铁路线路设计与技术发展探讨

翟鹏程

中交铁道设计研究总院有限公司

【摘 要】关于铁路选线设计，其综合性较强、涉及多个专业。在具体线路设计过程中，线路设计师要有效运用其专业知识和技能，深入分析地质、地形等地理环境，从而设计出符合社会进步、经济发展等需求的最优化铁路线路。本文首先说明了铁路选线设计的重要性，然后分析了铁路线路设计需考虑的因素，最后阐述了铁路线路设计技术的发展——虚拟地理空间建模平台的应用。

【关键词】铁路；线路设计；山区选线；三维可视化

一、铁路选线设计的重要性

在铁路的设计环节中，线路选线是一个最为基础而且最为重要的环节，这一环节的综合性相对而言比较强，也会牵扯到很多的方面，同样也需要用到很多专业的知识，因此这是一项十分复杂的工程。针对目前客观存在的铁路建设标准很高、诸多因素会影响线路选线工作、施工难度相对较高的问题，线路选线这一环节会直接会对铁路建设的整个过程产生直接的影响，铁路设计的可靠性、铁路在设计以及施工过程之中的安全性、铁路设计从实际施工角度上来说的可行性和从经济角度而言的合理性，以及是否能被社会所接纳等一系列因素，所以再者线路选线会直接对地方经济发展产生直接的影响。

二、铁路线路设计因素

（一）地质复杂艰险山区地质选线

1.要以地质条件好坏为首要因素来判别线路方案，并综合考虑工程安全性、可行性与安全性，尽可能满足线路短直、工程投资省、地方满意等因素，通过方案比选逐步实现线路方案优化的最大化。

2.要熟悉绕避不良地质常用手段。如活动断裂带应尽量绕避，不能绕避时，采用大角度通过，并以低矮路基工程形式通过，困难时也可考虑隧道，当必须以桥通过时应尽量降低桥高；强膨胀岩（土）按“一绕二桥三矮路堤”的原则；泥石流以隧道形式通过方案最优，泥石流危害程度小可设桥；采空区绕避要考虑绕避其塌陷区；岩溶发育区当以暗线通过时，要尽量提高线路标高且尽量靠河。

3.对已判断确认可治理的不良地质地段，仍要作绕避方案比较，反之若先作了绕避方案，需作治理通过方案。通过对绕避方案和穿行治理方案的经济比选决策线路走向，并综合考虑运营维护安全性及经济性，确保工程设计方案的安全性及可行性。。针对不良地质地段的选线，最重要的是对治理措施和费用要落到实处，治理措施要可实施，否则会造成不必要的工程浪费。

（二）隧道工程线路选线原则

1.重视洞口选取，尽量做到与地形等高线正交，做到“早进洞晚出洞”。山区隧道较多，选线之初方案较多，在定测前应需逐一比较。

2.应避免隧道长大段浅埋，要有缩短浅埋方案；隧道怕地表水渗漏和危岩落石。

3.应避免隧道长段靠近断层和岩层分界线。

4.长隧线位选取时，要一并选辅助坑道线路，若辅助坑道条件较差，工期较长，则隧道方案有可能不成立。

（三）桥梁工程线路选线原则

1.应避免把桥设在陡坡上，桥基施工困难，在今后易发生病害。若该段在比选后仍要设桥，可将桥位尽可能下移，适量增加桥高，将桥基布在地形宽缓处。山区跨大江河流除了选好的地形、地质外，还要研究桥高（桥位处线路高度），一般讲桥两端为长隧或岩溶发育隧道应将桥尽量提高。

2.地表岩溶发育设桥时，线位要远离排泄通道。

3.在高烈度（8度以上）地震区，需慎重使用桥梁及隧道结构物，不可绕避时线路尽可能使用路堤通过。

三、铁路线路设计技术的发展——三维虚拟地理空间建模平台的应用

虚拟地理空间建模平台系统是由专业软件、硬件设备和自开发的地理空间建模应用程序集成而来。铁路线路设计系统的计算机硬件系统是集成了虚拟技术、交互设计和高效计算能力的一个系统，其基础构成有计算机、专业设备、地形地势收集设备和三维可视化设备等。

（一）系统功能需求和选线设计

1.功能需求

该系统通过菜单栏或菜单选项等为用户提供各项功能，具体有工程管理、空间建模、线路设计、方案选择、视图、地形地势管理、初始设置、窗口管理、帮助等菜单功能。铁路线路设计系统的功能需求有数据库管理、地理空间建模、方案设计和选择、线路设计和优化、线路方案对比和选择等。

2.基本中心线确定

在铁路线路设计初期，要先设置基础信息，点击菜单栏的“基础信息设置”选项，跳出“线路设计基本信息设置”的对话框，比如线路设计方案名为QJ1、里程单位是m、起始位置里程数为0m、间距为5m、路宽为13m等。铁路线路设计系统可通过界面交互或控制点移动等方式来确定选线的方形，还可通过导入现有资料或交点选定来设计铁路线路。在线路确定之后，可在立体环境中可通过不同颜色来表示桥梁、隧道、路基等。通常情况下，可在三维可视界面、平面界面、纵界面中进行协同设计，比如可在三维可视界面将交点移动到新位置。

3.根据构造物类型和位置进行三维立体线路设计

在铁路线路基本中心线确定之后，可运行菜單栏实体选线功能，对线路上有关构造物（比如桥梁、路堤、隧道等）进行选型和位置确定，再点击构造物建模菜单项，建立实时构造物BIM模型，同时在三维可视界面中展开构造物方案的设计和优化。一般情况下，在三维可视界面中，可点击鼠标来选中铁路线路构造物模型，比如隧道、桥梁、路基等，同时进行详细分析和深入优化。

（二）铁路线路三维可视化设计方法

1.地形及线路整体三维模型的设计

在进行地形及线路整体三维模型的设计时，需要将地形及线路三维模型进行整体拼合，这种拼合实质上就是两种三维模型的相互叠加，不过这种叠加无法采用消隐方法进行有效处理，而且会对路基予以覆盖，导致路基模形无法显示出来。为了使路基模型显示出来，就需要对地形模型进行适当的剪裁，在进行剪裁时，需要通过数字地面模型来形成数字高程模型，这种高程模型代表的是地形，然后通过DEM构建一个三角网，搜寻到路基的边缘线所构成的模型，将这些边缘线加入到构建的三角网当中，通过对三角网内多边形中的面进行删除，以此使线路模型在地形模型中得以显示。在进行删除多边形内包括的三角形时，通过判断这个三角形的重心是否在多边形中，即可知道是否应进行删除。

2.双线铁路线路的分段建模设计

在进行双线铁路线路的分段建模设计时，应明确线路的并行段、独立段及过渡段的建模方式，并行段中主线和二线的修建是在同一个路基上，因此路肩标高是一致的，在进行并行段设计时，要明确这种并形线的形状基本上都是一致的，只不过是在尺寸上有变化而已，所以只在建模时只需要按照单线铁路上的建筑物建模原理进行设计就可以了。独立段设计，需要明确主线和二线是两条互不相关的线路，因此设计时需要进行分别建模。过渡段设计时，设计核心在于路基的建模设计，而路基建模设计又是根据路基横断面进行设计的。过渡段设计中路基建模存在三种情况，一种是主线和二线并行等高，第二种是并行不等高，第三种是主线和二线互相关联。因此，需要根据这三种情况来才综合考虑进行设计，从而确保两线路基构成一个整体。本文的对过渡段的设计方法是对主线按照单线路基横断面进行建模设计，然后再按照主线的法线方向，来对二线进行单线路基横断面进行建模设计。如果主线和二线等高，并且横断面中心距离小于等于主线和二线基宽的和，则共用路基。否则，便按照两个有相互关联关系的路基进行分别设计，生成两个独立的路基横断面。

3.线路三维漫游及景观动画设计

在进行线路三维漫游及景观动画设计时，主要是由AutoCAD、3DS软件进行设计的，AutoCAD通够通过不同的视角来对三维图像进行观察，并且形成鸟瞰图；或者通过模拟照相机功能，来实现全景透视图的构建。另外，技算机用户还可以通过AutoCAD的图形导入到3DMAX中进行查看，在3DMAX中通过灯光、材料和摄取像机的选择，调整观察视角，并且还能对三维模型进行渲染功能，并且制作出相应的AVI动画文件，通过每秒帧数的播放，从而实现了线路三维漫游及景观动画的设计。

参考文献

[1]陈德论.对山区铁路地质选线的深入研究[J].中国新技术新产品，2012（03）

[2]吴光.复杂山区高等级铁路选线工程地质的若干问题[J].西南交通大学学报，2010（4）