（道路与铁道工程专业论文）铁路中间站CAD系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 目前国内铁路快速发展，促使铁路勘测设计手段的进一步更新。铁路中间 站辅助设计系统的研究作为铁路勘测设计一体化的一部分，对提高自动化设计 水平，提高铁路勘测设计一体化、集成化和智能化有着重要的意义。 本系统通过建立中间站站型库，对中间站辅助设计系统进行研制，包括线 路设备、信号设备、客运设备、货运设备、咽喉区优化、平面计算和施工图出 图等设计内容。系统建立了临时数据库和成果数据库，从示意图的编辑和修改 到施工图的转化过程，也就是从临时数据库到成果数据库的转化过程。系统实 现了工程数据库管理、坐标自动推算、工程量自动计算及表格生成、尺寸自动 标注和施工图的出图等功能。系统对主要图形元素的数据结构进行了详细设计， 在分析了中间站图元结构和道岔间配列方式的基础上，建立了中间站平面咽喉 区各图形元素间的连接关系及相关优化模型以及求解方法。 本系统采用面向对象的系统开发方法，并采用菜单或者工具栏驱动的方式 对铁路中间站的各个模块进行开发。系统是在w i n d o w sx p 操作系统上进行开发 的，采用v i s u a l c + + 6 0 作为系统开发平台，a u t o c a d2 0 0 2 作为图形支撑环境， a d o 作为a c c e s s 数据库的数据接口，用o b j e c t a r x2 0 0 2 进行系统开发。 系统经过具体的实例验证，证明了本系统是正确和可行的。 关键词中间站：c a d ；站型库；数据库；咽喉区优化；o b j e c t a r x 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 a b s t r a c t n o w a d a y st h er a i l w a yi nc h i n ad e v e l o p sr a p i d l y , w h i c hm a k e sf u r t h e rr e n e w a l o nt h em e a n so f r m l w a ys u r v e ya n dd e s i g n a sap a r to ft h ei n t e g r a l i z a t i o no fr a i l w a y s u r v e ya n dd e s i g n ，t h es t u d yo nt h es y s t e mo fc o m p u t e ra i d e dr a i l w a yi n t e r m e d i a t e s t a t i o nd e s i g nh a sa ni m p o r t a n te f f e c to ni m p r o v i n gt h ed e s i g nl e v e lo fa u t o m a t i o n a n dt h ei n t e g r a l i z a t i o na n d i n t e l l i g e n t i z a t i o no fr a i l w a ys u r v e ya n dd e s i g n b ye s t a b l i s h i n gt h et y p e so fi n t e r m e d i a t es t a t i o n ，t h es y s t e mo fc o m p u t e ra i d e d r a i l w a yi n t e r m e d i a t es t a t i o nd e s i g ni ss t u d i e d ，i n c l u d i n gl i n ee q u i p m e n t ，s i g n a l e q u i p m e n t ，p a s s e n g e re q u i p m e n t ，f r e i g h te q u i p m e n t ，o p t i m i z a t i o no ft h et h r o a ta r e a ， p l a nc a l c u l a t i o n ，d e s i g nf o rc o n s t r u c t i o nd r a w i n ga n ds oo n t h es y s t e ma l s o e s t a b l i s h e st e m p o r a r yd a t a b a s ea n dt h ef r u i td a t a b a s e t h ed e s i g nf r o mt h es k e t c h d r a w i n gt ot h ew o r k i n gd r a w i n gi st h em u t a t i o nf r o mt h et e m p o r a r yd a t a b a s et ot h e f r u i td a t a b a s e t h es y s t e m i m p l e m e n t st h ef u n c t i o n so nm a n a g i n ge n g i n e e r i n g d a t a b a s e ，c a l c u l a t i n ga u t o m a t i c a l l yo ft h ec o o r d i n a t ea n dt h en u m b e ro fw o r k si n f o r m s ，d i m e n s i o n i n ga u t o m a t i c a l l y ，d e s i g n i n gf o rc o n s t r u c t i o nd r a w i n ga n ds oo n i t c o n c r e t e l yd e s i g n st h ed a t as t r u c t u r eo ft h ep r i m a r yg r a p h i ce l e m e n to ft h er a i l w a y i n t e r m e d i a t es t a t i o np l a n ，a n de s t a b l i s h e st h er e l a t i o n s h i po f e a c hg r a p h i ce l e m e n ti n t h ep l a n et h r o a ta r e a sa n dt h ec o r r e s p o n d i n go p t i m i z a t i o nm o d e lo nt h eb a s i so ft h e a n a l y s i so nt h es t r u c t u r eo fp r i m i t i v ea n dt h el a y o u tm o d eb e t w e e ns w i t c h e s o b j e c t o r i e n t e dm e t h o da n dm e n u d r i v e na n du s e r - d e f i n e dt o o l b a r sa r ea d o p t e d i nt h ee a c hm o d u l eo ft h es y s t e m i ti sd e v e l o p e du n d e rt h eo p e r a t i o ns y s t e mn a m e d w i n d o w sx pi t s d e v e l o p i n gf l a tr o o fi s v i s u a lc + + 6 0 i t sg r a p h s s u p p o r t e d e n v i r o n m e n ti sa u t o c a d2 0 0 2 ，a n da d oi st h ej o i n to fa c c e s sd a t a b a s e t h e p r o g r a m m i n gl a n g u a g ei so b j e c t a r x2 0 0 2 t h i ss y s t e mc a l lr u na tw i n d o w s2 0 0 0 a n dt h em o r ea d v a n c e dc o n d i t i o n s t h ea n a l y s i so ft h ee x a m p l es h o w st h a tt h et h e o r ya n dm e t h o di nt h i sp a p e ri s e f f e c t i v e ，a n dt h ec a ds y s t e ms u c c e s s f u l l ys e t t l e st h ed a t ac u r r e n t i ti ss t a b l ei n o p e r a t i o na n de a s yi nc o n d u c t i o n k e yw o rdsi n t e r m e d i a t es t a t i o n ；c a d ；t h es t a t i o nl i b r a r y ；d a t a b a s eo p t i m i z a t i o no f t u r n o u tt h r o a ta r e a ；o b j e c t a r x 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 论文研究意义 计算机辅助设计技术( c a d 技术) 的发展已有很多年的历史。它与工业生产 实际和社会需求密切联系，随着实际应用的需要，计算机的新技术、新算法、 新成果，在c a d 中不断得到应用和发展。“九五”期间铁路科技发展重大项目“勘 测设计一体化、智能化技术研究”的发展，是铁路计算机c a d 技术进入蓬勃发 展和广泛使用时期的标志。将c a d 技术用于铁路的勘测和设计过程，所能带来 的经济和社会效益是不可估量的。按照“铁路勘测设计一体化和智能化系统” 要实现网络化、数字化、数据库化、集成化、智能化的基本要求，我国的铁路 勘测设计一体化研究取得了一定的成果，并且已经服务于生产设计实践，带来 了预期的经济效益和社会效益。 铁路站场的勘测设计是铁路勘测设计一体化的组成部分，其中铁路站场的 勘测设计在铁路基础设施建设、改造过程中是一个承前启后的重要环节，前有 站前专业包括经调、行车、线路、地质、路基、桥梁、涵洞、隧道，后有站后 专业包括机务、车辆、机械、给排水、通信等，其知识面牵涉广，专业多，内 容也很复杂。铁路车站按其技术作业及业务性质不同，可以分为会让站、越行 站、中间站、区段站、编组站等。各个站因为承担的任务不同，用途也不同， 因此车站的设计内容相差也比较大。如果在铁路站场勘测设计一体化中采用各 种站型一起设计，那么对于设计人员来说会显得比较复杂。如果把中间站计算 机辅助设计或者是区段站计算机辅助设计等作为一个个独立的设计子系统，但 与其他各个子系统又有接口可以进行数据的传输和图形的导入，这样设计人员 根据需要直接进入相关的辅助设计子系统进行设计，针对性强，又方便设计。 铁路中间站设计是铁路设计的重要工作内容。中间站设计是标准化的设计，其 中有大量的绘图工作要做。目前国内铁路快速发展，促使铁路勘测设计手段的 进一步更新。中间站c a d 系统的研究作为铁路勘测设计一体化的一部分，对提 高自动化设计水平，提高铁路勘测设计一体化、集成化和智能化有着重要的意 义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 国内外研究现状综述 1 2 1 国外研究现状 早在七十年代，前苏联、日本及欧美等国就已经先后开始了铁路站场c a d 技术方面的应用研究，并提出了相应的设计模型，开发了部分应用软件“，。 1 前苏联 前苏联的铁路站场设计人员试图以铁路站场的优化设计作为计算机辅助设 计软件开发的主要目标，因此，在早些时间他们提出了很多的有关铁路站场设 计方面的优化理论和优化模型。但是，影响铁路站场布局的因素很多，很难用 定量的数学模型加以描述，所以从目前所掌握的资料上看，还没有发现有关前 苏联铁路站场设计优化的软件成果。 2 日本 在日本编组站现代化改造高潮时期，为了加快设计进度，先后开发研制了 调车场内某局部辅助设计软件，最典型的是为了加强调车场内的解编能力而对 箭翎线进行研究的过程中开发出的箭翎线辅助设计软件。其目的不是在于铁路 站场设计软件的开发，而是为了科学研究的需要，利用计算机辅助设计的手段， 以最快的速度设计出各种箭翎线的平面布置方案和纵断面，供计算机模拟试验 使用。 3 美国 在美国，国家铁路网及站场布局已成定局，新站建设不可能形成规模。因 此，有关的铁路站场设计多以适应新形势下的旧站改造为主，尤其是基于现代 化的车场平纵断面改造。另外，美国的勘测设计过程与我国的有所不同，即设 计方案在施工之前必须结合运营后远期的条件，进行运营模拟试验。所以必须 为试验开发出铁路站场平面以及横纵断面设计方案输入的软件。因此，其开发 出的铁路站场计算机辅助设计软件，如p r o f il e 纵断面辅助设计系统，包含于 c a p a c i t y 局部改造及能力计算软件中的铁路站场平面辅助设计系统和一系列的 运营模拟软件都是以此为目的开发完成的。其软件的目标功能是在施工改造和 实际运营之前对设计方案的效果进行模拟，而软件中的铁路站场平面及纵断面 辅助设计功能，其目的是为了更快地进行方案输入。 4 德国 从某种意义上讲，地理信息系统也可称为图形数据库，主要功能之一是为 用户提供一种可视化的图形信息。得到i n t e r g r a p h 和c a d i s 系统公司支持， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 由德国联邦铁路公司开发的“创新的铁路c a d 和数据库 ( d b g i s ) 系统就属 于这种类型。主要目的是为大型企业提供最新的信息，以保证它们对市场变化 作出快速的反应。利用d b g i s 系统把德国铁路公司与各地区和线路相关的数 据存储在一个系统中，为各种各样的应用提供服务，这些数据是：线路网、股 道网、地面固定设备、不动产、地形等。其中就包括以卡片和平面图表表示的 铁路站场总体布置图、专业图以及概要图的图解信息。为了完成这些信息的输 入、输出功能，当然需要相应的软件。虽然系统对布置图所具有的信息有严格 的要求，但其目的毕竟是一个地理信息系统，因此数据库中的图形是依靠专业 的部门绘制而不是依靠设计而得到结果。而这种绘图软件开发与设计软件开发 的手段是截然不同的。 1 2 2 国内研究现状 我国应用c a d 技术进行铁路站场设计酝酿于七十年代，到了八十年代中期 逐渐有成果出现。由于软件开发者对铁路站场计算机辅助设计软件开发的认识 不同，软件开发的目的、目标不同造成软件开发的结果也各不相同。 在我国，铁道部各勘察设计院、各铁路局设计院、铁路各大专院校在站场 计算机辅助设计方面做了大量的研究工作，并在设计实践中取得了显著的成果。 目前已有许多针对站场平面图设计的c a d 系统，这些系统分担了站场图绘制的 大部分工作量。c a d 技术在站场设计中己应用在：中间站设计、区段站设计、 站场路基横断面设计、调车驼峰设计等方面。它们已经在各自的工作中发挥了 重要作用，减少了设计强度，缩短了设计周期，提高了设计质量。 由北方交通大学秦作睿教授研制的驼峰平纵断面优化设计通用软件首次引 进了优化理论和连接关系的思想，为大中型铁路站场计算机辅助设计开辟了一 条新的设计思想和方法心，。 同时，由长沙铁道学院与昆明铁路局联合的铁路站场平面设计与绘图系统 t z s h x 是面向我国铁路勘测设计部门的站场设计工作需要，在高档微机上研制开 发的、能进行铁路中间站平面设计的c a d 系统。该系统可用于铁路横列式中间 站的标准轨直线及曲线站场的新站平面设计与既有站场的平面改建设计，为设 计人员提供站场咽喉布置、线路布置、设计参数计算、轨道工程量计算、初步 设计和施工设计等方面的支持，并能编制设计说明书和绘制站场平面设计图口，。 而由长沙铁道学院和广西大学联合开发的“参数化铁路中间站计算机辅助 设计系统w s c a d p 是一个基于草图和参数化设计的铁路中间站c a d 系统，它为 铁路站场设计人员提供了符合实际设计方式的设计概念与手段，大大提高了铁 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 路中间站站场设计效率和设计质量旧，。 另外，铁道部铁路专业设计院建立了一套从航测、设计到形成各种文件的 辅助设计系统，并与长沙铁道学院合作，使用了纵断面优化技术；铁道第三勘 察设计院也引进了各种先进的辅助设计应用硬件设备，包括小型计算机、大型 高级绘图仪、数字化仪、高分辨率的图形显示终端等，同时开发了相应的铁路 辅助设计软件r s d 产品，该产品是站场专业设计人员自行开发的，一体化方面 的功能考虑较为全面，可以称得上具有一体化的初级产品，设计人员上手很快， 具有一定的实用价值，并实现了计算机附带有信息绘图，并能自动计算统计的 功能，做到了将平面图中的股道编号、股道间距、轨面高程自动传递到横断面 中，工程数量也能自动计算统计；而由铁道第一勘察设计院研究的铁路各类型 车站平面图c a d 系统，在平面部分有望实现自动化和智能化功能，但该系统还 没有考虑一体化的功能，车站平面、横断面相对独立，工程数量的统计自动化 程度不高“1 。 除此之外，在铁路各个高校以研究为目的的工作也在不断地进行着。由西 南交通大学交通运输学院叶怀珍教授领导的铁路站场c a d 研究小组，主要对智 能化铁路站场计算机辅助设计系统的开发理论特别是咽喉区的优化设计和连接 关系进行了探讨，在区段站、编组站设计方面取得了一定的成果匝1 ；另外由西南 交通大学倪少权为代表的对铁路站场计算机辅助设计系统作了理论研究，主要 对铁路站场计算机辅助设计系统进行了系统分析和设计，特别针对平面设计子 系统进行了详细地分析和设计。系统在智能化方面只解决了平面设计中咽喉区 优化的问题，引入了专家系统应用于站场c a d 系统的概念n ，。 在北方交通大学，研究领域也曾经扩展到大型的铁路编组站平面设计，由 黄孝章博士研制的编组站计算机辅助设计系统，简称b z z c z d ，实现了各种类型、 各种规模驼峰平面网络结构图到设计图的自动拓扑变换，实现了编组场尾部线 束式平面网络结构图到设计图的自动拓扑变换，从而进一步提高了编组站c a d 系统的设计质量和设计效率。系统在编组站c a d 系统中还实现了警冲标与信号 机位置的自动计算及其图形的自动生成等功能。在对站场c a d 系统可视化的具 体内容和实现站场c a d 系统可视化的实现方法在理论上作了初步探讨，从而为 我国铁路站场c a d 系统实现可视化迈出了可喜的一步口，。但由于研究者多为硕士 研究生，受软件开发理论、设备以及时间的限制，距离实用还有一定的差距。 由铁道第二勘察设计院和武汉捷力商务有限公司、铁道第四勘察设计院、 河南交通规划勘察设计院联合推出的“新建铁路站场平纵横勘测设计一体化辅 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 助设计系统”( j l s s s 2 0 0 0f o rw i n 9 5 n t ) ，该软件设计的思路包括了实现铁路 车站勘测设计一体化、数字化、网络化。这套系统的站场勘测设计一体化系统 包含了四个子系统：铁路站场平面辅助设计系统、铁路站场纵断面辅助设计系 统、铁路站场横断面外业勘测数据采集系统和铁路站场路基横断面及支挡防护 辅助设计系统。 此外，还有北方交通大学开发的“车站平面图c a d 系统”，它是在 w i n d o w s 2 0 0 0s e v e r 平台上用v i s u a lc + + 6 0 开发的。这个系统除了能绘制车 站的各种线路设备，还能够在此基础上实现车站作业的人工安排和动态显示， 自动生成车站作业进路，从而更有效地起到了辅助设计的作用哺，。 由铁道第四勘察设计院研制的铁路站场辅助设计系统c a s d 是为我国铁路 勘测设计部门的站场设计工作需要而研制开发的，它可运行于 w i n d o w s 9 8 w i n d o w s 2 0 0 0 w i n d o w sx p 操作系统上，是利用a u t o c a d 提供的 o b j e c t a r x 工具包进行二次开发完成的。该系统为站场设计人员提供了站场平 面、纵断面、工程数量计算、横断面设计、站场设计规范等方面的支持，可用 于普速、客运专线、高速铁路各种速度目标值铁路站场设计，适用于预可研、 可研、初步设计、施工图设计的各个阶段，可完成站场专业涉及的复杂枢纽各 种站型、站段、疏解线的设计工作。系统已经在客运专线修改初步设计等项目 中使用，运行稳定、结果正确，社会经济效益显著n ，。 1 3 论文研究内容和方法 铁路站场专业承上启下，属于站后龙头专业。站场设计软件是沟通站前与 站后专业信息的桥梁，设计成果直接影响站后专业设计自动化。所以系统需要 满足的功能需求有后序专业的需求，如设计信息的成果利用、各类图素的聚类 能力、高低级图形利用等；有设计的需求，如按设计标准自动选择设计参数、 非图形信息的存储和图形自动识别等；还有资源二次再利用的需求，如通过对 现有图形进行推、拉、扭、摆、翻等实时操作进行车站平面布置。 车站平面布置形式多种多样，从而给软件设计带来一定的难度。定型设计 难以满足实际的需要，模块化结构设计难以解决各类站型设计。较理想软件设 计模式是积木式结构，它可根据实际要求，随意拼装，任意组合，体现设计者 的设计意图，满足实际设计需要。拼装完成后，并分析铁路站场中线路与道岔 在配列方式上的连接关系，然后根据需要进行优化设计，实现真正意义上的计 算机辅助设计。本系统的设计思路是把车站设计过程分解为计算机能实现的模 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 块，用户通过人机对话，对模块实时拼装，形成车站布置图，也就是“积木法。 依照平面图对车站线路设备的描述精度，车站平面图可分为精确图和示意 图两种：前者严格遵循车站的实际情况，按一定比例进行绘制；而车站示意图 则无需严格按照比例绘制，只要能够客观反映出车站线路设备的类型、数量以 及相对位置即可。在中间站平面c a d 系统中精确图是在示意图的基础上采用交 互方式修改完成的。因为本系统平面图一系列的变化，同时也是在不停的访问 和修改数据库中的数据，所以相对应的，示意图到精确图的转化过程，也就是 临时数据库到成果数据库的转化过程。 系统的功能主要包括中间站站型库的数据库管理、示意图的编辑修改、咽 喉区的优化、坐标自动推算、工程量自动计算及表格生成、尺寸标注和施工图 的出图等。其中研究内容主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 研究车站的线路设备、信号设备、客运设备、货运设备、咽喉区优化、 平面计算和施工图出图。 ( 2 ) 研究中间站站型库的建立以及车站各设备元件库的建立、管理和访问 方法。 ( 3 ) 铁路中间站c a d 系统研制，主要包括： 数据库连接技术； 可视化图形交互式设计环境； 可视化数据编辑界面； 从临时数据库到成果数据库的转化； 从示意图的编辑和修改到施工图的转化； 设计过程管理，记录图形操作过程； 平面自动计算； 相关图表以标准格式输出。 本系统采用面向对象的系统开发方法，并采用菜单驱动的方式对铁路中间 站的各个模块进行开发，采用多种算法，对实例不断进行验证。系统开发的软 件环境选用a u t o c a d 2 0 0 2 作为图形支撑环境，以o b j e c t a r x2 0 0 2 作为开发工具， 在v i s u a lc + + 6 0 的编译平台上，通过a d o 方式与a c c e s s 数据库进行数据连接。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章铁路中间站设计原理 2 1 中间站设计原理及功能定义 2 1 1 车站设备配置与布置图形 车站设备配置的主要任务是确定站场的客运设备、货运设备和线路设备， 并规划各类设备之间的平面布置图。 中间站一般采用横列式，其图形基本上已定型化。选定车站基本布置图式 即确定了车站客运设备、货运设备和线路设备的基本配置及各设备间的关系。 系统根据车站设计手册将常用的车站定型图存入数据库，系统提供交互设 计功能来访问、查询和调用数据库中的车站布置图信息。一旦某种图形被选定， 系统会自动绘制所选图形的车站平面示意图。 2 1 2 股道编号及股道线间距的确定 ( 1 ) 股道编号 为顺利进行行车作业，正确执行行车命令和作业计划，确保安全，比如说 各种技术作业，如列车接发、会让、越行，车列的解体、编组，机车和乘务组 的更换，车辆的技术和货运检查，都是在车站上办理的，那么车站股道的设置 必须要满足车辆的停靠和这些技术要求，除了与区间直接连接的正线外，还设 有站线及特殊用途线，所以股道数目也必定要多于区间的股道数目。为了使这 些作业有序无误的进行，便于运输组织、行车管理和设备养护维修管理，铁路 车站股道编号必须遵从统一原则。 单线铁路车站的股道编号，是由靠站房的股道起，向站房对侧依此顺序编 号；双线铁路车站的股道编号，从正线起顺序编号，上行为双号，下行为单号。 正线用罗马数字，站线用阿拉伯数字，将股道编号标注在股道布置图上。 在系统设计中，股道编号采用自动编号来实现。 ( 2 ) 股道线间距的确定 站内各种用途线路的两旁，一般都设有相应的建筑物和设备，如信号机、 警冲标、水鹤、接触网及电力照明的支柱、旅客站台、货物站台及各种技术房 屋等。为了确保行车安全，凡接近铁路的各种建筑物及设备，必须与线路保持 一定的距离。同时对于在铁路线上运行的机车车辆的断面尺寸，也应有一定的 规定。为此，铁路制定了各种专门的限界，其中最基本的是机车车辆限界和建 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 筑限界。 机车车辆限界是一个和线路中心线垂直的横断面轮廓。无论是新造的机车 车辆还是各种部件具有最大限度公差或磨耗的空重车，停在水平直线上，沿车 身所有一切突出部分和悬挂部分，除升起的集电弓外，都必须容纳在限界轮廓 之内，严禁超出。 建筑限界也是一个和线路中心线垂直的横断面轮廓，在此轮廓内，除机车 车辆及与机车车辆有相互作用的设备( 车辆减速器、路签授受器、接触电线等) 外，其他设备及建筑物均不得侵入。与机车车辆有相互作用的设备，也只能与 机车车辆指定的部分接触。 另外，不但要考虑超限货物的运输要求及车辆在运行中的震动偏移量，而 且对超限货物的尺寸也要限定一个范围。为此，需要规定超限货物的最大装载 限界尺寸。 正出于各种各样限界的考虑，所以在车站上，相邻两股道中心线间的距离 ( 简称线距) ，就要满足这些限界要求。总的来说，一方面应保证行车安全及车 站工作人员进行有关作业时的安全和方便，另一方面还要考虑通行超限货物列 车和在两线间装设行车设备的需要。 在车站线路的曲线地段，基本建筑限界及线间距离要比直线地段宽，因为： ( 1 ) 车辆在曲线上时，车辆中部向曲线内侧凸出，其值为暇，而两端向外侧 凸出，其值为形，如图2 - 1 ( a ) 所示。 图2 - 1 曲线上车体的凸出和倾斜 当车体长为，转向架中心距为z 时，根据圆的几何关系，很容易求出这 两项凸出值 7 21 彤蠢，呒壶( r z 2 ) 式中r 一线路曲线半径( m ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 ) 当曲线设有外轨超高时，车体向内倾斜，如图2 一l ( b ) 所示。在距轨面高 度日处，车体向内侧倾斜值为职，两轨中心距为s 。 因堕：旦j 职= 旦h hs 。 s 式中h 为外轨超高值。 由上述两种原因造成建筑限界的加宽值为： 建筑物在曲线内侧时 睨= 彬+ 职 建筑物在曲线外侧时既= 职 曲线地段线间距加宽值，应为内外侧加宽值之总和，即 形= 呢+ 既 实际计算站内线间距加宽时，形常按内外侧线路设置超高的情况分三种方 式进行简化计算： 当外侧线路无超高或超高小于、等于内侧线路超高时 形= + 当外侧线路超高大于内侧线路超高时 形= 暇+ + 丢呢 当外侧线路有超高而内侧线路无超高时 形= + + 2 1 3 道岔号数与线路连接 ( 1 ) 道岔编号 机车车辆从一股轨道转入或越过另一股轨道时，必需有这样的线路设备与 两个轨道相连，即道岔，它是铁路轨道的一个重要组成部分。车站上众多的股 道和技术作业，决定了道岔数量多，构造复杂。和股道编号一样，道岔编号同 样为了行车安全，便于运输组织，运营管理和养护维修，道岔编号必须遵从统 一原则。 以站房中心为界，用阿拉伯数字，从车站两端，由外向内，由主要进路而 次要进路依此编号，上行列车到达一端用双号，下行列车到达一端用单号。道 岔编号应标明在平面布置示意图上。 根据道岔的类型和构造，渡线两端道岔以及同一道岔连接线( 亦称梯线) 上 的数个道岔，均应连续编号。交分道岔应根据电动转辙机将两组尖轨和两组可 动心轨分别编四个号码，编号顺序根据动作关系按渡线道岔编号方法连续编号。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 联锁区内的道岔应连续编号，联锁区道岔编完后，适当空一些号码，再连续编 非联锁区道岔。 本系统采用人机交互式编号，设计人员可以根据需要，对于由于特殊渡线 等原因引起的特殊道岔位置关系的变化，可以采用人机交互式的手动编号。 ( 2 ) 道岔号数 道岔是由转辙器、辙又及护轨、连接部分组成的。在道岔的连接部分中， 道岔导曲线由于长度及限界的限制，一般不设缓和曲线、超高和轨底坡，并且 导曲线半径较小，当机车车辆经过时，列车未被平衡的离心加速度较大。尤其 是当机车车辆由直线进入道岔侧线时，在开始迫使车辆改变运行方向的瞬间， 将必然发生车辆与钢轨的撞击，引起动能损失。动能损失过大将影响旅行舒适 度和道岔结构的稳定，降低其使用寿命。这一系列震动和冲击的程度与速度有 关。因此，为了行车安全平稳，列车经过道岔的速度应有一定的限制。 道岔辙叉角的余切( 即辙叉的跟端长和跟端支距的比值) 叫辙叉号码或道 岔号数，关系如图2 - 2 ： 长心孰 曩厶蓑 图2 - 2 道岔辙叉号码的确定 k - f = 竺=(2-1n c t g a ) = = () 4 e 。 式中一道岔辙叉号数； 口一道岔辙叉角。 从式( 2 - 1 ) 中可以看出，辙叉号数越大，辙叉角口越小，导曲线半径越大， 侧向过岔容许速度越高。但越大j 则道岔全长越长，占地长度就越长。同时， 采用辙叉号数大的道岔，工程费用增加，故选用道岔辙叉号号数应考虑以上因 素。 ( 3 ) 道岔与股道连接 设计车站时，为了缩短车站咽喉长度以及机车车辆在站内走行距离，并节 省工程投资及运营费用，相邻道岔力求排列紧凑。但如果两岔心距离太短，则 影响行车的安全、平稳及道岔年限。为使机车车辆经过两相邻道岔地段平稳安 全和减少道岔的磨损，两道岔之间必须插入一段短轨，其长度厂随道岔排列形 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 式和所在位置而有所不同，对于i 级和i i 级铁路，可见表2 一l 和表2 2 所示。 1 在基线异侧、同侧布置的两个对向道岔如表2 1 的( a ) 、( b ) 所示。采用 这两种形式，若两相邻道岔紧密布置，则在大型机车经过时，当机车前面一对 动轮进入第二个道岔尖轨，而其最后一对动轮则还在第一个道岔尖轨上，易使 机车产生扭力，影响行车平稳，而且对道岔损害也大。如在两道岔间加一直线 段，则机车最后一对动轮离开道岔尖轨后，前一对动轮方开始进入第二个道岔 的尖轨，则行车就比较平稳，对道岔损害也小。两相邻道岔间的最小距离应为： d = a l + 厂+ 口2 + a ( 2 2 ) 式中a ，一从第一组道岔基本轨起点到道岔中心的距离； a ，一从另一组道岔基本轨起点到道岔中心的距离； 厂一两对向道岔基本轨起点间插入的直线段长，可采用表2 一l 中所列数 值； 一一个轨缝的长度，按0 0 0 8 m 计。 表2 - 1 两对向单开道岔间插入钢轨的最小长度( 1 1 1 ) 有正规列车同时 无正规列车同时 道岔布置 线别通过两侧线时 通过两侧线时 一般情况特殊情况 - d i 正线 1 2 5 06 2 56 2 5 、n j 。曜 ( a ) 叫- i f i 一力i 到发线 6 2 56 2 56 2 5 - d i j 虹f 一一。本 其他站 ( b ) i 刈：f 江f 线和次 0 要站线 2 在基线异侧布置两个顺向道岔或在基线的支分线路上又顺向布置一个道 岔，如表2 - 2 中的( c ) 、( d ) 所示。采用此种形式，若相邻道岔紧接着布置，则 在大型机车经过时，当机车前面一对动轮进入第二个道岔辙叉，则同一固定轴 距的后面车轮还在第一个道岔尖轨上，机车及其所挂的车辆将产生摇摆震动， 影响列车的平稳和损害道岔。因此，在两道岔间亦应加一直线段，以改善运营 条件和减少对道岔的损害。两相邻道岔间的最小距离应为： d = a 2 + 厂+ 6 l + ( 2 3 ) 式中b l 一从第二组道岔辙叉后跟到道岔中心的距离。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 表2 2 两顺向单开道岔间插入钢轨的最小长度 ( m ) 道岔布置线别木岔枕道岔混凝土岔枕道岔 l dl i 正线6 2 5 虹一f 一一本 到发线 4 5 0 ( c ) 酗- r 1 a 2f 其他站线 0 和次要站线 6 2 5 到发线4 5 0 其他站线 o ( d ) 对l和次要站线 n 。1m f 砭牢d ：三 ( 2 4 ) 倘。z s i n 口 ( e ) 厂= d 一( b l + 口2 ) ( 2 - 5 ) d ：善( s s ) ( 2 - 6 ) s l l l 口 、j l b 1 h 殍 f = d 一( 6 。+ 6 2 ) ( 2 7 ) ( f ) n 。、k 3 在基线同侧布置两个顺向道岔，如表2 - 2 中的( o ) 所示。梯线上两相邻道 岔亦属此种布置形式。这种布置的两相邻岔心间的最小距离d 决定于相邻线路 的最小容许间距s 。其长度d 如式2 - 4 所示。 4 在基线异侧布置两个辙叉尾部相对的道岔，如表2 - 2 中的( f ) 所示。两平 行线间渡线道岔的布置亦属此种形式。此种形式的两相邻岔心间的最小距离d 决定于相邻线路的最小容许间距s 。其长度d 如式2 6 所示。 表2 一l 和表2 - 2 中正线行车速度较高，所以加入直线段要长些，一般取1 2 5 m ( 一根钢轨长) 。如两道岔顺向布置，则机车车辆经过时，影响行车平稳和对道 岔的损害程度没有对向布置的严重，因此直线插入段可短一些，一般可以取 6 2 5 m ( 半根钢轨长) 。由于铁路线路维修规则规定钢轨最短不能小于4 5 m ， 所以规定在困难情况下可采用4 5 m 。在其他站线上，机车车辆通过的速度较低， 直线插入段可以不设，即厂= 0 。 在系统设计中，系统根据用户选择的配列方式，自动生成符合规范的最小 插入段长度值，如果用户不满意，则也可以交互式输入插入段长度。鉴于道岔 之间的连接，用户需要交互式选择即将插入道岔的前一道岔，系统根据插入值， 自动在图上绘制出来，并自动标注插入段长度，方便用户查询。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 ( 4 ) 道岔与岔后曲线连接 在道岔的组成部分中，连接部分指的是转辙器和辙叉之间的连接线路，包 括直股连接线和曲股连接线( 亦称为导曲线) 。直股连接线与区间线路构造基本 相同。我国目前铁路上铺设的道岔导曲线均为圆曲线。为适应轨距的变化，道 岔后有一段连接曲线，连接曲线半径不应小于相邻道岔的导曲线半径。导曲线 则是属于道岔部分的，而连接曲线则是属于道岔线路终端连接部分的，为了让 车辆平稳过渡，所以连接曲线的半径应大于道岔的导曲线半径。一般道岔与岔 后曲线的连接方式最常见的为线路终端连接，即将相邻两平行线路合成一条线 路，如图2 - 3 所示。它由一副单开道岔、一个连接曲线和道岔与曲线间的直线 段所组成。 2 道 l 谨 图2 - 3 普通式线路终端连接 为了标定曲线及全部连接长度，应确定角项c 的坐标，即 x = ( 6 + g + z ) c o s a y = ( 6 + g + d s i n a = s 式中b 一道岔后长； g 一道岔与连接曲线间的直线段长度； 口辙叉角； 丁一连接曲线切线长度； s 一股道线间距离。 全部连接长度在水平方向的投影为 x = a + x + t 式中口一道岔前长。 连接曲线切线长度为 t = r 留兰 。2 式中r 一连接曲线半径。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 道岔与连接曲线间的直线段g 的长度为 g = 一( 6 + r ) s l i l ( z 直线段g 的长度除应满足线间距离的要求外，其最小长度还应满足道岔前 后曲线轨距加宽的要求。 ( 5 ) 渡线 渡线是设在两平行线路之间，由两副辙叉号数相同的单开道岔及两道岔间 的直线段所组成，如图2 - 4 所示。 图2 4 普通渡线 若两道岔的辙叉号数已经选定，线间距s 为已知，则渡线在水平和垂直方 向的投影为 c x = ( 2 b + f ) c o s a = 二胚 曙口 y = ( 2 b + f ) s i n a = s c 厂= 二一2 6 。 s i n 口 全部连接长度在水平方向的投影为 x = 2 a + 工 交叉渡线由四副辙叉号数相同的单开道岔和一副菱形交叉组成。在需要连 续铺设两条方向相反的普通渡线而受地面长度限制时，可采用这种渡线，如图 2 - 5 所示。交叉渡线的计算方法与普通渡线相同。 图2 - 5 交叉渡线 在系统设计中，渡线的设计是由两副单开道岔组合而成的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 2 1 4 确定警冲标及信号机位置 ( 1 ) 警冲标和信号机位置 警冲标位于两股道汇合处，当机车车辆停在股道的警冲标内方时，其他列 车可沿邻线安全走行。当警冲标位于两直线之间时，警冲标至线路中心线的垂 直距离各为2 m 的地方，这是考虑到机车车辆的半侧限界1 7 m 、加上o 3 m 富余 间隙而定的。在曲线地段安设警冲标时，还应考虑曲线的限界加宽，所以警冲 标至曲线线路中心的距离应为2 + w 。( w ，为曲线内侧的加宽值) ，如图2 6 所示。 警冲标距道岔中心的距离与道岔号数、线间距及连接曲线半径( 或道岔的导曲 线半径) 等因素有关。 4 笸4 壁二 卜叫卜叫 ( 盘) 在赢线处b ) 在监线处 图2 - 6 警冲标的位置 车站上设有进站信号机和出站信号机。进站信号机应设于距进站道岔尖轨 尖端或顺向道岔的警冲标不小于5 0 m 的地方。出站信号机设在每一发车线路运 行方向左侧并在警冲标内方适当地点( 前方为逆向道岔时，信号机设在道岔尖 轨尖端处) 。我国为左侧行车，出站信号机布置在每股道行车方向的左侧。出站 信号机距岔心的距离也和警冲标相仿，按信号机距相邻股道中心的垂距来确定。 高柱信号机距两侧线路中心的允许垂距，在直线地段p = 0 5 b + b ，在曲线地段 还应加上曲线加宽，尸= 0 5 b + b + 形，见图2 7 。 卜叫 ， 翟二二： ( - ) 在戡处 图2 7 信号机的位置 式中b 信号机基本宽度，高柱信号机有3 8 0 r a m 和4 1 0 r a m 两种； 刀一信号机的建筑限界，线路通行超限货物列车时b = 2 4 4 m ，不通 行超限货物列车时b = 2 1 5 m 。 出站信号机位置的确定原则与警冲标相同，它与限界、道岔辙叉角、线间 距离、连接曲线半径等因素有关。 在半自动闭塞和自动闭塞区段及装有电气集中连锁的车站上，均装有轨道 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 电路。所以，信号机和警冲标的位置除满足上述要求外还需考虑轨道电路钢轨 绝缘缝和它们的相互关系。 2 1 5 车站各主要点坐标计算 为了确定道岔、信号机、警冲标、水鹤、灰坑、站台及各种房屋建筑的位 置，需要计算站内这些主要点的坐标。中间站坐标计算是以正线中心线为基线 ( x 轴) ，从车站中心( 一般以站房中心线为车站中心) 分界，分别以两端正线 上最外道岔中心为坐标原点。x 轴向站内方向为正，向站外方向为负：y 轴方向 只标明线间距离、站台边缘至线路中心距离以及各种建筑物的宽度。道岔后连 接曲线应计算曲线交点的x 坐标，并注明曲线半径及曲线长度。 在系统设计中，一般先推算各道岔中心的坐标，再由它们推算道岔内的信 号机、警冲标、岔后曲线交点的坐标。 2 1 6 股道全长、铺轨长度、股道有效长 ，股道全长是指股道两端道岔基本轨接缝间长度。铺轨长度是股道全长减去 道岔所占长度。到发线或其他站线的有效长度是指可以停放列车、车辆而又不 影响邻线办理行车进路的长度。控制有效长度的标志是：出发信号机、警冲标、 道岔尖轨尖端( 无轨道电路时) 或道岔基本轨接头处的轨道绝缘缝( 有轨道电 路时) 以及车挡等。股道有效长度是按上下行进路分别计算的。 在系统设计中，首先要对股道有效长进行计算，然后才能计算股道全长和 铺轨长度。股道有效长采用人机交互式选择控制点，然后把这些控制点数据存 储到数据库中，根据近期股道有效长，经过数据库自动计算，对各股道进行有 效长计算。股道全长是通过搜索股道两端的道岔，进行自动计算。铺轨长度则 是在股道全长的基础上通过搜索股道上经过的道岔，进行自动计算。 2 1 7 里程计算 以车站最外端进路道岔中心为原点的各计算点坐标，只是一种相对位置， 必须进一步计算车站两端坐标原点的线路里程，才能最后把站内各主要点的实 际位置确定下来。 在系统设计中，首先要知道车站两端最外进路道岔中心里程，具体计算方 法是先根据车站中心里程推算一端的正线最外道岔中心里程，然后再根据股道 长度推算另一端的正线最外道岔中心里程，那么根据相对位置坐标，可以进一 步确定进站信号机和警冲标等里程。 2 1 8 中间站设计步骤 1 布置站型并确定各项主要设备 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 1 ) 选择站型；2 ) 确定客运设备；3 ) 确定到发