我国铁路建设事业正进入一个新的发展时期，“十四五”铁路发展规划提出推动铁路科技创新、提升技术装备现代化水平等方面的发展要求^[1]。在基于信息化、自动化等相关技术大发展的新形势下，信息工程设计也应与时俱进，逐步从“人工制图”向“自动化成图”演进，构建高效率、高质量的生产设计工具链^[2]。

目前，各新建铁路客运站场均需要搭建信息系统，主要包括客票、旅客服务与生产管控、视频监控、客运广播、综合显示、时钟、安检、入侵报警、综合布线、电源、门禁、公安、办公等子系统^[3]。施工图设计阶段的内容包括对各子系统的终端设备布置、线缆布放、施工图绘制、工程数量统计等^[4]，一般均通过手工在 AutoCAD 等绘图软件中完成。在施工图的绘制过程中，设计人员通常需要制作信息子系统的设备终端一览表，并根据此表绘制相关系统施工图，绘图效率低下。

本文设计一种基于AutoCAD的铁路站房信息系统施工图辅助设计软件，通过批量读取信息子系统的设备终端一览表及其相关信息，并对导入的数据进行遍历、多叉树建模及规范性检测，实现一键生成所有铁路站房信息系统施工图的功能。

1   软件需求分析

1.1   铁路站房信息系统施工图设计流程

根据《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》（TB 10504-2018）的规定，站房信息系统的施工图成果主要包括总体架构图、网络结构图、系统构成图、现场终端设备布置图、沟槽管线图及工程数量统计表。其设计流程如图1所示。

图  1  铁路站房信息系统施工图设计流程

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（1）在房建平面图中完成对各信息子系统终端设备布置、线缆布放，完成现场终端设备布置图、沟槽管线图；

（2）根据现场终端设备及沟槽管线布置图，制作各信息子系统的设备终端一览表；

（3）根据设备终端一览表完成施工图（包括总体架构图、网络结构图、系统构成图）绘制及工程数量统计。

1.2   需求分析

通过对多条不同规模高速铁路项目站房信息系统内施工图的设计过程分析发现，在对中大型客运站房或沿线客运站众多的铁路线路进行施工图设计时，由于各信息子系统设备终端较多、数据量大、数据逻辑关系较为复杂^[5]，在将设备终端一览表转换为对应的系统图及工程数量表时过程繁琐、设计工时消耗大、转换过程易出错且修改调整复杂^[6]。同时，不同设计人员的设计成果存在形式规格不完全统一的问题。

为减轻设计人员在铁路站房信息施工图设计过程中系统图绘制及工程量统计的工作量，提高设计效率、制图规范性及工程量统计便捷性，确定了施工图辅助设计软件需要实现的主要功能如下：

（1）对各信息子系统标准化终端设备一览表、设备图块、图纸说明等信息批量自动读取及格式标准化自查；

（2）根据输入数据结合各信息子系统的逻辑特点，搭建不同信息子系统数据拓扑结构；

（3）对输入的各信息子系统数据之间的逻辑性、合理性、合规性进行自查；

（4）一键自动生成铁路各信息子系统施工图。

2   软件框架设计

考虑到目前设计人员普遍采用AutoCAD开展铁路站房信息系统施工图设计，为方便设计人员操作，施工图辅助设计软件采用AutoCAD插件形式设计，利用ObjectARX工具及C++语言实现对AutoCAD的二次开发^[7]，软件界面采用嵌入式，菜单及对话框沿用AutoCAD的风格。为实现软件所有设计功能，在构建软件框架时将其内部划分为参数设定、数据处理和成果生成3个模块，软件框架内部划分示意如图2所示。

图  2  软件框架内部划分示意

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（1）参数设定模块：通过软件交互界面批量导入信息子系统的设备终端一览表、通用设计图块、通用图纸说明及项目概况等信息。

（2）数据处理模块：对批量化导入的数据格式及数据间一些关联信息逻辑性进行检测，同时根据各信息子系统的逻辑特点搭建不同信息子系统数据拓扑结构。

（3）成果生成模块：用户通过人机交互界面生成全部或其中部分信息子系统图及配套工程数量表。

3   关键技术

3.1   输入数据标准化

3.1.1   设备终端一览表标准化

按照标准化模板制作各信息子系统设备终端一览表是软件自动生成施工图及数据统计的基础，标准化数据输入模板应满足用户输入简洁、程序读取方便、具备一定的预处理功能及后期扩展的条件。

通过制定统一的综合信息子表及网络设备配置子表表头及输入数据类型（int、float、string等），明确设计人员对信息的输入位置及格式要求。表格标准化设计保证各信息子系统子表样式的统一性，同时兼顾设计人员使用及软件数据读取的便捷性。

3.1.2   通用图块标准化

对于不同铁路站房信息系统施工图，其包含的系统架构及设备模型具有一定的重复性，因此将各信息子系统施工图中通用的系统架构、设备模型等信息制作成dwg图块，在软件自动生成施工图时对相关图块进行调用，可提高程序的运行效率并保证绘图格式的一致性。

软件在自动生成施工图时，无须重新绘制通用设备模型及网络结构，可通过程序调用标准化通用模板，依据设备终端一览表中相关信息完善施工图中剩余工程内容。一般情况下通用图块无须修改，如果由于项目特殊性或现行技术方案调整引起部分施工图架构发生变化，可根据设计的实际需求在通用图块dwg文件中直接修改。

3.1.3   通用图纸说明标准化

在铁路站房信息系统施工图设计过程中，需要对各信息子系统施工图进行文字说明，而相同类型信息子系统施工图纸中文字说明框架基本一致，仅有少量如“站房名称”“铁路局集团公司名称”“系统上联带宽”等关键词因项目不同而异。因此软件设计了不同图纸说明的标准化模板。

当软件自动生成信息系统施工图时，可对说明模板进行关键字正则化匹配，提取说明模板中的站房名称等关键文字及系统上联带宽等数据，并依据设备终端一览表中实际输入数据对图纸说明自动对应修改。如果由于项目特殊性或现行技术方案调整导致通用图纸说明不能满足成图要求，设计人员可根据实际需求直接修改对应图纸说明的通用模板。

3.2   信息系统设备网络结构设计

3.2.1   数据自查机制

在批量读取各信息子系统设备终端一览表后，需要对表格中表头及数据格式、数据间逻辑及合规性进行检查^[8]，从而保证后续信息系统拓扑网络搭建的正确性，其检测标准如下。

（1）表头及数据格式规范性检查。在读取信息系统设备终端一览表时，首先检查导入各信息子系统表格表头及数据格式是否满足软件读取格式要求，保证导入表格与制定的标准化设备终端一览表格式一致，避免软件在批量读取数据中发生数据漏项、读取错位、数据格式与软件设定不一致等问题。

（2）数据间合理性检测。由于信息系统设备终端一览表中不同子表之间的数据存在联动关系，在对各信息子系统设计网络结构的同时，软件可对输入的相关数据间的逻辑性、合理性等进行检测。例如，在网络设备配置子表中，包含对各信息子系统接入交换机设备的选型数据，若某类信息子系统接入终端的总光电口数量超过所提供交换机拥有的光电口数量时，软件会出现弹框，提示设计人员进行核实和修改。

3.2.2   信息系统设备网络结构搭建流程

在完成信息系统数据读取后，需要将读取的终端设备一览表中数据转化为存在逻辑关系的有向拓扑网络图。鉴于各信息子系统主干设备网络结构具有无环且存在唯一根节点（站房节点）的特点，并且中间设备节点具备仅有一个父节点、多个子节点的特征，因此，软件采用多叉树结构搭建各信息子系统设备网络，存储其节点信息。各信息子系统主干设备网络结构示意如图3所示。

图  3  信息子系统主干设备网络结构示意

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4   软件实现及应用

本文设计的信息系统施工图辅助设计软件已应用于多个高速铁路项目中，软件界面如图4所示。

图  4  信息系统施工图辅助设计软件界面

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4.1   施工图自动绘制

通过点击软件界面的表头检查按钮，设计人员打开所需要生成施工图的输入数据，并对终端一览表表头格式进行检查。为了避免在施工图生成后需要手动进行角标的补充，在软件人机交互界面中添加了图纸标题栏信息的接口，可在图纸中自动生成角标信息。通过点击软件界面生成所有图或者对应施工图按钮实现施工图自动生成。

根据软件整体规划方案，自动生成综合布线、综合显示、电源等14种施工图。按照搭建的各信息子系统设备网络多叉树结构主干进行递归遍历，在遍历过程中完成部分施工图中设备及线缆选型后，将拓扑网络中设备节点中的设备型号、线缆型号等信息在施工图上对应位置给予标注，实现自动生成各信息子系统施工图功能。此外，软件可根据不同设计情况，通过调整设备终端一览表设计参数的方式灵活生成不同要求的信息子系统施工图。

以杭州—温州高速铁路磐安站信息系统施工图为例，在绘制综合布线系统施工图中的系统结构图时，软件会根据输入的综合布线系统子表数据，自动生成每处信息设备用房综合布线所需要的配线架、理线架、机柜数量及型号等信息。综合布线系统结构图局部效果如图5所示。

图  5  综合布线系统结构图局部效果

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4.2   工程量统计结果

在对各信息子系统设备网络多叉树结构遍历及数据计算的过程中，软件可实时统计出各信息子系统内部的所有设备数量、型号，同时可根据站房规模、各信息子系统架构、终端设备数量等参数，通过软件内嵌计算公式估算出不同信息子系统缆线及钢管、钢槽工程量。统计结果可存储在本地Excel表格中，并将实际工程量标记黄色、软件估算工程量标记为绿色，设计人员可根据项目具体情况参考软件估算工程量，调整不同信息子系统缆线及钢管、钢槽工程量。

5   结束语

本文设计的信息系统施工图辅助设计软件具有数据批量导入、图纸自动绘制、数据检验等功能。相比于传统的人工设计绘图方式，该软件实现了信息系统施工图自动成图及工程量自动统计，提高了设计效率，以及出图的标准性和一致性，减少了复核人员的工作量。后续将继续优化和扩展软件的应用功能和应用场景，逐步实现信息系统终端设备平面布置图自动绘制，以及信息系统施工图全设计周期的自动化辅助设计。