Ревякин А.А. Изыскания и проектиров. ж.д. Для самостоят. раб. 2017

УДК 625.11(07) + 06

Рецензент – доктор технических наук, профессор В.И. Куштин

Ревякин, А.А.

Изыскания и проектирование железных дорог: учебно-методическое пособие для самостоятельной работы / А.А. Ревякин, А.Н. Гармонина; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2017. – 64 с. – Библиогр.: с. 63.

Приведена необходимая информация к самостоятельной работе по дисциплинам «Изыскания и проектирование железных дорог», «Основы проектирования железных дорог».

Предназначено для студентов специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей».

Одобрено к изданию кафедрой «Изыскания, проектирование и строительство железных дорог».

Учебное издание

Ревякин Алексей Анатольевич Гармонина Анастасия Николаевна

ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Печатается в авторской редакции Технический редактор Т.И. Исаева

Подписано в печать 29.12.17. Формат 60×84/16. Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 3,72.

Тираж экз. Изд. № 901522. Заказ .

Редакционно-издательский центр ФГБОУ ВО РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2.

© Ревякин А.А., Гармонина А.Н., 2017 © ФГБОУ ВО РГУПС, 2017

2

1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

1.1Основные понятия и положения

Сразвитием средств вычислительной техники и переходом проблемы автоматизированного проектирования (АПР) в область реальной проектной практики (60-е годы XX в.) возникла необходимость исследования самого процесса проектирования как вида человеческой деятельности, его моделирования, что наряду с гуманитарным аспектом предполагает и решение конкретной практической задачи – рациональное распределение функций человека и машины в рамках АПР, имеющее важное значение для обоснованного распределения ресурсов (люди, время, деньги) на разработку средств АПР и их результативность.

В настоящее время процесс проектирования обычно формулируют в терминах правил и рассматривают в общем виде как последовательно-цикличное выполнение операций синтеза (распознавание ситуации и выделение подмножества приложимых правил из множества известных), анализа (применение данного подмножества правил для создания модели объекта) и оценки (при соответствии полученной модели заданию на проектирование процесс завершается); в противном случае корректируют выделенное на стадии синтеза подмножество приложимых правил как за счет удаления из него правил, являющихся вероятной причиной такого несоответствия, так и за счет его расширения с вводом дополнительного подмножества правил. Завершающая стадия процесса проектирования – представление (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Простейшая модель процесса проектирования

Полагают, что человек как «информационный процессор» может приступить к работе без предварительной формализации всего объема исходной информации, в то время как вычислительная машина может обрабатывать информацию, представленную только в формальном виде и только в объеме, доступном формализации. Человек легко справляется с задачей «распознавания ситуации», выполняемой на стадиях синтеза и оценки проектного решения, которая обычно создает трудности при ее постановке в автоматическом режиме.

При этом отмечают высокую эффективность работы вычислительной техники с фиксированными моделями на стадии анализа.

3

В соответствии с этим общий подход к использованию методов АПР на различных стадиях процесса проектирования можно свести к следующим основным положениям:

–на стадии синтеза проектного решения обычно предусматривается диалоговый режим работы, обеспечивающий взаимосвязь средств вычислительной техники и проектировщика на уровне «распознавания ситуации» и формирования подмножества правил, приложимых для ее разрешения;

–анализ проектного решения выполняется преимущественно в автоматическом режиме;

–оценка проектного решения не поддается формализации и всегда реализуется в режиме диалога;

–представление проекта (разработка документации, чертежнографические работы) должно выполняться на максимально доступном уровне автоматизации, что является первоочередной задачей при разработке средств АПР.

На этом подходе основана работа практически всех известных в настоящее время систем автоматизированного проектирования (САПР) новых железных и автомобильных дорог. Проектные решения по плану и продольному профилю – трассе линии – формируются (синтезируются) проектировщиком преимущественно в интерактивном режиме на интуитивном уровне (распознавание ситуации). Информационная поддержка его работы на стадиях их оценки

икорректировки (изменение подмножества применимых правил и возврат на стадию синтеза) обеспечивается оперативным представлением результатов разностороннего и содержательного анализа этих решений, выполняемого преимущественно в автоматическом режиме.

Графические работы полностью автоматизированы.

Логическая обоснованность такого подхода к АПР новых железных дорог исходит из ясного понимания (в том числе и на интуитивном уровне) практической невозможности полной формализации этой многокритериальной задачи, требующей учета строительных, эксплуатационных, экономических, экологических и других показателей как в части исходной информации, так и в части методов (знаний, правил) ее решения.

1.2 Автоматизация трассирования железных дорог

Трассирование железных дорог в интерактивном режиме (синтез проектного решения) состоит в последовательной укладке на экране монитора (или на специальном планшете) элементов плана линии – прямых и кривых – с оперативным расчетом продольного профиля поверхности земли по выбранному направлению (рис. 1.2–1.3).

Недостатком такого общепринятого технологического приема – последовательной укладки элементов плана от начала к концу расчетного участка – является отсутствие у проектировщика на момент укладки текущего элемента плана представлений о его увязке с последующим элементом и, тем более, с общим начертанием плана линии на всем расчетном участке.

4

Эффективность использования САПР в отношении общей обоснованности проектных решений по трассе железной дороги (и стоимость конкретной САПР) зависит от уровня поддержки функций анализа проектных решений в рамках данной системы.

Например, решение задач конструирования земляного полотна, расчета водоотводов, вычисления эксплуатационных, экологических и других показателей вариантных проектных решений может быть включено или не включено в состав САПР трассирования. В первом случае комплексный анализ вариантных проектных решений выполняется в оперативном информационном взаимодействии с их синтезом, что обеспечивает и максимальную оперативность оценки таких решений в отношении необходимости и способов их корректировки.

В простейших САПР под трассированием понимают расчет геометрических параметров элементов трассы, формируемой проектировщиком в интерактивном режиме на экране монитора, с определением объемов земляных работ в выемках и насыпях, другие функции анализа принимаемых проектных решений не поддерживаются и подлежат выполнению за пределами таких САПР использованием других программных средств. Основная задача, решаемая САПР рассматриваемого типа, – автоматизация чертежных работ, массовых и трудоемких. Особенно эффективно их применение для плановой компоновки проектных решений при проектировании станций, узлов, развязок, прежде всего – в условиях плотной застройки.

Автоматизированное проектирование трассы новых железных дорог основано на математическом моделировании объекта проектирования – железной дороги – и тех элементов окружающей среды, с которыми данный объект взаимодействует в процессе строительства и эксплуатации.

Основным компонентом модели окружающей среды является цифровая модель местности (ЦММ), включающая цифровые модели ее рельефа (ЦМР) и геологического строения. По ЦММ ведут системное, автоматизированное проектирование всех конкурирующих вариантов трассы (рис. 1.4).

1.3 Автоматизированные системы проектирования железных дорог

Система: Credo (Беларусь, Минск, НПО «Кредо-Диалог») была создана для проектирования автомобильных дорог, но применяемая и при проектировании железных дорог.

Система Credo (рис. 1.5) включает ряд программных комплексов:

–Credo_TER для выпуска; крупномасштабных топографических планов, представления результатов изысканий для автоматизированного проектирования (создание ЦММ), проектирования планового положения линейных сооружений, расчёта объёмов земляных работ;

–Credo_MIX для автоматизированного проектирования автомобильных, железных дорог и других сооружений;

6

Рис. 1.4. План местности, построенный по ЦММ

7

струкции железных и автомобильных дорог с их оценкой и для подготовки проектной документации. В состав этого комплекса могут входить программные средства для решения таких проектных задач, как гидравлический расчет труб и малых мостов, проектирования водоотводных устройств, расчета осадки насыпи на слабом основании, расчёта устойчивости откосов земляного полотна, оценки загрязнения окружающей среды и др.

В системе Credo удачно организована работа по плановой компоновке проектных решений при проектировании станций, узлов, развязок, и она широко применяется при разработке таких проектов.

Первый отечественный программный продукт для проектирования железных дорог и станций Robur-rail (Россия, Санкт-Петербург) создан на основе пространственной цифровой модели, разработанной компанией ТОПОМАТИК

(рис. 1.6).

Рис. 1.6. Трехоконный интерфейс системы Robur-Rail

Программный комплекс Robur-rail автоматизирует решение ряда задач проектирования железных дорог, в том числе;

–обработка материалов изысканий;

–проектирование железных дорог и станций, вынос проекта в натуру;

–контрольно-исполнительные съемки.

Функциональные возможности комплекса:

–создание исходной геодезической основы;

–создание цифровой модели рельефа и геологии;

–проектирование плана трассы железной дороги;

–проектирование продольного профиля новой и реконструируемой железной дороги;

–подсчет объемов работ земляного полотна верхнего строения пути;

9

–работа с базовыми элементами проектирования соединений путей

станции;

–инструментарий по вертикальной планировке станций;

–план путевого развития новых и реконструируемых станций;

–проектирование поперечных профилей земляного полотна станции; Функциональные возможности GeoniCSЖелдор (Москва, CSoft) включа-

ют поддержку принятия проектных решений при проектировании новых, реконструкции и капитальном ремонте существующих железных дорог. В качестве платформы используется русифицированный профильный продукт

AutoCADCivil 3D (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Проектирование плана станции (система GeoniCSЖелдор)

В программном продукте РВПлан (Украина, RailBrainSystems) реализован комплексный подход к решению большинства задач расчета, мониторинга и реконструкции плана железных дорог. Языки интерфейса и выходной документации: украинский, русский, английский (рис. 1.8).

Программный комплекс Kaprem – система автоматизированного проектирования инженерных работ по капитальному ремонту и реконструкции железных дорог. Разработчик комплекса проектно-изыскательский институт «Иркутскжелдорпроект». Комплекс создан на основе опыта и с учётом требований ряда проектных институтов, работающих в отрасли.

10