城市轨道交通车辆段总平面布置图辅助设计系统

2019-10-14杨震

城市轨道交通研究 2019年9期

杨震

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，430063，武汉//工程师)

车辆段是对城市轨道交通车辆进行运营管理、停放、维修及保养的重要场所，是车辆安全运行的基本保障。城市轨道交通车辆段的总平面布置图(以下简为“总图”)设计，需综合考虑段址、布置形式及出入线方案等因素，进行多次优化调整[2]。总图图形复杂，内容繁多。据统计，某车辆段总图中的道路由410条多段线组成，另含36组道岔及170条股道等。目前，总图绘制多采用通用绘图软件AutoCAD，设计效率较低，重复工作量大。

城市轨道交通车辆段总图辅助设计系统，是在.NET环境下对AutoCAD进行的二次开发，其基于模块化设计思想，以面向对象的方式进行编程，结合.NET Framework组件、API接口以及相关算法，从而实现了图形化设计。该系统可用于车辆段总图的辅助绘制、修改及统计等，使总图设计更加智能化、科学化，能提高总图绘图效率及设计质量。

1 功能模块的划分

城市轨道交通车辆段总图辅助设计系统适用于大架修车辆段、定修车辆段和停车场等的总图设计，需遵循相应的技术规范及制图标准。系统的开发，应先根据总图设计的特点，结合相关设计经验及工程实例，深入分析总图设计工作内容及系统需求，采用模块化的思想进行总图辅助设计系统的功能开发[4]。

城市轨道交通车辆段总图辅助设计系统具有重复图形快速绘制、复杂图形参数化绘制、图表智能绘制、图形标准化与信息化等功能。总图辅助设计系统功能模块划分如图1所示。

1.1 重复图形快速绘制功能

城市轨道交通车辆段总图中，股道、道路、围墙等图形的线条单一，数量较多，需重复绘制、修改，其工作量很大，设计效率低。总图辅助设计系统根据重复图形的特征，可简化用户的操作，甚至能一键完成所有同类图形的绘制和编辑，可有效减少重复工作量。

车辆段道路有通行、消防及运输等用途，其宽度一般为4 m和7 m，其转弯半径一般为6 m、9 m、12 m。总图辅助设计系统的道路命令只需用户选择道路的起点、拐点和终点，指定道路的宽度、外角半径、内角半径，即可快速绘制道路，并且，在绘制过程中操作者能够随时修改道路的宽度等参数。道路绘制流程如图2所示。

图1 总图辅助设计系统功能模块划分图

图2 总图辅助设计系统的道路绘制流程

弯道头和曲线符号是车辆段总图中常用的曲线股道辅助标记，由数条小短线及圆弧或圆组成，较为复杂。车辆段的咽喉区由大量曲线股道组成，弯道头和曲线符号数量繁多。如逐一绘制修改，则工程量巨大。总图辅助设计系统能自动识别曲线股道，能同时生成所有弯道头和曲线符号，也能同时删除所有弯道头和曲线符号，大大减少了绘制修改的工作量。弯道头和曲线符号的绘制流程见图3。

1.2 复杂图形参数化绘制功能

总图中的库房(含股道)、道岔及反向曲线等图形较为复杂。这类图形由多种线条组成，且不同线条之间存在一定的几何关系，相应的图形绘制工作繁重。总图辅助设计系统能将复杂图形进行内部建模，并提供参数化界面。用户只需输入简单的参数，即可自动完成图形的绘制。

图3 弯道头和曲线符号绘制流程

库房是车辆段总图中的重要组成部分，库房的布置对总图布局至关重要，库房包括检修库、运用库、洗车库、镟轮库及调机工程车库等，库房图形由墙体轮廓线、库内股道中心线、车挡线及股道编号等组成，库房的尺寸及股道线间距等参数取值均有规范规定。

图4 检修库操作界面

通过总图辅助设计系统针对不同库房的参数化操作界面，用户可以选择库房组成部分，输入股道数量、线间距等数据(部分数据可自动计算)。例如，图4为检修库的参数化操作界面。参数设置完成后，用户在CAD中选择基点，即可自动生成完整的库房图形(见图5)。

图5 检修库自动绘图效果

车辆段总图中的咽喉区是连接库房与出入线、牵出线间的股道线群，由大量道岔、曲线和直线段短轨组成。绘制咽喉区是总图设计中最繁琐的工作之一。

总图辅助设计系统提供咽喉区自动连接功能。用户只需选择主线和需要连接的股道线，即可根据内部算法计算出连接路径，并自动完成咽喉区的绘制(如图6所示)。

1.3 图表智能绘制功能

图形绘制完成后，总图还需添加标准格式的图框和“三表”。其中，图框包括边框、会签栏、角标等，“三表”为城市轨道交通车辆段总图的重要元素，包括设计主要指标表、房屋表及股道表等。

图6 咽喉区的自动连接绘制

总图辅助设计系统可提供参数化界面。用户只需输入图框尺寸、图名、图号及设计人员等信息，即可自动生成完整的图框。“三表”数据较多，总图辅助设计系统可直接读取总图中的相关数据(如总图中的房屋尺寸及面积等)，并显示在“三表”操作界面中(如图7所示)，经用户编辑修改及确认后，在CAD中进行自动绘制。

图7 房屋表的操作界面

1.4 图形标准化与信息化

城市轨道交通车辆段总图中的图形种类众多，线条琐碎且数量庞大，增加了总图绘制及修改的难度。总图辅助设计系统不仅制定了图形标准，可自动对不同种类的图形进行分类处理，使总图层次分明，便于用户分类操作，而且还在此基础上加了统计、筛选等功能。

总图中的图形种类有库房、股道、道岔、车挡、道路、围墙及各类辅助标志等。其中股道又分为停车列检线、月检线、静调线、牵出线、洗车线等。

总图辅助设计系统生成的不同种类图形自带特定的图层、颜色、线宽及附加的扩展信息等，图层均以GY_开头，扩展信息包括图形种类名称、类型、编号及几何尺寸等。图形信息通过悬浮窗的形式显示，相关数据可以修改。如用户将鼠标停留在库房轮廓线上，即会出现悬浮窗，显示此库房的名称、建筑面积及轴线尺寸等信息。

不同种类图形元素的统计信息是总图的重要设计指标。总图辅助设计系统提供了各类图形的统计功能(例如，可统计宽度4 m道路的总长度、围墙的总长度等)，并可进行分类筛选。

2 几何算法模型

几何算法模型是总图辅助设计系统的核心。总图辅助设计系统建立了总图中各类图形的几何算法模型，能根据用户输入参数，在后台自动计算绘图数据，从而实现复杂图形及图表的快速绘制。总图辅助设计系统的几何算法模型包括弯道头算法模型、曲线符号算法模型、道路算法模型、库房算法模型及道岔算法模型等。下面以道路算法模型为例进行介绍。

某道路算法模型如图8所示。道路算法模型的输入参数为道路中心线起点(x1,y1)、拐点(x2,y2)、终点(x3,y3)、宽度W及转角半径RNB。根据输入参数，可计算道路的端点坐标(xA1,yA1)及夹角t，计算式为：

式中：

L1——起点到拐点的距离；

L2——终点到拐点的距离。

同理可求道路其他端点坐标(xB1,yB1)及(xC1,yC1)。

根据端点、夹角及转角半径等数据，可计算出转角圆弧的端点(xB11,yB11)和圆心(xo21,yo21)：

式中：

L11——道路轮廓线起点至拐点的间距;

LRB1——圆弧端点与道路轮廓线拐点距离。

同理可求圆弧另一端点(xB12,yB12)及其他圆弧数据。当用户输入后续的道路中心线端点位置、宽度及转角半径等参数后，道路算法模型还能进行迭代计算。