地鐵車輛基地工藝智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

石航

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

0 引言

截至2021年底，共有50 個(gè)城市開通城市軌道交通，運(yùn)營(yíng)線路283 條，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度9 206.8 km。其中，地鐵運(yùn)營(yíng)線路7 209.7 km，占比78.3%；其他制式城軌交通運(yùn)營(yíng)線路1 997.1 km，占比21.7%。當(dāng)年新增運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度1 237.1 km。中國(guó)已成為世界上城市軌道交通發(fā)展速度最快、運(yùn)營(yíng)線路最多的國(guó)家。城市軌道交通車輛基地作為軌道交通線網(wǎng)的“心臟”，保障著城市軌道交通高效、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。工藝設(shè)計(jì)對(duì)車輛基地總平面布局、作業(yè)流程、運(yùn)用檢修工藝等進(jìn)行統(tǒng)籌，是保障車輛基地高效、安全運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，是車輛基地設(shè)計(jì)的核心。

高質(zhì)量安全發(fā)展已成為全社會(huì)、全行業(yè)的共識(shí)，隨著勘察設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，各地軌道公司對(duì)設(shè)計(jì)院的勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量提出了前所未有的嚴(yán)格要求，對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的容忍度也越來(lái)越低。在當(dāng)前人力資源緊張的局面下，設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)欠缺、缺乏系統(tǒng)全面的歷練即參與到項(xiàng)目中，遺漏細(xì)節(jié)、忽視接口、同類問(wèn)題在不同的項(xiàng)目上反復(fù)出現(xiàn)，是勘察設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題不斷的根源。

目前車輛基地的設(shè)計(jì)手段仍比較單一，無(wú)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模板，缺少智能、高效的設(shè)計(jì)工具，且不同設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)習(xí)慣不同，導(dǎo)致設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，迫切需要開發(fā)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)提高車輛基地設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及目標(biāo)

車輛基地是城市軌道交通工程中設(shè)計(jì)難度大、接口多的系統(tǒng)工程，也是各方關(guān)注的重點(diǎn)。為提高車輛基地的設(shè)計(jì)品質(zhì)及效率、解決痛點(diǎn)難點(diǎn)，開發(fā)了城軌車輛基地標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，依托歷年積累形成的標(biāo)準(zhǔn)化成果、設(shè)計(jì)問(wèn)題庫(kù)等資源，將參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)思路全面延伸拓展，建立不同設(shè)計(jì)階段、流程、內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化模板，進(jìn)而開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、引導(dǎo)式設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)車輛基地工藝設(shè)計(jì)全過(guò)程的參數(shù)化、自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)城軌項(xiàng)目分散在全國(guó)各地、設(shè)計(jì)人員常駐現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，方便在各地使用，同時(shí)為滿足不同城市的特殊需求，系統(tǒng)針對(duì)各城市特點(diǎn)設(shè)置“本土化”功能，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)主要功能如下：

（1）通過(guò)建立內(nèi)部數(shù)據(jù)算法模型，解決復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)簡(jiǎn)易式、通用式表達(dá)的問(wèn)題。車輛基地工藝設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)參數(shù)是設(shè)計(jì)文件的基礎(chǔ)與核心，通過(guò)查閱規(guī)范、會(huì)議討論、廠家交流、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等多種方式調(diào)研工藝設(shè)計(jì)一般步驟，梳理工藝設(shè)計(jì)所有設(shè)計(jì)參數(shù)，并通過(guò)規(guī)模計(jì)算、工藝尺寸計(jì)算、限界計(jì)算等算法模型將設(shè)計(jì)參數(shù)與文件、圖紙、概算中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來(lái)，并形成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和通用化的輸入、輸出文件，用以約束和規(guī)范上下游專業(yè)接口，可有效避免標(biāo)準(zhǔn)不一和疏漏差錯(cuò)導(dǎo)致的工作反復(fù)、質(zhì)量欠缺等問(wèn)題。

（2）利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)，建立標(biāo)準(zhǔn)化、引導(dǎo)式設(shè)計(jì)平臺(tái)，能適應(yīng)不同地域的不同需求。首先建立適應(yīng)各城市、各階段、各車型、各工況的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)云平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合、分類和管理，使數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、調(diào)用更加靈活便利。其次研究車輛基地工程中輸入資料、規(guī)模計(jì)算、設(shè)計(jì)評(píng)審、總圖設(shè)計(jì)、單體圖設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、輸出資料等不同流程的標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容，打造標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，為設(shè)計(jì)人員提供豐富、全面和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)模板，提高設(shè)計(jì)效率。

（3）通過(guò)二次開發(fā)技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“一鍵式”標(biāo)準(zhǔn)化輸出設(shè)計(jì)成果文件。通過(guò)提取工可、總體設(shè)計(jì)、初步設(shè)、施工圖各設(shè)計(jì)階段車輛基地工藝設(shè)計(jì)的說(shuō)明書素材、互提資料、圖紙、概算、技術(shù)規(guī)格書的標(biāo)準(zhǔn)模板和變化要素，利用基于VBA 的CAD、Word、Excel 的二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸入?yún)?shù)與設(shè)計(jì)成果文件的相互關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)良好的人機(jī)交互界面，利用ADO.NET 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行參數(shù)記憶、關(guān)聯(lián)性、智能提示的程序內(nèi)部設(shè)計(jì)，最終達(dá)到“一鍵式”標(biāo)準(zhǔn)化輸出設(shè)計(jì)成果文件的目的。

（4）通過(guò)建立遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的設(shè)計(jì)人員可隨時(shí)隨地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員分布在全國(guó)各地，具有溝通交流不暢、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一等問(wèn)題，本項(xiàng)目將建立線上標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)各地設(shè)計(jì)人員在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)上采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)流程和方法，達(dá)到信息傳遞順暢、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致的目的。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

本系統(tǒng)基于J2EE 平臺(tái)的組件進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，采用B/S 結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式），以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和普通PC 機(jī)為硬件基礎(chǔ)，以CADMXDRAW、PageOffice，JQUERY，HTML5 為軟件基礎(chǔ)。系統(tǒng)集合了HTML5 頁(yè)面技術(shù)、OFFICE 控件、CAD 繪圖控件及文件庫(kù)等前沿的中間件和產(chǎn)品，涵蓋從提入資料到提出資料的各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)處理，設(shè)計(jì)出了一套統(tǒng)一的常量、公式、計(jì)算規(guī)則，并實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一接口化管理，方便后期的專業(yè)分步建設(shè)。詳細(xì)系統(tǒng)框圖如圖1所示，設(shè)計(jì)提入資料及設(shè)計(jì)常量通過(guò)邏輯公式計(jì)算得到設(shè)計(jì)單元，設(shè)計(jì)單元根據(jù)模板格式及規(guī)則生成輸出文件。

圖1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)由管理中心、數(shù)據(jù)中心、項(xiàng)目中心組成，如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)組成

系統(tǒng)管理中心主要面向系統(tǒng)管理人員。管理中心可對(duì)用戶的角色權(quán)限進(jìn)行設(shè)定和管理；對(duì)項(xiàng)目的階段劃分、專業(yè)依賴、計(jì)算設(shè)計(jì)、評(píng)審設(shè)計(jì)、常量庫(kù)設(shè)計(jì)、公式庫(kù)設(shè)計(jì)、設(shè)備庫(kù)建設(shè)、合成模板管理、路徑依賴設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)成果進(jìn)行建設(shè)和管理；對(duì)系統(tǒng)的暫存、更新、記憶、版本控制等等進(jìn)行管理。通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)化、引導(dǎo)式設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)輸入資料、規(guī)模計(jì)算、設(shè)計(jì)評(píng)審、總圖設(shè)計(jì)、單體圖設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、輸出資料等不同內(nèi)容和流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理。

數(shù)據(jù)中心是常用設(shè)計(jì)資料標(biāo)準(zhǔn)化管理與存儲(chǔ)中心，主要面向項(xiàng)目管理人員。數(shù)據(jù)中心將用戶在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的常規(guī)資料設(shè)計(jì)成體系化的數(shù)據(jù)庫(kù)，可被方便地管理及使用。隨著用戶的深度使用，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的資料也隨之沉淀擴(kuò)充。目前該數(shù)據(jù)中心含用戶常用的三大數(shù)據(jù)庫(kù)：工藝設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)化成果庫(kù)、常見問(wèn)題庫(kù)。通過(guò)建立線上標(biāo)準(zhǔn)資料庫(kù)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)各地設(shè)計(jì)人員在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺(tái)上采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)內(nèi)容、流程和方法，達(dá)到信息傳遞順暢、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致的目的。

項(xiàng)目中心是應(yīng)用使用與項(xiàng)目資料存儲(chǔ)中心，也是設(shè)計(jì)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化中心，主要面向項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員。項(xiàng)目中心將項(xiàng)目設(shè)計(jì)各階段的資料提入、結(jié)果計(jì)算、設(shè)備選型、設(shè)備概算、平面圖生成、互提資料生成等內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化模塊化，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入與存儲(chǔ)、項(xiàng)目中間數(shù)據(jù)快速條件計(jì)算、結(jié)果數(shù)據(jù)下載與合成、提出資料智能合成、設(shè)計(jì)圖紙條件調(diào)用與生成等過(guò)程都在這里實(shí)現(xiàn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 工藝設(shè)計(jì)自動(dòng)化計(jì)算

通過(guò)項(xiàng)目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及其他專業(yè)數(shù)據(jù)輸入，可以在線輸出單體庫(kù)長(zhǎng)庫(kù)寬、設(shè)備表及設(shè)備概算表等計(jì)算結(jié)果。

輸入數(shù)據(jù)是指對(duì)能夠輸入到計(jì)算機(jī)并由計(jì)算機(jī)處理的對(duì)象（如數(shù)字、字母、符號(hào)、文字、圖表等）的統(tǒng)稱，是將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。而設(shè)計(jì)計(jì)算的目的是通過(guò)快速處理既有數(shù)字進(jìn)行計(jì)算，得到預(yù)期的數(shù)值結(jié)果，處理的是數(shù)值計(jì)算的部分。系統(tǒng)通過(guò)在輸入資料模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，以表格的形式將所有數(shù)值進(jìn)行類型定義與系統(tǒng)排序，通過(guò)公式定義計(jì)算方式，從而得到計(jì)算結(jié)果。

將設(shè)計(jì)計(jì)算中涉及的公式和常量以特定（通用）的方式定義在系統(tǒng)中，然后利用URule 規(guī)則引擎編排計(jì)算規(guī)則流程并發(fā)布成可被調(diào)用的知識(shí)包，項(xiàng)目中心頁(yè)面計(jì)算觸發(fā)調(diào)用指定知識(shí)包，進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，最后將結(jié)果展示在頁(yè)面上。計(jì)算規(guī)則流程可定義、可視化、可修改，這種編排方式讓業(yè)務(wù)規(guī)則建模更加直觀。可針對(duì)不同的計(jì)算過(guò)程設(shè)計(jì)個(gè)性化計(jì)算規(guī)則，數(shù)據(jù)中心指定計(jì)算規(guī)則即可。

URule 規(guī)則引擎將基于業(yè)務(wù)規(guī)則的決策，從手工代碼中分離，使用預(yù)定義的語(yǔ)句進(jìn)行（腳本式或圖形化）業(yè)務(wù)規(guī)則建模，接收數(shù)據(jù)輸入，根據(jù)相應(yīng)業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行運(yùn)算，得到輸出。提供向?qū)經(jīng)Q策集、腳本式規(guī)則集、決策表、決策樹、評(píng)分卡及決策流等規(guī)則定義方式，配合基于Web 的設(shè)計(jì)器，可快速實(shí)現(xiàn)規(guī)則的定義、維護(hù)與發(fā)布。

3.2 設(shè)計(jì)文件自動(dòng)生成

通過(guò)項(xiàng)目的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及其他專業(yè)數(shù)據(jù)輸入，可以在線輸出對(duì)各專業(yè)提資文件，且文件具備標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，并可以進(jìn)行個(gè)性化修改。

軟件的資料主要為文本、數(shù)值、圖片、表格等多種類型，都將在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備部分進(jìn)行資料上傳和計(jì)算。每個(gè)部分都會(huì)利用code 將對(duì)應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行唯一性約束。然后通過(guò)模版對(duì)需引用數(shù)據(jù)和表格的唯一標(biāo)識(shí)（code）進(jìn)行取用，進(jìn)而獲取相關(guān)的內(nèi)容。

合成模板是組成最終成果（評(píng)審資料、提出資料）的關(guān)鍵性模塊，系統(tǒng)所需的關(guān)鍵性計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)中，沒(méi)有做可視化呈現(xiàn)，且中間成果數(shù)據(jù)繁多，因此需要在合成模板中自定義插入中間成果以便合成最終結(jié)果。

合成模板上傳完成后，將模板中的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)替換為計(jì)算結(jié)果或者輸入資料，即可得到用戶預(yù)期的輸出資料，如圖3所示。

圖3 文件資料參數(shù)化

替換的方式是將關(guān)鍵性數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)變量定義。變量的定義通過(guò)變量名稱、變量取值表名（數(shù)據(jù)庫(kù)表名）、變量取值字段名（數(shù)據(jù)庫(kù)表的字段名）、取值條件（SQL 查詢條件）、變量類型、文檔數(shù)據(jù)類型（書簽類型，tag 類型）幾個(gè)方面進(jìn)行限定，就可以取到對(duì)應(yīng)的唯一值了。

3.3 工藝設(shè)備庫(kù)的建立

工藝設(shè)備庫(kù)內(nèi)包含了與工藝設(shè)備相關(guān)的詳細(xì)信息，涵蓋廠家信息、技術(shù)接口資料、設(shè)備照片、土建條件圖、BIM 模型、技術(shù)規(guī)格書等內(nèi)容。系統(tǒng)利用Bootstarp 的fileinput 插件進(jìn)行文檔上傳與管理，利用引擎layer-v2.4 彈出窗技術(shù)，為用戶提供瀏覽查看功能，設(shè)備詳情界面如圖4所示。

圖4 司機(jī)端小程序首頁(yè)界面

圖4 工藝設(shè)備查看界面

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化研究成果庫(kù)的建立

軟件系統(tǒng)為專項(xiàng)研究成果建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)，將專項(xiàng)研究的設(shè)計(jì)類型、工藝要求、概述指標(biāo)、優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行匯總，供項(xiàng)目調(diào)用，標(biāo)準(zhǔn)化研究成果庫(kù)界面如圖5所示。系統(tǒng)管理人員可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，從而不斷擴(kuò)大和完善系統(tǒng)中的專項(xiàng)設(shè)計(jì)方案信息。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化研究成果庫(kù)

軟件系統(tǒng)利用入庫(kù)的專項(xiàng)研究成果資料，預(yù)配出指點(diǎn)設(shè)計(jì)地點(diǎn)、設(shè)計(jì)單體、設(shè)計(jì)類型、設(shè)計(jì)區(qū)域的指定設(shè)計(jì)方案，作為設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)參考的標(biāo)準(zhǔn)配置方案，并在項(xiàng)目中賦予設(shè)計(jì)人員修改配置內(nèi)容的權(quán)限。而系統(tǒng)管理人員則可以在專項(xiàng)研究成果配置庫(kù)中對(duì)預(yù)配內(nèi)容進(jìn)行管理和編輯。系統(tǒng)利用layer+laytpl 插件對(duì)其進(jìn)行信息維護(hù)。

3.5 常見問(wèn)題庫(kù)的建立

軟件系統(tǒng)為常見設(shè)計(jì)問(wèn)題建立數(shù)據(jù)庫(kù)，按照設(shè)計(jì)單體進(jìn)行分類數(shù)據(jù)入庫(kù)，將問(wèn)題主體專業(yè)、涉及專業(yè)、問(wèn)題描述、解決方案等信息儲(chǔ)存在專項(xiàng)研究成果庫(kù)中，形成標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容，供項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中對(duì)問(wèn)題的具體內(nèi)容描述的查看，設(shè)計(jì)問(wèn)題查看界面如圖6所示。系統(tǒng)管理人員可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，從而不斷擴(kuò)大和完善系統(tǒng)中的問(wèn)題庫(kù)信息。

圖6 設(shè)計(jì)問(wèn)題查看界面

軟件系統(tǒng)為核查要點(diǎn)建立專項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)，按照設(shè)計(jì)單體進(jìn)行分類數(shù)據(jù)入庫(kù)，將信息儲(chǔ)存在專項(xiàng)研究成果庫(kù)中，并將統(tǒng)一類別中核查要點(diǎn)與問(wèn)題庫(kù)建立聯(lián)系，形成標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容，作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中必須核查要點(diǎn)表。同時(shí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)核查要點(diǎn)關(guān)聯(lián)的問(wèn)題進(jìn)行問(wèn)題具體內(nèi)容描述的查看。系統(tǒng)管理人員可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，從而不斷擴(kuò)大和完善系統(tǒng)中的核查要點(diǎn)庫(kù)和問(wèn)題庫(kù)信息。

4 結(jié)論

本文研究地鐵車輛基地工藝智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，立足于城市軌道交通建設(shè)的需求，在自動(dòng)化手段提高工效的基礎(chǔ)上，將一線設(shè)計(jì)人員從常規(guī)性的事務(wù)工作壓力中解放出來(lái)，把節(jié)省出的精力放在影響重大設(shè)計(jì)質(zhì)量的總體方案、接口協(xié)同和完善細(xì)節(jié)工作上，從根源上減少問(wèn)題隱患，能夠顯著提升設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率。