有砟轨道道砟数量计算软件的开发.pdf

·轨道工程·收稿日期：２０１６０３０４有砟轨道道砟数量计算软件的开发龚小平１　谭玉玲２（１．中铁第五勘察设计院集团有限公司　北京　１０２６００；２．北京交通运输职业学院　北京　１０２６００）摘　要　在有砟轨道设计中，道砟数量的计算一直是一个重难点。基于有砟道床断面图，利用　ＶＢ　编程软件在界面中输入道床断面参数，通过解析计算精确得到不同线路类型地段的单位长度道砟数量，再经过长度范围统计，得到全线或概算段落的道砟数量，可以极大提高工作效率，为设计和施工提供指导。关键词　有砟轨道　道砟数量　解析计算　软件开发中图分类号　　　Ｕ２１３．７文献标识码　　　Ａ文章编号　１００９４５３９　（２０１６）增　１０４２８０４　　　　　　　　ＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＣａｌｃｕｌａｔｉｎｇＢａｌｌａｓｔＱｕａｎｔｉｔｙｆｏｒＢａｌｌａｓｔＴｒａｃｋ　　　ＧｏｎｇＸｉａｏｐｉｎｇ１，　　　ＴａｎＹｕｌｉｎｇ２（　　　　　　　　　１．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＦｉｆｔｈＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，　Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ；　２．ＢｅｉｊｉｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌ　　ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２６００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ　　　　Ｉｎｂａｌｌａｓｔｔｒａｃｋｄｅｓｉｇｎ，　　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｂａｌｌａｓｔ　　　ｑｕａｎｔｉｔｙｉｓａｌｗａｙｓｉｍｐｏｒｔａｎｔ　　　　ａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｌｌａｓｔ　　　　　　ｂｅｄｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｕｔｉｌｉｚｉｎｇＶＢｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ，ｆｉｒｓｔｌｙ，　　　　　ｗｅｅｎｔｅｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｂａｌｌａｓｔ　　　ｐｒｏｆｉｌｅｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｈｅｂａｌｌａｓｔｎｕｍｂｅｒｏｆｕｎｉｔｌｅｎｇｔｈｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｎｅｔｙｐｅｓｅｃｔｉｏｎｗａｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｔｉｃｃａｌｃｕｌａ轨ｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂａｌｌａｓｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｎｅｏｒｂｕｄｇｅｔａｒｙｅｓｔｉｍａｔｅｒａｎｇｅｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒａｎｇｅ　　　　　　　ａｎｄｌｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｃｏｕｌｄｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　　　　　ａｎｄｇｕｉｄｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　ｂａｌｌａｓｔｔｒａｃｋ；　ｂａｌｌａｓｔｑｕａｎｔｉｔｙ；ａｎａｌｙｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；　ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　　１引言随着我国铁路建设的发展，对于设计速度≤　２５０ｋｍ／ｈ的线路，广泛采用有砟轨道，道砟为轨道上部结构提供纵横向阻力以及必要的弹性，对保证行车的安全稳定性起着非常关键的作用；线路等级越高，对道砟的要求也越高［　１－３］。在有砟轨道铁路项目设计中，道砟数量的计算一直是一个重难点，且在轨道工程投资中占有较大比重。相对于钢轨、轨枕、接头等数量计算，道砟数量的计算更为复杂，且难以计算精确。直线地段、不同半径的曲线地段，土质路基、硬质岩石路基、桥梁、隧道地段，单、双线地段道床断面均有所不同，有成千上万种断面型式，尤其是对于一些复杂断面，如在双线曲线地段，存在曲线超高、路肩加宽、线间距加宽和小半径曲线砟肩加宽等情况，通过传统的　ＣＡＤ　软件绘制道床断面图进行道砟数量计算，不仅工作量极大，而且容易出错。如果一个断面（单位米长）道砟数量误差　０．１ｍ３，对于　　１００ｋｍ　长的线路，数量相差　　　１００００ｍ３，投资估值一二百万元。开发道砟数量计算软件，能快速有效地解决以上这些问题。软件可投入到实际生产项目中，大大提高工作效率和设计精度，同时增强科研实力。　２软件开发原理　　２．１道床断面参数为便于软件开发，首先必须了解道床断面的主要参数。结合设计规范［　４－８］，典型路基地段道床断面如图　１　所示，桥梁和隧道地段的道床标准与路基地段基本相同，主要区别在于两侧有挡砟墙或边墙（高侧水沟）的支挡作用，且为单层道床。由此可知，道床断面是一个封闭的多边形，主要的参数有：８２４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）·轨道工程·图　　　１土质路基双线地段典型道床断面图示　Ｆｉ—道砟地段类型，分路基、桥梁、隧道地段；Ｐｉ—轨枕类型，分Ⅱ型枕和Ⅲ型枕等；Ｒｉ—钢轨类型；ｄ—线间距；ｂ—道床顶面宽度；ｈ１、ｈ２—曲线地段外轨超高；ｈｍ—道床面砟厚度；ｈｄ—道床底砟厚度；１：ｍ—道床边坡坡度；１：ｎ—路基路拱坡度；Ｓ—线路长度，单位长度取　　１ｍ；Ｄ—轨枕埋入道床深度；ｅ—钢轨中线距离，国内铁路取　　１．５ｍ；ｖ—桥梁、隧道宽度；ｃ—道床砟肩宽度，需考虑曲线加宽和隧道加宽等；ｗ—每公里轨枕根数。　２．２开发方式的确定　　２．２．１主要开发方式介绍明确道床断面的主要参数之后，编制道砟数量计算软件，主要有以下　２　种开发方式可供选择。（１）ＣＡＤ　二次开发道床断面是一个相对不规则的多边形，基于ＣＡＤ　的面积输出功能，可以得到　１ｍ　长线路道砟体积，整个过程可以通过　ＣＡＤ　的二次开发实现［９］。例如，使用　　ＣＡＤＶＢＡ　进行二次开发，首先，通过道床断面参数进行解析计算可以获得图形边界每个顶点的坐标（ｘｉ，ｙｉ），再生成图形输出数据，主要的操作命令如下：　ＤｉｍｐｌｉｎｅＯｂｊ　ＡｓＡｃａｄＬＷＰｏｌｙｌｉｎｅ　Ｄｉｍｐｏｉｎｔｓ（　　０Ｔｏ２ｎ　－１　）　　ＡｓＤｏｕｂｌｅ（ｎ　为多边形的顶点数），则多边形每个点的坐标为为：ｐｏｉｎｔｓ（２ｉ　－２）＝ｘｉ：ｐｏｉｎｔｓ（２ｉ　－１　）＝ｙｉ断面边界点确定后通过命令　　　ＳｅｔｐｌｉｎｅＯｂｊ＝Ｔｈｉｓ轨ＤｒａｗｉｎｇＭｏｄｅｌＳｐａｃｅＡｄｄＬｉｇｈｔＷｅｉｇｈｔＰｏｌｙｌｉｎｅ道道（ｐｏｉｎｔｓ）可以得到一个封闭的多边形。再通过命令　≤—ⅡⅢ“”“通过定义的点形成的面积”为：２日０１６３４有砟数量计　即可显示道床断面的面积，即单位长度的道砟体积。（２）数学解析方式通过道床断面参数可以得到唯一的图形，即道砟的体积一定是道床断面参数的函数，因而道床道砟数量　Ｖ＝Ｆ（ｄ，ｂ，ｈ１，ｈ２，ｈｍ，ｈｄ，ｍ，ｎ，Ｄ，Ｆｉ，Ｐｉ，Ｒｉ，Ｓ，ｃ，ｗ……），找到通用的解析式，给定参数，就很容易求得道砟数量［１０］。整个过程的重难点在于找到通用的解析式，在求解析式过程中，为便于计算可以将道床断面划分成多个三角形、长方形和梯形，逐一得到每块的面积，求和得到总面积，即单位长度的道砟体积，再乘以长度得到总体积。为便于操作，可以利用　ＶＢ　编程软件面向图形用户界面的可视化操作平台［　１１－１２］，在界面中输入参数，整个解析计算过程内置于软件中，直接在界面中显示计算结果。　２．２．２方案选择方案一需要用到　ＣＡＤ　软件和　ＣＡＤ　的二次开发技术，计算顶点的坐标计算较麻烦，且软件封装使用时必须打开　ＣＡＤ　软件；计算精度很高。方案二需要通过较为复杂的解析计算，但能够得到具体的数量计算解析式，更为直观，不要需要借助　ＣＡＤ　以及　ＣＡＤ　二次开发，且同样能达到相当高的精度。因而本项目采用方案二。软件编制的主要流程如图　２　所示。图　　２软件编制流程　　２．３软件验证通过画　ＣＡＤ　断面图经过命令显示得到的道砟数量与用软件计算得到的道砟数量进行对比，以验证软件编制的可靠性和精确性。例如，某有砟铁路采用重型轨道标准，铺设　　６０ｋｇ／ｍ轨、Ⅲ型枕跨区间无缝线路，路基地段铺设９２４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）·轨道工程·双层道床，面砟厚度　　０．３ｍ，底砟厚度　　０．２ｍ；桥梁和隧道地段铺设单层道床，道砟厚度不小于　　０．３５ｍ，结合梁型和隧道断面铺设。单线道床顶面宽度　３．４ｍ，双线道床顶面宽度分别按单线设计。分别验证路基、桥梁和隧道直线、曲线地段单位公里的道砟数量计算，分别见表　１、表　２　和表　３。表　　　１路基地段软件计算和　ＣＡＤ　画图结果比较ｍ３项目路基地段单线双线（线间距　　５ｍ）直线曲线（超高　９０ｍｍ）直线曲线（超高　　１１０ｍｍ）ＣＡＤ值软件值ＣＡＤ值软件值ＣＡＤ值软件值ＣＡＤ值软件值面砟数（不扣轨枕）　２５６２　２５６２　２８４０　２８４０　４７９０　４７９０　５４３３　５４３３底砟数８２４８２４８４２８４２　１９９９　１９９９　２０２６　２０２６表　　２桥梁地段软件计算和　ＣＡＤ　画图结果比较ｍ３项目桥梁地段（２１０１　梁）单线双线（线间距　　５ｍ）直线曲线（超高　９０ｍｍ）直线曲线（超高　　１１０ｍｍ）ＣＡＤ值软件值ＣＡＤ值软件值ＣＡＤ值软件值ＣＡＤ值软件值面砟数（不扣轨枕）　　２３５１　　２３５１　　２５５１　　２５５１　５１０１　５１０１　５５３７　５５３７表　　３隧道地段软件计算和　ＣＡＤ　画图结果比较ｍ３项目隧道地段单线（　４．４ｍ　宽隧道断面）直线曲线（超高　　９０ｍｍ，不考虑曲线加宽）ＣＡＤ　值软件值ＣＡＤ　值软件值面砟数（不扣轨枕）　２４７６　２４７６　２６７４　２６７４　　从表　１、表　２　和表　３　中可以看出，路、桥、隧地段软件的计算值和　ＣＡＤ　画断面的结果是精确一致的。路基地段软件的典型计算过程如图　３　所示。图　　３曲线双线路基地段软件计算　３软件操作功能本软件适用于所有新建有砟铁路正线道砟数量计算，也可通过不同断面数量加减计算部分既有线改建如抬落道的道砟数量。（１）首先，基于轨道标准输入道床断面参数。（２）根据直线和不同半径曲线路基、桥梁、隧道地段的各种类型的道床断面，计算出面砟和底砟的断面面积，即单位长度的面砟和底砟体积（其中面砟需考虑扣除轨枕埋入的体积）。（３）根据各种地段单位长度道砟体积，再输入统计的该类型地段的长度，相乘计算该地段道砟数量，保存到　”文件中；各种工况再依次计算保存；最后统计得到全线或部分段落的道砟数量，满足设计的需要。也可以将线路数据库中曲线表、桥梁表、隧道表、断链表以及统计得到的道岔表、无砟轨道地段（该地段无道砟，需扣除）表导入到　Ｅｘｃｅｌ文档中，分开统计得到不同直线、曲线的路基、桥梁、隧道地段长度，对应输入单位道砟数量，最后计算得到全线或部分段落的道砟数量。　４结论本软件采用可视化界面，具有友好的人机交互功能，部分数据可以下拉选择，操作简便；软件基于解析计算方法，采用模块化设计，实现了道砟数量计算等功能，可有效提高铁路轨道专业设计生产效率和准确性。软件在和邢线施工图设计、金台线施工图设计等铁路项目上使用，经过了实践检验，为设计人员节省了大量的道砟数量计算时间，取得了很大的经济效益。参考文献［１］　李成辉．轨道［Ｍ］．四川：西南交通大学出版社，２００９：　１－３９．［２］　高亮等．轨道工程［Ｍ］．２　版．北京：中国铁道出版社，２０１５：　１－８０．［３］　王青波．大秦线人工更换桥梁道砟施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（２）：　６６－６９．［４］　　　　ＴＢ１００８２－２００５铁路轨道设计规范［Ｓ］．［５］　　　　ＴＢ１００１５－２０１２铁路无缝线路设计规范［Ｓ］．［６］　铁建设函［２００５］２８５　号　新建时速　２００　公里客货共线铁路设计暂行规定［Ｓ］．０３４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）·轨道工程·［７］　　　　ＴＢ１０６２３－２０１４城际铁路设计规范［Ｓ］．［８］　　　　ＴＢ１０６２１－２０１４高速铁路设计规范［Ｓ］．［９］　龚小平．基于　ＶＢＡ　的　ＣＡＤ　二次开发绘制无缝线路布置图［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１５（１）：　３９－４２．［１０］铁道第四勘察设计院．铁路工程设计技术手册　－站场及枢纽［Ｍ］．修订版．北京：中国铁道出版社，２００４：　４５９－５１３．［１１］龚沛曾，陆慧明，杨志强．ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ　程序设计简明教程［Ｍ］．２　版．北京：高等教育出版社，２００５：　７４－２２６．［１２　］邱李华，曹青，郭志强．ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ　　　　　　程序设计教程［Ｍ］．３　版．北京：机械工业出版社，２０１１：檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪　６０－１５０．　　（上接第　３９６　页）　３．５虚拟现实技术提高客户体验ＶＲ（虚拟现实技术）［７］，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，通过相应的封闭式设备，提供给使用者视觉等感官方面的真实体验，获得沉浸式的使用感受。在房地产领域，通过该技术的应用可以为客户提供虚拟样板间、虚拟沙盘、虚拟售楼处等服务。近年来由于硬件设备的成本制约，房地产行业应用还在积极尝试中，相信随着技术应用的发展，成本下降，并实现与现实增强技术（ＡＲ）的结合，可以实现远端虚拟看房，售楼处、样板间现实增强看房的新方式。　４“对传统房地产企业实现互联网　＋”的建议对于以住宅为主业的传统房地产企业，面对“互联网　＋”所带来的挑战和机遇，应主动融入、顺势而为，不断促进企业持续快速发展。　　４．１确定战略定位需要认识到互联网是人类分工协作模式的革命性进步，带给世界的变化将不亚于蒸汽机、电力所引发的两次工业革命。无视或者低估这次革命“蕴含的力量，将被历史淘汰。因此互联网　＋”不仅作为工具使用，也可以成为战略布局的重要基石。“互联网　＋”意味着行业边界的突破与重塑，新的商业模式再生，在新的商业食物链中，我们要处于什么地位，需要从战略层面界定清晰。　４．２实现企业内部管理运营的信息化、数字化“互联网　＋”重塑商业地图过程中，传统房地产企业能够占据什么地位，主要取决于自身信息化水平。在地产白银时代和互联网普及的大背景下，企业内部管理信息化显得尤其重要和迫切。用流程化、数字化重塑公司内部管理，建立专业而高效的信息化管理运营体系，是企业健康高速发展的基础，也是企业“从容主动互联网　＋”的基础和前提［８］。　４．３企业内部需要建立利于创新的体制机制要迈开步子，行动起来，勇于尝试、勇于创新，并建立利于创新的体制机制。创新需要创新性的人才，创新需要创新性的环境，创新需要企业管理层的直接倡导和实质性的持续推动；创新意味着资源的投入、创新意味着有风险、创新意味着有可能会失败。但只有不断创新、不断试错，才有可能跟上时代的脚步，获得可持续发展的能力。　５结束语互联网可能会改变商业的形态、组织方式和游戏规则，但它不会改变商业的本质。一切商业终将回归产品和服务，回归到满足客户需求，作为企业要做的就是保证产品和服务足够好、效率足够高。移动互联网只是加剧了行业回归到这个商业本质的过程。参考文献［１］　李海舰，田跃新，李文杰．互联网思维与传统企业再造［Ｊ］．中国工业经济，２０１４（１０）：１３５．［２］　李振合．互联网　＋房地产的真谛是跨界融合连接一切［　ＥＢ／ＯＬ］．（２０１５０８２０　）．ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｃｂｎｇｏｌｄ．　ｃｏｍ／ｎｅｗｓｄｅｔｉａｌ．ａｓｐｘ？　　ｉｄ＝４４２１．［３］　徐颖．房地产转型其实只有三条路可以走［ＥＢ／ＯＬ］．明源地产研究，２０１６　（６０）．ｈｔｔｐ：　／／ｗｗｗ．ｍｙｄｃｙｊ．ｃｏｍ／　　　　ｔｏｐｉｃ／ｆａｎｇｑｉｓｈｅｑｕＯ２Ｏｈｏｎｇｈａｉｔｕｗｅｉ４ｂｕｆａ／２０１６／０１２１／６９０２．ｈｔｍｌ［４］　腾讯科技频道．跨界　２：十大行业互联网　＋转型红利［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１５：　１５８－１６４．［５］　龙湖物业．龙湖物业：Ｏ２Ｏ　社区服务创意智慧生活［Ｊ］．城市开发，２０１４（８）：２０．［６］　万科物业官方微信．睿服务　２．０　发布，６０　页干货　ＰＰＴ与演讲实录［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１５０８２３）．ｈｔｔｐ：∥ｍｐ．　ｗｅｉｘｉｎ．ｑｑ．ｃｏｍ／ｓ？＿＿ｂｉｚ　　＝ＭｚＡ３ＭＴＹ５ＮＤＵｙＯＱ＝＝　　　　　　　＆ｍｉｄ＝２１５２２６０１５＆ｉｄｘ＝１＆ｓｎ＝８７ｂ６ｆ１５４ｅｂ３９ｆ８６ｄ５１５１　ｂａ９ｄｄ４７７ｂ２２４＆ｓｃｅｎｅ＝４＃ｗｅｃｈａｔ＿ｒｅｄｉｒｅｃｔ［７］　元略．２０１６　年中国互联网趋势［Ｊ］．互联网周刊，２０１６（５）：４６．［８］　阿里研究院．互联网　＋：从　ＩＴ　到　ＤＴ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１５：５．１３４铁道建筑技术　　　　　ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６　（增１　）