基于AutoCAD 的鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)

劉升法

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院，武漢 430070）

我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)正進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，“十四五”鐵路發(fā)展規(guī)劃提出推動(dòng)鐵路科技創(chuàng)新、提升技術(shù)裝備現(xiàn)代化水平等方面的發(fā)展要求[1]。在基于信息化、自動(dòng)化等相關(guān)技術(shù)大發(fā)展的新形勢(shì)下，信息工程設(shè)計(jì)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，逐步從“人工制圖”向“自動(dòng)化成圖”演進(jìn)，構(gòu)建高效率、高質(zhì)量的生產(chǎn)設(shè)計(jì)工具鏈[2]。

目前，各新建鐵路客運(yùn)站場(chǎng)均需要搭建信息系統(tǒng)，主要包括客票、旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控、視頻監(jiān)控、客運(yùn)廣播、綜合顯示、時(shí)鐘、安檢、入侵報(bào)警、綜合布線、電源、門禁、公安、辦公等子系統(tǒng)[3]。施工圖設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容包括對(duì)各子系統(tǒng)的終端設(shè)備布置、線纜布放、施工圖繪制、工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)等[4]，一般均通過(guò)手工在 AutoCAD 等繪圖軟件中完成。在施工圖的繪制過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通常需要制作信息子系統(tǒng)的設(shè)備終端一覽表，并根據(jù)此表繪制相關(guān)系統(tǒng)施工圖，繪圖效率低下。

本文設(shè)計(jì)一種基于AutoCAD 的鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)批量讀取信息子系統(tǒng)的設(shè)備終端一覽表及其相關(guān)信息，并對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行遍歷、多叉樹(shù)建模及規(guī)范性檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)一鍵生成所有鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖的功能。

1 軟件需求分析

1.1 鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)流程

根據(jù)《鐵路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究和設(shè)計(jì)文件編制辦法》（TB 10 504-2018）的規(guī)定，站房信息系統(tǒng)的施工圖成果主要包括總體架構(gòu)圖、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、系統(tǒng)構(gòu)成圖、現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備布置圖、溝槽管線圖及工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)表。其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)流程

（1）在房建平面圖中完成對(duì)各信息子系統(tǒng)終端設(shè)備布置、線纜布放，完成現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備布置圖、溝槽管線圖；

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備及溝槽管線布置圖，制作各信息子系統(tǒng)的設(shè)備終端一覽表；

（3）根據(jù)設(shè)備終端一覽表完成施工圖（包括總體架構(gòu)圖、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖、系統(tǒng)構(gòu)成圖）繪制及工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

1.2 需求分析

通過(guò)對(duì)多條不同規(guī)模高速鐵路項(xiàng)目站房信息系統(tǒng)內(nèi)施工圖的設(shè)計(jì)過(guò)程分析發(fā)現(xiàn)，在對(duì)中大型客運(yùn)站房或沿線客運(yùn)站眾多的鐵路線路進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，由于各信息子系統(tǒng)設(shè)備終端較多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系較為復(fù)雜[5]，在將設(shè)備終端一覽表轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)圖及工程數(shù)量表時(shí)過(guò)程繁瑣、設(shè)計(jì)工時(shí)消耗大、轉(zhuǎn)換過(guò)程易出錯(cuò)且修改調(diào)整復(fù)雜[6]。同時(shí)，不同設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)成果存在形式規(guī)格不完全統(tǒng)一的問(wèn)題。

為減輕設(shè)計(jì)人員在鐵路站房信息施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)圖繪制及工程量統(tǒng)計(jì)的工作量，提高設(shè)計(jì)效率、制圖規(guī)范性及工程量統(tǒng)計(jì)便捷性，確定了施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件需要實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

（1）對(duì)各信息子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化終端設(shè)備一覽表、設(shè)備圖塊、圖紙說(shuō)明等信息批量自動(dòng)讀取及格式標(biāo)準(zhǔn)化自查；

（2）根據(jù)輸入數(shù)據(jù)結(jié)合各信息子系統(tǒng)的邏輯特點(diǎn)，搭建不同信息子系統(tǒng)數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

（3）對(duì)輸入的各信息子系統(tǒng)數(shù)據(jù)之間的邏輯性、合理性、合規(guī)性進(jìn)行自查；

（4）一鍵自動(dòng)生成鐵路各信息子系統(tǒng)施工圖。

2 軟件框架設(shè)計(jì)

考慮到目前設(shè)計(jì)人員普遍采用AutoCAD 開(kāi)展鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)，為方便設(shè)計(jì)人員操作，施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件采用AutoCAD 插件形式設(shè)計(jì)，利用ObjectARX 工具及C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)AutoCAD 的二次開(kāi)發(fā)[7]，軟件界面采用嵌入式，菜單及對(duì)話框沿用AutoCAD 的風(fēng)格。為實(shí)現(xiàn)軟件所有設(shè)計(jì)功能，在構(gòu)建軟件框架時(shí)將其內(nèi)部劃分為參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理和成果生成3 個(gè)模塊，軟件框架內(nèi)部劃分示意如圖2 所示。

圖2 軟件框架內(nèi)部劃分示意

（1）參數(shù)設(shè)定模塊：通過(guò)軟件交互界面批量導(dǎo)入信息子系統(tǒng)的設(shè)備終端一覽表、通用設(shè)計(jì)圖塊、通用圖紙說(shuō)明及項(xiàng)目概況等信息。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)批量化導(dǎo)入的數(shù)據(jù)格式及數(shù)據(jù)間一些關(guān)聯(lián)信息邏輯性進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)各信息子系統(tǒng)的邏輯特點(diǎn)搭建不同信息子系統(tǒng)數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

（3）成果生成模塊：用戶通過(guò)人機(jī)交互界面生成全部或其中部分信息子系統(tǒng)圖及配套工程數(shù)量表。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 輸入數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

3.1.1 設(shè)備終端一覽表標(biāo)準(zhǔn)化

按照標(biāo)準(zhǔn)化模板制作各信息子系統(tǒng)設(shè)備終端一覽表是軟件自動(dòng)生成施工圖及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)輸入模板應(yīng)滿足用戶輸入簡(jiǎn)潔、程序讀取方便、具備一定的預(yù)處理功能及后期擴(kuò)展的條件。

通過(guò)制定統(tǒng)一的綜合信息子表及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置子表表頭及輸入數(shù)據(jù)類型（int、float、string 等），明確設(shè)計(jì)人員對(duì)信息的輸入位置及格式要求。表格標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)保證各信息子系統(tǒng)子表樣式的統(tǒng)一性，同時(shí)兼顧設(shè)計(jì)人員使用及軟件數(shù)據(jù)讀取的便捷性。

3.1.2 通用圖塊標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)于不同鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖，其包含的系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)備模型具有一定的重復(fù)性，因此將各信息子系統(tǒng)施工圖中通用的系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備模型等信息制作成dwg 圖塊，在軟件自動(dòng)生成施工圖時(shí)對(duì)相關(guān)圖塊進(jìn)行調(diào)用，可提高程序的運(yùn)行效率并保證繪圖格式的一致性。

軟件在自動(dòng)生成施工圖時(shí)，無(wú)須重新繪制通用設(shè)備模型及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可通過(guò)程序調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)化通用模板，依據(jù)設(shè)備終端一覽表中相關(guān)信息完善施工圖中剩余工程內(nèi)容。一般情況下通用圖塊無(wú)須修改，如果由于項(xiàng)目特殊性或現(xiàn)行技術(shù)方案調(diào)整引起部分施工圖架構(gòu)發(fā)生變化，可根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求在通用圖塊dwg 文件中直接修改。

3.1.3 通用圖紙說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)化

在鐵路站房信息系統(tǒng)施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)各信息子系統(tǒng)施工圖進(jìn)行文字說(shuō)明，而相同類型信息子系統(tǒng)施工圖紙中文字說(shuō)明框架基本一致，僅有少量如“站房名稱”“鐵路局集團(tuán)公司名稱”“系統(tǒng)上聯(lián)帶寬”等關(guān)鍵詞因項(xiàng)目不同而異。因此軟件設(shè)計(jì)了不同圖紙說(shuō)明的標(biāo)準(zhǔn)化模板。

當(dāng)軟件自動(dòng)生成信息系統(tǒng)施工圖時(shí)，可對(duì)說(shuō)明模板進(jìn)行關(guān)鍵字正則化匹配，提取說(shuō)明模板中的站房名稱等關(guān)鍵文字及系統(tǒng)上聯(lián)帶寬等數(shù)據(jù)，并依據(jù)設(shè)備終端一覽表中實(shí)際輸入數(shù)據(jù)對(duì)圖紙說(shuō)明自動(dòng)對(duì)應(yīng)修改。如果由于項(xiàng)目特殊性或現(xiàn)行技術(shù)方案調(diào)整導(dǎo)致通用圖紙說(shuō)明不能滿足成圖要求，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際需求直接修改對(duì)應(yīng)圖紙說(shuō)明的通用模板。

3.2 信息系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 數(shù)據(jù)自查機(jī)制

在批量讀取各信息子系統(tǒng)設(shè)備終端一覽表后，需要對(duì)表格中表頭及數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)間邏輯及合規(guī)性進(jìn)行檢查[8]，從而保證后續(xù)信息系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)搭建的正確性，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如下。

（1）表頭及數(shù)據(jù)格式規(guī)范性檢查。在讀取信息系統(tǒng)設(shè)備終端一覽表時(shí)，首先檢查導(dǎo)入各信息子系統(tǒng)表格表頭及數(shù)據(jù)格式是否滿足軟件讀取格式要求，保證導(dǎo)入表格與制定的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備終端一覽表格式一致，避免軟件在批量讀取數(shù)據(jù)中發(fā)生數(shù)據(jù)漏項(xiàng)、讀取錯(cuò)位、數(shù)據(jù)格式與軟件設(shè)定不一致等問(wèn)題。

（2）數(shù)據(jù)間合理性檢測(cè)。由于信息系統(tǒng)設(shè)備終端一覽表中不同子表之間的數(shù)據(jù)存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系，在對(duì)各信息子系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，軟件可對(duì)輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)間的邏輯性、合理性等進(jìn)行檢測(cè)。例如，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置子表中，包含對(duì)各信息子系統(tǒng)接入交換機(jī)設(shè)備的選型數(shù)據(jù)，若某類信息子系統(tǒng)接入終端的總光電口數(shù)量超過(guò)所提供交換機(jī)擁有的光電口數(shù)量時(shí)，軟件會(huì)出現(xiàn)彈框，提示設(shè)計(jì)人員進(jìn)行核實(shí)和修改。

3.2.2 信息系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建流程

在完成信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取后，需要將讀取的終端設(shè)備一覽表中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為存在邏輯關(guān)系的有向拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)圖。鑒于各信息子系統(tǒng)主干設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有無(wú)環(huán)且存在唯一根節(jié)點(diǎn)（站房節(jié)點(diǎn)）的特點(diǎn)，并且中間設(shè)備節(jié)點(diǎn)具備僅有一個(gè)父節(jié)點(diǎn)、多個(gè)子節(jié)點(diǎn)的特征，因此，軟件采用多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)搭建各信息子系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，存儲(chǔ)其節(jié)點(diǎn)信息。各信息子系統(tǒng)主干設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖3 所示。

圖3 信息子系統(tǒng)主干設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

4 軟件實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件已應(yīng)用于多個(gè)高速鐵路項(xiàng)目中，軟件界面如圖4 所示。

圖4 信息系統(tǒng)施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件界面

4.1 施工圖自動(dòng)繪制

通過(guò)點(diǎn)擊軟件界面的表頭檢查按鈕，設(shè)計(jì)人員打開(kāi)所需要生成施工圖的輸入數(shù)據(jù)，并對(duì)終端一覽表表頭格式進(jìn)行檢查。為了避免在施工圖生成后需要手動(dòng)進(jìn)行角標(biāo)的補(bǔ)充，在軟件人機(jī)交互界面中添加了圖紙標(biāo)題欄信息的接口，可在圖紙中自動(dòng)生成角標(biāo)信息。通過(guò)點(diǎn)擊軟件界面生成所有圖或者對(duì)應(yīng)施工圖按鈕實(shí)現(xiàn)施工圖自動(dòng)生成。

根據(jù)軟件整體規(guī)劃方案，自動(dòng)生成綜合布線、綜合顯示、電源等14 種施工圖。按照搭建的各信息子系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)主干進(jìn)行遞歸遍歷，在遍歷過(guò)程中完成部分施工圖中設(shè)備及線纜選型后，將拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的設(shè)備型號(hào)、線纜型號(hào)等信息在施工圖上對(duì)應(yīng)位置給予標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成各信息子系統(tǒng)施工圖功能。此外，軟件可根據(jù)不同設(shè)計(jì)情況，通過(guò)調(diào)整設(shè)備終端一覽表設(shè)計(jì)參數(shù)的方式靈活生成不同要求的信息子系統(tǒng)施工圖。

以杭州—溫州高速鐵路磐安站信息系統(tǒng)施工圖為例，在繪制綜合布線系統(tǒng)施工圖中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖時(shí)，軟件會(huì)根據(jù)輸入的綜合布線系統(tǒng)子表數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成每處信息設(shè)備用房綜合布線所需要的配線架、理線架、機(jī)柜數(shù)量及型號(hào)等信息。綜合布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖局部效果如圖5 所示。

圖5 綜合布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖局部效果

4.2 工程量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在對(duì)各信息子系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)遍歷及數(shù)據(jù)計(jì)算的過(guò)程中，軟件可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)出各信息子系統(tǒng)內(nèi)部的所有設(shè)備數(shù)量、型號(hào)，同時(shí)可根據(jù)站房規(guī)模、各信息子系統(tǒng)架構(gòu)、終端設(shè)備數(shù)量等參數(shù)，通過(guò)軟件內(nèi)嵌計(jì)算公式估算出不同信息子系統(tǒng)纜線及鋼管、鋼槽工程量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果可存儲(chǔ)在本地Excel 表格中，并將實(shí)際工程量標(biāo)記黃色、軟件估算工程量標(biāo)記為綠色，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)項(xiàng)目具體情況參考軟件估算工程量，調(diào)整不同信息子系統(tǒng)纜線及鋼管、鋼槽工程量。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)施工圖輔助設(shè)計(jì)軟件具有數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入、圖紙自動(dòng)繪制、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等功能。相比于傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)繪圖方式，該軟件實(shí)現(xiàn)了信息系統(tǒng)施工圖自動(dòng)成圖及工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率，以及出圖的標(biāo)準(zhǔn)性和一致性，減少了復(fù)核人員的工作量。后續(xù)將繼續(xù)優(yōu)化和擴(kuò)展軟件的應(yīng)用功能和應(yīng)用場(chǎng)景，逐步實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)終端設(shè)備平面布置圖自動(dòng)繪制，以及信息系統(tǒng)施工圖全設(shè)計(jì)周期的自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)。