基于鐵路線路設(shè)計與技術(shù)發(fā)展探討

1、<p>　　基于鐵路線路設(shè)計與技術(shù)發(fā)展探討</p><p>　　摘要:本文闡述了線路設(shè)計技術(shù)的進(jìn)步、創(chuàng)新與發(fā)展方向,就鐵路線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的提高和不斷發(fā)展提出鐵路線路設(shè)計需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題分析。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 鐵路; 選線設(shè)計; 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn); 關(guān)鍵技術(shù) </p><p>　　中圖分類號： F530.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p>

2、<p>　　1、鐵路線路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展和提高 </p><p>　　1.1鐵路等級的劃分與設(shè)計行車速度的提高 </p><p>　　鐵路等級的劃分與線路的性質(zhì)及其在路網(wǎng)中的作用、旅客列車設(shè)計行車速度和年客貨運(yùn)量等因素密切相關(guān), 既要考慮鐵路沿線的政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展水平和近期年客貨運(yùn)量, 還要充分考慮線路在鐵路網(wǎng)中地位和作用。列車行車速度關(guān)系到鐵路的運(yùn)輸能力、機(jī)車車輛運(yùn)用、工程投

3、資、運(yùn)輸成本、經(jīng)濟(jì)效益等一系列指標(biāo), 旅客列車設(shè)計行車速度需根據(jù)鐵路運(yùn)輸性質(zhì)、客流密度、地形地質(zhì)條件并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定。一旦鐵路等級確定, 旅客列車設(shè)計最高行車速度也基本確定。 </p><p>　　隨著鐵路科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 技術(shù)裝備水平的提高, 設(shè)計列車速度不斷提高, 以滿足人們對鐵路運(yùn)輸快捷、舒適的要求, 客貨列車共線運(yùn)行Ⅰ級鐵路的旅客列車最高設(shè)計行車速度由120km/h提高到了160km/h, 為進(jìn)一步

4、提高運(yùn)輸質(zhì)量、適應(yīng)市場需求提供了保障。 </p><p>　　1.2鐵路設(shè)計年度的調(diào)整 </p><p>　　鐵路客貨運(yùn)量的增長與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高密切相關(guān), 鐵路建筑物和設(shè)備的能力應(yīng)與客貨運(yùn)量相適應(yīng), 鐵路建設(shè)既考慮分階段加強(qiáng)以節(jié)約各期投資、提高經(jīng)濟(jì)效益, 又考慮對線下基礎(chǔ)設(shè)施和不易改擴(kuò)建的建筑物和設(shè)備按一定時期的運(yùn)輸需求一次建成, 以適應(yīng)發(fā)展?！毒€規(guī)》明確規(guī)定了不同建筑

5、物和設(shè)備能力的設(shè)計年度。以前的三版《線規(guī)》規(guī)定的設(shè)計年度為近、遠(yuǎn)期, 近期為交付運(yùn)營后5年, 遠(yuǎn)期為交付運(yùn)營后10年, 是根據(jù)當(dāng)時我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)增長方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局確定的, 也是符合實際的。近幾年來, 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長, 鐵路客貨運(yùn)量穩(wěn)步增長, 運(yùn)輸需求不斷提高, 因此, 2006年版的《線規(guī)》規(guī)定鐵路設(shè)計年度近期為交付運(yùn)營后第10年,遠(yuǎn)期為交付運(yùn)營后第20年。充分體現(xiàn)了強(qiáng)本簡末、服務(wù)運(yùn)輸、著眼發(fā)展的鐵路建設(shè)理念,

6、 以適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展。 </p><p>　　1.3 平面最小曲線半徑大幅度提高 </p><p>　　客貨共線鐵路平面圓曲線半徑的大小是直接影響行車安全、列車速度和旅客乘坐舒適度的重要質(zhì)量指標(biāo), 要結(jié)合行車速度、養(yǎng)護(hù)維修條件、地形地質(zhì)條件等合理選用。線路最小曲線半徑受鐵路運(yùn)輸性質(zhì)、列車運(yùn)行安全、地形條件、工程經(jīng)濟(jì)等因素影響, 在最大超高、允許欠超高、允許過超高確定時, 一般按滿

7、足旅客列車最高行車速度要求和旅客舒適度與內(nèi)外軌均磨條件要求計算確定。 </p><p>　　《新建時速200 km客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》的頒布, 為旅客列車設(shè)計行車速度200km/h、貨物列車設(shè)計行車速度120km/h鐵路的設(shè)計提供了標(biāo)準(zhǔn)法規(guī), 為我國高標(biāo)準(zhǔn)客貨共線鐵路的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。 </p><p>　　1.4線路設(shè)計必須確保安全 </p><p>　　隨

8、著旅客列車行車速度的提高, 對鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩砸笠苍絹碓礁? 為了確保鐵路安全運(yùn)營, 線路設(shè)計要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范規(guī)定安全的強(qiáng)制性條文。《線規(guī)》規(guī)定, 旅客列車設(shè)計行車速度120km/h及以上的路段, 鐵路兩側(cè)必須設(shè)置隔離柵欄; 通過機(jī)動車的道路下穿鐵路橋梁、涵洞時, 必須設(shè)置車輛通過限高標(biāo)志和限高防護(hù)架; 鐵路與道路立交的鐵路橋或道路橋的橋上兩側(cè)應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)設(shè)施等。充分體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計理念, 提高了鐵路運(yùn)輸?shù)木C合效益。 </p

9、><p>　　2、線路設(shè)計技術(shù)的進(jìn)步 </p><p>　　鐵路線路是一條由曲線、直線組成的空間三維線段, 傳統(tǒng)設(shè)計中它被分解為平面、縱斷面、橫斷面分別進(jìn)行設(shè)計, 尤其在地形陡峻、地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū), 還需考慮路基橫斷面對線路位置的控制因素。傳統(tǒng)設(shè)計手段以人工圖板為主, 即采用人工采集地形圖、紙上定線、人工點繪線路平面、縱斷面、橫斷面圖、描圖員描圖的設(shè)計方法, 勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、設(shè)計周期長,

10、 影響了線路設(shè)計質(zhì)量和鐵路建設(shè)的進(jìn)度。隨著電子計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展, 以及計算方法、優(yōu)化理論、模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)等許多新理論新方法的推陳出新, 給鐵路選 </p><p>　　線設(shè)計注入了新的活力。改革開放以來, 在采用計算機(jī)輔助進(jìn)行選線設(shè)計方面取得了一系列突破性進(jìn)展并廣泛用于生產(chǎn)。如利用航測和其他測繪手段采集數(shù)據(jù), 建立數(shù)字化測圖系統(tǒng), 建立用于選線設(shè)計的帶狀數(shù)字地面模型; 應(yīng)用優(yōu)化理論進(jìn)行線路平面、縱斷面優(yōu)化

11、; 通過開發(fā)計算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行鐵路線路輔助設(shè)計等, 使線路平面、縱斷面、橫斷面的分項設(shè)計都可以在計算機(jī)上完成并直接形成設(shè)計資料數(shù)字化, 真正實現(xiàn)了甩掉圖板的夢想, 初步達(dá)到平、縱、橫一體化設(shè)計的水平。對縮短勘測設(shè)計周期、提高勘測設(shè)計質(zhì)量、優(yōu)化設(shè)計方案、提高生產(chǎn)效率起到了顯著作用。 </p><p>　　3、線路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向 </p><p>　　10多年來, 以CAD 為主的設(shè)計方式

12、在鐵路線路設(shè)計領(lǐng)域中一直占有重要的地位, 然而CAD 設(shè)計方式缺乏立體直觀的效果, 因而很難評估。一般的做法是借助專家感覺和經(jīng)驗來確定。尤其是在鐵路勘測設(shè)計中, CAD 更是難以達(dá)到設(shè)計的立體效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步, 鐵路選線設(shè)計學(xué)科也不斷向前發(fā)展。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入和數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)的廣泛應(yīng) </p><p>　　用, 使得基于三維虛擬地形環(huán)境的數(shù)字鐵路選線成為可能。 </p><p&

13、gt;　　今后, 鐵路線路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展目標(biāo), 是由三維設(shè)計環(huán)境向多維設(shè)計環(huán)境發(fā)展, 由計算機(jī)輔助設(shè)計向人工智能設(shè)計發(fā)展, 建成數(shù)字鐵路選線專家系統(tǒng)。數(shù)字鐵路選線專家系統(tǒng)以在數(shù)字?jǐn)z影測量基礎(chǔ)上建立的三維三角網(wǎng)數(shù)字地面模型為載體, 綜合設(shè)計線路影響域內(nèi)的政治、經(jīng)濟(jì)、國防、文化、城鎮(zhèn)規(guī)劃、工農(nóng)業(yè)布局、自然環(huán)境、土地利用、工程地質(zhì)、人工建筑以及設(shè)計項目的安全舒適、運(yùn)營成本等多方面物理空間和非物理空間的因素, 形成具有多維數(shù)字化特征的線路設(shè)計仿

14、真環(huán)境, 然后模仿工程師的專業(yè)設(shè)計思維, 自動進(jìn)行線路的平面、縱斷面、橫斷面設(shè)計, 并以多維空間中的若干個目標(biāo)作為決策因子, 進(jìn)行線路方案的綜合比較評價, 最終提供一個或多個比較優(yōu)勢方案, 包括各方案的主要工程數(shù)量、各個決策目標(biāo)的權(quán)重值、各個設(shè)計方案的三維仿真效果等。數(shù)字鐵路選線專家系統(tǒng)是眾多行業(yè)專家設(shè)計經(jīng)驗的集成, 既是一個內(nèi)容豐富的專業(yè)知識庫, 又具有一定的人工智能能力。一旦建成數(shù)字鐵路選線專家系統(tǒng),能有效地將鐵路選線設(shè)計與測繪技術(shù)

15、、虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合起來, 將會大大提高鐵路選線設(shè)計的生產(chǎn)效率, 縮短工程設(shè)計周期, 產(chǎn)生重大社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。數(shù) </p><p>　　字鐵路選線系統(tǒng)的出現(xiàn)將標(biāo)志著鐵路選線設(shè)計技術(shù)的一次革新。 </p><p>　　4、線路設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)研究 </p><p>　　4.1各種影響因素的數(shù)字化 </p><p>　　鐵路線路方案的選擇, 是一

16、個復(fù)雜的對眾多因素進(jìn)行綜合定性分析的過程, 在綜合分析的基礎(chǔ)上, 依據(jù)工程師的經(jīng)驗選擇一個設(shè)計方案, 而計算機(jī)只能進(jìn)行定量計算, 并將計算結(jié)果與給定的量化指標(biāo)進(jìn)行比較,再篩選一個或幾個設(shè)計方案。因此, 有必要針對不同 </p><p>　　的因素及其對線路設(shè)計的影響能力研究不同的數(shù)字化機(jī)制, 將對客觀世界的定性描述轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)上的數(shù)字描述, 從而使相對于計算機(jī)的隱性信息顯性化。如, 地球表面是一個非常復(fù)雜的曲面,

17、有起有伏, 有陡有緩,這是其定性特征。為了讓計算機(jī)能夠從鐵路工程角度對地面進(jìn)行數(shù)字分析, 我們用地面上的一組三維直角坐標(biāo)點來表示地形, 這就是地面的數(shù)字化。 </p><p>　　4.2 建立各種因素的數(shù)字模型 </p><p>　　數(shù)字模型是因素的數(shù)學(xué)表達(dá)形式, 在將各種因素數(shù)字化之后, 要使計算機(jī)能夠快速、準(zhǔn)確地使用這些數(shù)字化信息, 就必須對數(shù)字化信息(數(shù)據(jù)) 進(jìn)行排列組織, 建立它們

18、之間的拓?fù)浜涂臻g索引關(guān)系, 形成各種因素的數(shù)字模型。例如, 使相臨的3個點形成1個三角形, 用該三角形確定的空間平面代表其所在區(qū)域的地表曲面, 所有三角形組成1個網(wǎng), 就形成了三角網(wǎng)數(shù)字地面模型。 </p><p>　　4.3開發(fā)專家選線設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型前兩項關(guān)鍵技術(shù)的研究為智能選線設(shè)計奠定了基礎(chǔ), 初步形成了可用于鐵路設(shè)計的GIS系統(tǒng)。以GIS系統(tǒng)為基礎(chǔ), 利用當(dāng)今科技的硬件、軟件和通信技術(shù),集成鐵路設(shè)計規(guī)范

19、, 融入眾多行業(yè)專家豐富的設(shè)計經(jīng)驗, 使計算機(jī)具有一定的人工智慧, 從而可以自動完成線路方案設(shè)計。其中研究的重點是如何把專家的設(shè)計 </p><p>　　經(jīng)驗轉(zhuǎn)化成計算機(jī)程序, 即開發(fā)數(shù)字專家系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型, 實現(xiàn)智能化選線設(shè)計。 </p><p>　　4.4實現(xiàn)鐵路勘測設(shè)計一體化 </p><p>　　利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和工程數(shù)據(jù)庫, 將各專業(yè)的CAD 工作站聯(lián)網(wǎng), 做

20、到信息互換, 資源共享。需開發(fā)勘測設(shè)計一體化管理信息系統(tǒng), 包括具有一套以明確設(shè)計中各級審定部門責(zé)任的嚴(yán)密的電子文檔簽署權(quán)限功能; 需實現(xiàn)外業(yè)勘測資料信息化, 包括地質(zhì)勘探資料的信息化; 需進(jìn)行各專業(yè)設(shè)計軟件的集成化, 包括統(tǒng)一各專業(yè)之間的技術(shù)術(shù)語, 建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)等; 以達(dá)到各專業(yè)在同一平臺協(xié)同設(shè)計, 大幅提高設(shè)計質(zhì)量和效率的目的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b>

21、;</p><p>　　[1] GB J90— 85, 鐵路線路設(shè)計規(guī)范[S] . </p><p>　　[2] 鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·線路[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 1993. </p><p>　　[3] 詹振炎. 鐵路選線設(shè)計的現(xiàn)代理論和方法[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2001. </p><p>　　[4]