地铁铺轨是地铁建设中一个非常重要的环节，由于钢轨与地铁列车车轮直接接触，其铺设精度以及铺设质量直接影响到日后线路的养护维修工作量，甚至直接关系着地铁列车的运营安全。

目前，国内地铁绘图多由设计人员进行手动绘制。由于铺轨环节专业接口复杂，反应的信息繁多等问题，手动绘制不仅耗时耗力，而且容易出现数据的差、错、漏、碰，影响地铁铺轨的建设进度和精度。

国内现有的地铁铺轨软件编制时间距今已达10年，在数据输入、结果文件输出等方面与现在的设计习惯和流程存在冲突，并且不能处理很多特殊情况（比如长链比较长的地段），也没有建立起一套完整的数据报警系统，对当下主流的计算机操作系统和AutoCAD版本兼容性有所欠缺，很多方面已经跟不上日新月异的地铁建设技术。

本文设计的地铁综合铺轨软件以新的地铁设计技术为标准，将线路平纵断面数据作为输入文件导入，通过人机交互方式，根据道岔、钢轨伸缩调节器等情况，计算轨条长度并进行检验、校核后自动绘图。在图中不仅反应线路、轨道专业的相关信息，而且还将其它专业预埋管线的布置信息嵌入，实现各专业数据接口的无缝对接，实现地铁无砟轨道铺轨设计的数字化和可视化，并且软件良好适应Win10及以下各版本的操作系统。

1   地铁铺轨技术特点

在地铁设计中，由于各种原因，比如减震、线下基础变化等原因，使得扣件类型、道床图号等繁多，而且地铁设计往往需要在轨道设计图上反应很多相关专业的信息。因此，设计图需要反应线路各个点的详细信息，满足相关专业开展工作，指导现场精确铺轨，并提供与相关专业详尽的接口。在图上反应的信息有：平纵断面、超高、单元轨节、钢轨、扣件、道床、道岔、车站和相关专业的过轨里程等，要求每6 m计算一处（曲线地段为5 m）精确的实际轨面标高^[1-2]。在地下线一般要求超高为半超高，在高架线及地面线为全超高^[3]。由于相关图纸直接应用于现场的铺轨，因此每个点的标高、超高等信息要求必须确保无误。

2   地铁综合铺轨软件设计研发

地铁铺轨既要在其它线下基础已经完工等情况下进行，又在后续工作中与站后存在错综复杂的接口关系。因此地铁综合铺轨软件既要在上游与线下基础无缝对接，又要为下游专业预留足够的接口^[4]。软件采用C/S（Client/Server）架构^[5]，利用方便查询、拷贝、导入导出的Access数据库技术进行数据存储与检索，通过ObjectARX工具对AutoCAD进行二次开发，最终实现绘图过程中的数据检验、校核和自动绘制。ObjectARX是针对AutoCAD平台上的二次开发而推出的一个开发软件包。它提供了面向对象的开发环境及应用程序接口，能快速地访问AutoCAD图形数据库^[6]。

2.1   数据驱动流程

绘图过程中，需先输入线路的相关参数，根据线路、轨道及其它专业设计信息进行检验与校核，校核无误后进行图形绘制。在这一过程中，如果用户对某个参数进行修改后，与此参数相关联的其它参数也要自动进行相应改变，软件运行流程，如图1所示。

图  1  软件运行流程

下载: 全尺寸图片 幻灯片

从软件的运行流程图可以发现，地铁综合铺轨软件包含多种类型的基础数据、计算过程和结果数据，抽象化后的数据层次关系，如图2所示。

图  2  数据层次关系

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.2   软件架构和主要功能

地铁综合铺轨由项目管理、平纵断面和断链等线路参数输入、铺轨参数输入、扣件布置、道岔布置、车站布置、道床布置、预埋管线布置、配线参数、铺轨及管线分段和相关辅助设计工具11个子模块组成，如图3所示。

图  3  地铁综合铺轨软件架构

下载: 全尺寸图片 幻灯片

根据地铁铺轨的技术特点，地铁综合铺轨软件主要实现以下功能：

（1）将线路提供的平纵断面数据作为输入文件导入，并对轨道几何可行性进行检查。包括线路平纵断面数据检查、错误提示。

（2）通过人机交互方式，根据道岔、钢轨伸缩调节器等情况，自动计算轨条长度，自动绘图，包括平纵断面和超高点等相关信息。

（3）通过人机交互方式，自动绘制预埋管线布置图，可选择预埋管线布置图嵌入铺轨图或者单独绘制。

（4）实现与线路专业相关存储数据的无缝对接。

（5）根据已有的平纵断面，自动统计出竖缓重合里程、轨道加强地段表等相关表格。

2.3   软件功能算法实现

2.3.1   项目管理

项目管理包含新建项目、选择项目2个功能，主要保存项目数据的存放路径。项目管理流程，如图4所示。

图  4  项目管理流程

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.3.2   平纵断面和断链参数

地铁综合铺轨软件在工作前，需先对线路的平纵断面和断链等参数进行输入和处理。平面参数包括：平面曲线里程、半径、长度、编号、超高值、超高设置方式、经纬距和方位角等。其中，经纬距和方位角的作用是对线路的左偏右偏进行校核，线路是否存在反向、碰撞等问题。纵断面参数包括里程、长链、高程、竖曲线半径、切线长和上升坡度等。参数输入后用户可对参数进行编辑和存储。存储前，软件自动进行检查和勘误，检查通过后根据输入的里程、曲线半径、曲线类型、长短链等进行经纬距和高程计算，再更新保存，线路参数流程，如图5所示。

图  5  线路参数管理

下载: 全尺寸图片 幻灯片

经纬距、方位角、高程的计算需要根据线路类型，分直线、圆曲线、缓和曲线分开计算。以直线地段轨面高程计算为例，其计算公式为：

其中，$ {S}_{i} $，$ {H}_{i} $，$ {G}_{i} $分别为第i个变坡点里程、变坡点高程、设计坡度；$ {R}_{v} $为变坡点半径；h为计算高程。

2.3.3   铺轨参数

铺轨参数模块完成钢轨单元轨节相关信息输入和计算，包括单元轨节起终点里程、轨节名称及长度。所需参数起点里程、长链参数和轨条名称。辅轨参数计算流程，如图6所示。

图  6  铺轨参数计算流程

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.3.4   车站布置

车站布置模块用于车站中心里程、长短链、车站名称等参数的输入、编辑和存储。

2.3.5   道岔及调节器布置

道岔及调节器布置用于完成正线道岔岔心里程、长短链、道岔型号、开口方向、是否为交叉渡线等参数的输入、编辑和存储。

2.3.6   预埋管线布置

预埋管线布置用于完成其他专业过轨管线参数的输入、编辑和存储，并作为绘制预埋管线布置图的参数依据^[7-9]。所需参数：管线起点里程、长短链、管线名称等。计算和绘制流程，如图7所示。

图  7  预埋管线布置计算和绘图流程

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.3.7   配线相关参数

配线相关参数主要包括配线道岔和配线铺轨两部分。其中，配线道岔表用于完成配线道岔岔心里程、道岔型号、开口方向、是否为交叉渡线等信息的输入。配线铺轨表用于完成配线轨条起点里程、重点里程、长链参数、轨条名称等参数输入。计算流程可参照正线铺轨表。

2.4   输出结果

当上述数据及数据处理过程全部完成后，即可在图纸生成模块进行图纸自动生成^[10]。在图纸输出过程中，可根据设计需求选择图纸的图幅、图名、图号、是否同步嵌入过轨管线图等。

3   结束语

本文针对地铁轨道铺设高精度、高标准的要求，基于C/S架构，利用VC++和ARX进行二次开发，形成了可靠的、具有良好人机交互界面的铺轨绘图软件，实现了与相关专业基础数据的无缝对接，避免了数据输入过程的人为失误。该软件自动绘制全超高和半超高地段不同图幅的正线及配线地铁铺轨综合图，自动绘制预埋管线布置图，自动统计竖缓重合里程等，不仅提升了工作效率，而且通过自动预警超高过多等情况。该软件已在武汉地铁、郑州地铁、宁天城际等线路中应用，应用过程中能较好地满足项目需求，并且良好适应当下主流的操作系统和AutoCAD版本，显著提高了设计人员的设计效率和设计质量。