大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡介
      為解決鐵路勘察設(shè)計二維場景缺乏立體感、不直觀以及現(xiàn)場踏勘難度大、效率低的問題，提高鐵路勘察設(shè)計作業(yè)效率，設(shè)計研發(fā)了“大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)（CEC3DRODS）”。
    “大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)”是一款綜合應(yīng)用BIM技術(shù)與三維GIS技術(shù)，融合三維地理空間數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)與BIM模型等多源數(shù)據(jù)，服務(wù)于鐵路工程勘察設(shè)計應(yīng)用的三維信息化平臺。系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)搭建，在數(shù)據(jù)層設(shè)計構(gòu)建了“鐵路勘察設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”，實現(xiàn)了項目數(shù)據(jù)、設(shè)計數(shù)據(jù)及BIM模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。在應(yīng)用層研發(fā)了“大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)”，并開發(fā)了后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了鐵路三維大場景構(gòu)建以及數(shù)字勘察、設(shè)計優(yōu)化等應(yīng)用功能。


      系統(tǒng)主要特點及創(chuàng)新點如下：
    （1）設(shè)計構(gòu)建了鐵路勘察設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫并研發(fā)了后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了項目工程數(shù)據(jù)、線路方案數(shù)據(jù)、專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。
    （2）建立了基于權(quán)限分級的勘察設(shè)計數(shù)據(jù)同步機制，可依據(jù)數(shù)據(jù)權(quán)限及用戶權(quán)限進(jìn)行服務(wù)器端項目數(shù)據(jù)的下載、上傳與同步管理。
    （3）基于加載的三維地理空間數(shù)據(jù)、線路方案數(shù)據(jù)、專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)，以及基于規(guī)則建模技術(shù)快速生成的路基、橋梁、隧道等工程設(shè)計模型數(shù)據(jù)，構(gòu)建了鐵路三維大場景，為設(shè)計人員在計算機屏幕上提供一個真實、可量測、多視角的三維設(shè)計場景。
    （4）采用進(jìn)程間通信技術(shù)實現(xiàn)了線路二三維聯(lián)動設(shè)計，并在三維場景中實現(xiàn)了鐵路線路平面及縱斷面的優(yōu)化設(shè)計，充分利用二維及三維選線設(shè)計的優(yōu)勢，提高了線路勘察設(shè)計的效率。
    （5）開發(fā)了設(shè)計線位生成、三維踏勘、專業(yè)調(diào)查、設(shè)計驗證、線路優(yōu)化、方案決策等應(yīng)用工具，可滿足鐵路工程勘察設(shè)計階段多專業(yè)綜合應(yīng)用需求。
    “大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)”已在多個鐵路勘察設(shè)計項目中進(jìn)行應(yīng)用，實現(xiàn)了“外業(yè)工作內(nèi)業(yè)化、內(nèi)業(yè)工作智能化”，可顯著提高勘察設(shè)計工作效率和設(shè)計成果質(zhì)量。
二、系統(tǒng)主要功能介紹
    “大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)”功能包括多專業(yè)數(shù)據(jù)組織及協(xié)同管理、三維設(shè)計場景構(gòu)建、三維踏勘及專業(yè)調(diào)查、方案比選、線路設(shè)計優(yōu)化、二三維聯(lián)動設(shè)計、設(shè)計模型快速生成以及成果展示等功能模塊。
1、多專業(yè)數(shù)據(jù)組織及協(xié)同管理功能
    （1）設(shè)計構(gòu)建了鐵路勘察設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫并研發(fā)了后臺數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)項目工程數(shù)據(jù)、線路方案數(shù)據(jù)、專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

    （2）建立了多專業(yè)數(shù)據(jù)組織及分類方法，以及基于權(quán)限分級的勘察設(shè)計數(shù)據(jù)同步機制，可依據(jù)數(shù)據(jù)及用戶權(quán)限進(jìn)行服務(wù)器端項目數(shù)據(jù)的下載、上傳與同步管理。
 
      2、基于BIM與GIS融合的鐵路三維設(shè)計場景構(gòu)建功能
      通過三維地理空間數(shù)據(jù)、線路方案數(shù)據(jù)、專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)以及BIM模型的加載與融合，系統(tǒng)可為勘察設(shè)計人員在計算機屏幕上構(gòu)建一個真實直觀、信息豐富、可量測、多視角的鐵路三維設(shè)計場景。
 
      3、三維踏勘及專業(yè)調(diào)查功能
    “三維踏勘及專業(yè)調(diào)查”功能包括三維設(shè)計線位生成、場景標(biāo)注、場景定位、場景查詢、斷面提取計算、工程量計算、房屋調(diào)查等功能，可輔助專業(yè)設(shè)計人員開展鐵路沿線地形地貌及建構(gòu)筑物的三維虛擬踏勘和專業(yè)調(diào)查工作。


      4、線路方案比選功能
      系統(tǒng)可根據(jù)線路平縱斷面設(shè)計文件，快速創(chuàng)建線路三維方案線，并結(jié)合導(dǎo)入的線路控制數(shù)據(jù)實現(xiàn)多個線路方案的比較分析，從而達(dá)到線路方案優(yōu)化、決策的目的。
 
      5、線路設(shè)計優(yōu)化功能
      系統(tǒng)“線路設(shè)計優(yōu)化”功能包括平面線路調(diào)整、縱斷面線路調(diào)整、斷鏈編輯、線路方案保存等功能模塊，可在三維場景中進(jìn)行線路平縱斷面的設(shè)計優(yōu)化。

      6、線路二三維聯(lián)動設(shè)計功能
      利用系統(tǒng)“線路二三維聯(lián)動設(shè)計”功能，可實現(xiàn)鐵路線路二維設(shè)計系統(tǒng)與本系統(tǒng)的同步聯(lián)動設(shè)計。在二維設(shè)計系統(tǒng)中調(diào)整線路平縱斷面線形，三維場景中對應(yīng)設(shè)計線位將同步實時調(diào)整；在本系統(tǒng)三維場景中進(jìn)行線路平縱斷面線形調(diào)整，亦將同步應(yīng)用于二維設(shè)計系統(tǒng)。

      7、設(shè)計模型快速生成功能
      系統(tǒng)可利用線路設(shè)計方案、橋梁孔跨布設(shè)、隧道洞口及洞身設(shè)計參數(shù)、路基斷面等設(shè)計數(shù)據(jù)，在三維場景中快速生成橋梁、隧道及路基三維設(shè)計模型，輔助進(jìn)行設(shè)計方案展示、成果驗證與方案優(yōu)化。

      8、成果展示功能
      成功展示匯報功能主要包括線路漫游飛行、工點可視化分析等。線路漫游飛行即選擇漫游線位，設(shè)定起止里程、飛行速度、飛行高度后實現(xiàn)沿線路飛行。工點可視化分析可實現(xiàn)重點工點風(fēng)格及屬性信息的保存及快速定位，便于不同工點間的快速切換。

三、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
      1、平臺架構(gòu)：C/S架構(gòu)。
      2、主要硬件要求：CPU：i5-10500或同配置處理器；運行內(nèi)存：8G；顯卡：NVIDIA T400或同配置顯卡。
      3、兼容性：兼容Windows7/10/11操作系統(tǒng)。
      4、安全性：服務(wù)器部署在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，實行內(nèi)外網(wǎng)分離，保證數(shù)據(jù)傳輸安全。
      5、可擴展性：平臺采用組件式開發(fā)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，可擴展性強。
      6、穩(wěn)定性：平臺滿足7*24小時穩(wěn)定運行要求。
      7、支持?jǐn)?shù)據(jù)：DEM、DOM、CAD、DGN、SHP等格式矢量數(shù)據(jù)、BIM模型及OSGB模型等。
四、系統(tǒng)應(yīng)用情況
    “大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)（CEC3DRODS）”自2021年發(fā)布應(yīng)用以來，已在文蒙鐵路、通蘇嘉甬鐵路、如通蘇湖鐵路、宜涪鐵路（宜昌至五峰段）、靖神鐵路、三峽旅游軌道交通、宜常鐵路、溫福鐵路等鐵路勘察設(shè)計項目中進(jìn)行了應(yīng)用，提高了勘察設(shè)計工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)作業(yè)成本。

      1、在如通蘇湖鐵路定測項目中，橋梁專業(yè)利用本系統(tǒng)開展了跨常臺高速橋墩平面布置、橋梁布跨等設(shè)計驗證工作。同時，結(jié)合接觸網(wǎng)桿測量成果，開展了上跨京滬高鐵橋梁凈空設(shè)計驗證工作，提高了橋梁設(shè)計效率。

      2、在通蘇嘉甬鐵路補定測項目中，隧道專業(yè)利用與線路專業(yè)數(shù)據(jù)模型的交互，實現(xiàn)隧道沿線敷設(shè)；利用BIM與GIS融合，在三維場景中對隧道穿越鳳里街段埋深進(jìn)行設(shè)計驗證，驗證結(jié)果為該段落盾構(gòu)隧道與如通蘇湖城際鐵路盾構(gòu)隧道埋深相近，實現(xiàn)了地下空間的節(jié)約、線路平縱斷面的優(yōu)化。
      3、在三峽旅游軌道交通初測項目中，站場專業(yè)利用本系統(tǒng)基于傾斜攝影及BIM技術(shù)構(gòu)建的鐵路三維大場景，開展胡金灘碼頭站站位方案設(shè)計驗證和方案優(yōu)化工作。對遠(yuǎn)站位高架站方案和近站位高架站方案的觀景效果進(jìn)行對比分析，并結(jié)合工程地質(zhì)、交通銜接及工程可實施性等因素，確定推薦采用遠(yuǎn)站位高架站方案。

      4、在如通蘇湖鐵路定測項目中，線路專業(yè)利用本系統(tǒng)直接進(jìn)行平面曲線調(diào)整和縱斷面調(diào)整，并聯(lián)合CAD軟件功能在二維矢量地形圖和縱斷面拉坡圖進(jìn)行聯(lián)動優(yōu)化，實現(xiàn)“全方位”優(yōu)化線位的應(yīng)用效果，提高了線路設(shè)計效率。

      5、在如通蘇湖鐵路定測項目中，環(huán)保專業(yè)結(jié)合BIM與GIS構(gòu)建的三維大場景中線路周邊的居民點、學(xué)校、醫(yī)院等噪聲振動敏感點分布情況，開展三維虛擬踏勘，獲取噪聲敏感點構(gòu)筑物高度、層數(shù)及平面距離等參數(shù)，以此開展噪聲振動預(yù)測，指導(dǎo)后續(xù)減振降噪措施設(shè)計工作。

      6、在臨哈鐵路項目中，地質(zhì)專業(yè)通過平臺影像快速識別既有鐵路設(shè)備，通過線路左右側(cè)防沙網(wǎng)格設(shè)置寬度，研判線路左右側(cè)沙害嚴(yán)重程度，此外還可以探查防沙設(shè)備破損情況，為后期設(shè)計補強提供依據(jù)。

      7、在臨哈鐵路可行性研究審查會上，線路、橋梁專業(yè)利用本系統(tǒng)對水害段雙繞方案進(jìn)行了詳細(xì)匯報，專家結(jié)合三維大場景，對雙繞方案提出了進(jìn)一步優(yōu)化意見。

五、系統(tǒng)研發(fā)情況說明
    “大場景鐵路線路設(shè)計優(yōu)化及決策系統(tǒng)”基于國產(chǎn)GIS平臺SuperMap采用組件式開發(fā)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、功能實現(xiàn)均由中鐵設(shè)計獨立完成，相關(guān)核心技術(shù)自主可控。平臺采用C/S架構(gòu)搭載，服務(wù)器部署在企業(yè)內(nèi)部，實行內(nèi)外網(wǎng)分離的網(wǎng)絡(luò)策略，保證數(shù)據(jù)傳輸安全。
      系統(tǒng)已申請軟件著作權(quán)3項（已授權(quán)2項）、申請發(fā)明專利2項（已受理）。