编号及其桩号匹配股道的平面和纵断面信息，选择出岔象限，为方便用户交互操作，可按照专业绘图逻辑和设计规范制作简洁美观的MFC窗体，通过ACCESS数据库技术实时将各道岔型号、夹直线、岔后曲线等设计原则与预制MDB文件联动。

道岔绘制逻辑流程如图5所示。

图5 道岔绘制逻辑流程

基本的道岔绘制完成后，为了尽量减少设计错误并提供辅助手段判别咽喉区道岔布置是否合理，应按照专业设计逻辑建立基本优化算法[8-9]，以提高咽喉区设计效率。

咽喉区优化算法逻辑流程如图6所示。

图6 咽喉区优化算法逻辑流程

确定咽喉区的道岔进路结构后，A股道上的第m号道岔岔心点编号记为Tm，岔心点空间位置记为（Xpq，Ypq）股道A与相邻股道间距设为Da，象限记为Hpq，m号道岔内部编号记为Mpq。两道岔可以优化合并成渡线时，Npq和Npq+1需要满足一些关系：

选定股道后，计算不可重叠的且距离最小的道岔布置方案。

布置方案在本算法理论基础上是最优的，但实际设计中，车辆基地内地上、地下设备错综复杂，需要各专业的设计人员根据具体情况反复对总图进行调整优化，最终形成合格的平面总图。

4.3 其他主要功能设计

线路平纵、附属设备等其他较通用的功能设计模块[10-13]参考既有常用软件及算法进行重新设计和封装。

主要程序模块如表1所示。

表1 主要程序模块

5 软件应用效果

本软件已在佛山市、阳江市等多个跨座式轨道交通项目前期规划研究中测试应用，有效提高站场专业跨座式车辆基地平面总图设计效率，对设计过程中的诸多辅助算法进行有效验证。软件具有技术先进、便捷交互等特点，还有定位准确、参数详细、逻辑严谨、人机交互界面良好及便于维护等显著优点。软件可以有效避免咽喉区道岔重叠或违反规范约束等低级错误。

6 结语

本研究开发的软件依据跨座式车辆基地平面总图设计需求，利用AutoCAD软件平台和二次开发技术，进行以咽喉区布置为核心功能的进一步创新。使用软件可以有效提升跨座式车辆基地设计品质和工作效率，为参与跨座式项目的建设单位和规划审批部门提供更好的决策参考。