高速鐵路信號施工圖設(shè)計特點及輔助軟件實現(xiàn)

張敏慧

（中鐵第四勘察設(shè)計集團(tuán)有限公司 通 號處， 武漢 4 30063）

隨著高速鐵路建設(shè)，鐵路信號系統(tǒng)的技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)也不斷發(fā)展，目前開通的時速350 km/h及250 km/h的一批高速鐵路，各車站、區(qū)間信號控制不再是孤立的設(shè)備，而是通過信號安全傳輸網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)動的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，信號系統(tǒng)主要配置了計算機聯(lián)鎖、列控中心、LEU及應(yīng)答器、自閉設(shè)備、CTC、微機監(jiān)測等設(shè)備。

1 信號施工圖設(shè)計特點

信號施工圖設(shè)計的工作內(nèi)容和工作重點，從以往單一關(guān)注車站聯(lián)鎖關(guān)系到關(guān)注系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)合、信號區(qū)間設(shè)備布置、信號碼序的設(shè)置方案、列控信息數(shù)據(jù)表等許多方面，從圖紙數(shù)量和工作量來看，信號施工圖設(shè)計任務(wù)依舊繁重。

高速鐵路信號施工圖室外部分的變化主要是數(shù)字電纜或內(nèi)屏蔽數(shù)字電纜的使用方案及方式；而室內(nèi)部分設(shè)計重心則發(fā)生較大變化。由于計算機聯(lián)鎖承擔(dān)了聯(lián)鎖關(guān)系的檢查和保證工作、列控中心完成了移頻軌道電路的編碼、區(qū)間方向控制、區(qū)間點燈控制等核心邏輯工作，工程設(shè)計中聯(lián)鎖、自閉設(shè)計重心從聯(lián)鎖關(guān)系設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍Σ煌O(shè)備供應(yīng)商、不同列控等級下不同電路要求和接口設(shè)計要求，完成車站和區(qū)間的信號、軌道、道岔的聯(lián)鎖和閉塞的接口設(shè)計。此外，列控系統(tǒng)為高速鐵路新出現(xiàn)的設(shè)計內(nèi)容，信號設(shè)計需要根據(jù)不同列控等級對應(yīng)答器設(shè)置的不同要求，完成應(yīng)答器布置方案、設(shè)計列控中心控制的發(fā)碼碼序、向列控中心提供列控運行控制所需要的進(jìn)路長度、坡度、允許速度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 信號施工圖輔助設(shè)計軟件特點

2.1 適應(yīng)信號系統(tǒng)設(shè)備與技術(shù)要求

（1）結(jié)合移頻軌道電路、大號碼道岔、應(yīng)答器電纜等新型設(shè)備要求對電纜使用要求，合理布設(shè)室外電纜徑路、自動完成不同電纜型號下的電纜配線。（2）結(jié)合計算機聯(lián)鎖功能與接口要求，合理設(shè)計聯(lián)鎖組合、進(jìn)行設(shè)備配置、架柜布置，自動完成與室外設(shè)備結(jié)合的控制電路圖。（3）考慮信號常態(tài)滅燈的技術(shù)要求、道岔控制的特殊邏輯要求（例如下拉裝置的控制），合理設(shè)計并自動完成信號點燈控制及道岔控制邏輯。（4）考慮列控中心方向控制、編碼控制和點燈控制功能，合理設(shè)計閉塞組合、進(jìn)行設(shè)備配置架柜布置，自動完成區(qū)間點燈及軌道電路圖。（5）考慮不同列控等級下應(yīng)答器布置的不同要求，自動完成各等級列控制式下應(yīng)答器在區(qū)間、車站的布置方案。（6）根據(jù)車站、區(qū)間信號機及道岔布設(shè)情況，自動完成編碼碼序要求，提交給列控中心系統(tǒng)完成編碼控制。

2.2 適應(yīng)不同供貨廠家接口要求

信號聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)備、列控中心設(shè)備等均有多家設(shè)備，而供貨商雖然系統(tǒng)設(shè)備完成的功能相同，但是在繼電器的驅(qū)動、采集接口方式、接口內(nèi)容和條件等方面均存在較大的差異，要求信號輔助設(shè)計軟件具備多廠家的適應(yīng)能力。

圖1 信號輔助設(shè)計軟件包模塊劃分

3 信號施工圖輔助設(shè)計軟件的實現(xiàn)

實現(xiàn)信號施工圖輔助設(shè)計需要一個龐大的輔助設(shè)計軟件包，從子系統(tǒng)設(shè)計角度看，該軟件包可分為聯(lián)鎖、閉塞和列控等部分；從軟件處理對象來看，該軟件包可分為室內(nèi)和室外設(shè)計部分；不同設(shè)計部分之間有著數(shù)據(jù)交互關(guān)系，最終通過ACAD圖形或EXCEL表格形式輸出設(shè)計成果。

3.1 總體規(guī)劃及模塊劃分

從信號施工圖紙工作量分析，信號輔助設(shè)計軟件主要實現(xiàn)聯(lián)鎖、閉塞、列控系統(tǒng)的輔助設(shè)計工作，以減輕手工重復(fù)工作量、減少人為差錯、提高設(shè)計工效。對各部分圖紙工作量大的環(huán)節(jié)逐一分析，可以將輔助設(shè)計軟件包分解為若干軟件模塊，針對各軟件模塊的輸入、輸出和限制條件進(jìn)行分析，逐一形成輔助設(shè)計軟件模塊，如圖1。

3.2 車站平面圖、室外電纜徑路及雙線圖的輔助設(shè)計模塊

車站平面圖的輸入條件是站場平面圖，輸出為信號平面布置圖。其設(shè)計原則為信號機布點原則、軌道電路設(shè)置原則、信號平面圖反映的信息要素，包括信號設(shè)備距離信號樓距離、進(jìn)站口坡度、道岔表、站臺端位置、牽引變電所位置等。

利用站場平面數(shù)據(jù)，進(jìn)行道岔坐標(biāo)換算；根據(jù)進(jìn)站、出站、調(diào)車信號機布置原則，警沖標(biāo)計算方法進(jìn)行信號機的布設(shè)；根據(jù)軌道電路長度、分支情況的制約條件進(jìn)行軌道區(qū)段的布置；根據(jù)信號平面圖要求，收集線路、牽引變電的相關(guān)資料形成有關(guān)表格、完成最終的信號平面圖設(shè)計。

室外電纜徑路及雙線圖的輔助設(shè)計模塊輸入條件是信號平面圖、站場平面圖，輸出為信號電纜徑路圖及包含極性交叉的雙線軌道電路圖。其設(shè)計原則是按照各信號設(shè)備的電纜使用情況，包括站內(nèi)移頻軌道電路的電纜型號及分頻使用要求、新點燈邏輯要求、道岔控制邏輯的電纜使用要求、站場電纜溝槽情況、電纜引入室內(nèi)通道等約束條件，布置各設(shè)備干線、支線電纜的走行情況，計算各根電纜長度及芯線使用情況；根據(jù)軌道電路制式、移頻信息傳輸要求對道岔直股、側(cè)股切割予以判定，并完成非移頻軌道電路區(qū)段的極性交叉工作。

由于這些軟件模塊主要針對ACAD圖紙進(jìn)行處理，可考慮采用對ACAD的二次開發(fā)手段，例如VisualLisp、VBA和ObjectARX等，其中Object-ARX基于VC平臺，在C++的支持下，功能強大，可以很好地運用各種面向?qū)ο蠹夹g(shù)，有利于信號平面圖功能的完成。

3.3 車站室外電纜配線輔助設(shè)計模塊

該模塊輸入條件是車站電纜徑路圖，輸出為各根電纜詳細(xì)的起至長度、分段電纜芯線使用情況、接線盒內(nèi)端子分配情況。

模塊由車站電纜輸入的信息較全，主要任務(wù)是建立設(shè)備芯線使用、箱盒端子使用庫即可進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而完成圖面布置生成圖形，可利用高級語言的數(shù)據(jù)庫處理能力，使用其與ACAD的接口對象生成最終圖紙。

3.4 車站聯(lián)鎖表設(shè)計模塊

該模塊輸入信息為信號平面圖，輸出為反映所有列車、調(diào)車進(jìn)路情況、敵對條件、軌道占用條件及其他聯(lián)鎖關(guān)系的進(jìn)路表。設(shè)計原則主要是依據(jù)平面信號接發(fā)車的道岔開向，遍歷所有可開通進(jìn)路，并依照信號敵對條件及進(jìn)路開通情況，找出敵對信號和軌道占用條件，同時找出區(qū)間或站間的特殊聯(lián)鎖約束條件。

3.5 車站聯(lián)鎖電路、區(qū)間自動閉塞輔助設(shè)計模塊

聯(lián)鎖、閉塞電路輸入條件為車站、區(qū)間信號平面圖，輸出為整套的信號聯(lián)鎖、閉塞室內(nèi)設(shè)計圖紙，包括排列表、控制邏輯電路圖、采集驅(qū)動電路、內(nèi)部接配線、側(cè)面接配線、分線盤配線等。軟件針對設(shè)備要求的控制邏輯，配置相應(yīng)組合，形成相應(yīng)的排列表；根據(jù)組合間相互關(guān)系、與聯(lián)鎖、列控中心系統(tǒng)接口關(guān)系、與室外電纜連接關(guān)系，形成相應(yīng)的設(shè)備配線；根據(jù)設(shè)備控制類型形成相應(yīng)電路圖紙。

由于聯(lián)鎖系統(tǒng)、閉塞依賴的列控中心設(shè)備供應(yīng)商眾多，其對采集驅(qū)動的具體結(jié)合方式、回線方式都有所不同，需要該軟件模塊能進(jìn)行多廠家信息處理，考慮同軟件平臺、分?jǐn)?shù)據(jù)庫管理方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理?？衫酶呒壵Z言的數(shù)據(jù)庫處理能力，使用其與ACAD的接口對象生成最終圖紙。

設(shè)備要求的控制邏輯需要根據(jù)設(shè)備最新發(fā)展情況確定，包括移頻軌道電路對架柜、組合的使用要求、客專特殊點燈邏輯對組合配置和點燈電路的新要求、帶下拉裝置的道岔控制電路要求。這些新要求帶來組合間接線關(guān)系的變化，需要有針對性的不斷修改和完善軟件模塊。該軟件主要使用數(shù)據(jù)遍歷技術(shù)，同時輔助以信號敵對關(guān)系尋找策略。該軟件模塊可將圖形關(guān)系抽象為數(shù)據(jù)關(guān)系，也可利用圖形軟件提供的關(guān)系處理邏輯，使用高級語言進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再使用其與ACAD的接口對象生成最終圖紙。

3.6 車站電碼化電纜輔助設(shè)計模塊

該設(shè)計模塊的輸入是信號平面布置圖，輸出的是成套的軌道電路電碼化相關(guān)圖紙、配線。設(shè)計原則是根據(jù)電碼化制式形成移頻信息疊加的電碼化組合配置、排列表、電碼化及相關(guān)配線圖。

由于電碼化的種類制式分為疊加、預(yù)疊加；室外布線方式分為二線制、四線制；設(shè)備供應(yīng)商分為ZPW200A、ZPW2000R；移頻設(shè)備放置方式也有所不同；因此電碼化軟件需要適應(yīng)不同廠家、不同制式的不同要求，可考慮同軟件平臺、分?jǐn)?shù)據(jù)庫管理方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用高級語言的數(shù)據(jù)庫處理能力，使用其與ACAD的接口對象生成最終圖紙。

3.7 區(qū)間平面圖、室外電纜徑路及配線輔助設(shè)計模塊

區(qū)間平面圖輔助設(shè)計模塊的輸入是信號區(qū)間布點信息、線路上橋隧狀況、中繼站設(shè)置情況；輸出包括信號布置、區(qū)間軌道電路分割在內(nèi)的信號區(qū)間平面圖。其主要處理要求為軌道電路極限長度的需求，同時對圖紙圖面進(jìn)行合理長度的處理。

室外電纜徑路則在平面圖基礎(chǔ)上，考慮電纜型號、分頻率使用的原則對信號、區(qū)段的控制電纜進(jìn)行布設(shè)。由于設(shè)備種類較為單一，配線關(guān)系較為簡捷，因此考慮區(qū)間平面圖、室外電纜徑路圖和配線統(tǒng)一平臺開發(fā)。

該模塊的數(shù)據(jù)處理集中在圖面橋隧布置、圖紙長度合理化處理方面，可優(yōu)先考慮采用Visual-Lisp，VC等手段對ACAD進(jìn)行二次開發(fā)。

3.8 信號碼序設(shè)置輔助設(shè)計模塊

該軟件模塊的輸入是車站和區(qū)間的信號平面布置圖，輸出是列車從任一進(jìn)路運行時不同追蹤情況的編碼序列。該軟件要考慮區(qū)間占用和站內(nèi)列車進(jìn)路遍歷情況，通過判定道岔轍叉號、前方軌道空閑個數(shù)分別推出各種進(jìn)路條件下的編碼序列。

該軟件在數(shù)據(jù)遍歷處理方面與車站聯(lián)鎖表有類似的處理，但兩者處理對象、處理原則和輸出結(jié)果并不相同，可比照聯(lián)鎖表軟件的利用圖形軟件提供的關(guān)系處理邏輯，使用高級語言進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再使用其與ACAD的接口對象生成最終圖紙。

3.9 應(yīng)答器布置輔助設(shè)計模塊

該軟件模塊的輸入是車站和區(qū)間的信號平面布置圖，輸出是應(yīng)答器布置圖，設(shè)計原則是根據(jù)CTCS-2、CTCS-3級列控系統(tǒng)應(yīng)答器設(shè)置原則進(jìn)行應(yīng)答器布置，涉及進(jìn)站口、反向運行等應(yīng)答器組內(nèi)個數(shù)時則需要進(jìn)行應(yīng)答器報文容量計算、制動距離計算等，此外該軟件還需要計算應(yīng)答器的里程，同時對應(yīng)答器根據(jù)車站和里程進(jìn)行命名。

該輔助設(shè)計模塊的數(shù)據(jù)處理與計算可考慮使用高級語言實現(xiàn)，但在處理應(yīng)答器布置平面圖時則可優(yōu)先考慮采用VisualLisp、VC等手段對ACAD進(jìn)行二次開發(fā)。

3.1 0 列控數(shù)據(jù)編制輔助設(shè)計模塊

該軟件模塊的輸入是車站和區(qū)間的信號應(yīng)答器布置圖、包括車站進(jìn)路表的信息、進(jìn)路信息源、站場、線路提供的線路信息等，輸出是車站與區(qū)間的列控數(shù)據(jù)工程表。該軟件處理模塊要參照相關(guān)部文對列控數(shù)據(jù)編碼要求、線路坡度、線路限速、道岔直側(cè)向限速情況確定各列車進(jìn)路上與控車有關(guān)的信息表，按照部文相關(guān)格式規(guī)定形成最終的EXCEL報表。

該輔助設(shè)計模塊可從車站聯(lián)鎖表輔助設(shè)計模塊中提取相關(guān)進(jìn)路信息，并從區(qū)間、站內(nèi)應(yīng)答器布置輔助設(shè)計模塊獲取相關(guān)行，利用高級語言的數(shù)據(jù)處理能力完成相關(guān)設(shè)計。

3.11 模塊間相互關(guān)系

各輔助設(shè)計模塊間實際有著數(shù)據(jù)流結(jié)合的前后關(guān)系，例如平面圖是各項軟件設(shè)計模塊的基礎(chǔ)；各模塊間有必要的數(shù)據(jù)交流與接口，例如聯(lián)鎖電路模塊、電碼化、區(qū)間自動閉塞模塊間關(guān)于排列表與分線盤的分配關(guān)系；因此如果要形成一個大的自動數(shù)據(jù)流動的軟件包，需要在模塊間數(shù)據(jù)接口內(nèi)容、接口格式等方面做好先期策劃和規(guī)定。

4 結(jié)束語

目前，我們與有關(guān)合作單位按照劃分的軟件模塊分布，完成了除車站信號平面布置圖外的其他各相關(guān)部分的輔助設(shè)計軟件，運用在目前開通的合武鐵路、甬臺溫/溫福鐵路、武廣高速鐵路、鄭西高速鐵路的信號施工圖設(shè)計中，取得了很好的使用效果，在設(shè)計周期短的形勢下，按時保質(zhì)供圖，受到各建設(shè)指揮部門的好評，并為各線路按時開通運行奠定基礎(chǔ)。

模塊間的互動接口還需要人工參與，信息交互設(shè)計有待完善和加強，在今后的過程中要加強接口方面的問題處理，期望各模塊間的無縫連接。