大场景铁路线路设计优化及决策系统

一、系统简介
      为解决铁路勘察设计二维场景缺乏立体感、不直观以及现场踏勘难度大、效率低的问题，提高铁路勘察设计作业效率，设计研发了“大场景铁路线路设计优化及决策系统（CEC3DRODS）”。
    “大场景铁路线路设计优化及决策系统”是一款综合应用BIM技术与三维GIS技术，融合三维地理空间数据、设计数据与BIM模型等多源数据，服务于铁路工程勘察设计应用的三维信息化平台。系统采用C/S架构搭建，在数据层设计构建了“铁路勘察设计基础数据库”，实现了项目数据、设计数据及BIM模型数据的统一管理。在应用层研发了“大场景铁路线路设计优化及决策系统”，并开发了后台数据管理系统，实现了铁路三维大场景构建以及数字勘察、设计优化等应用功能。


      系统主要特点及创新点如下：
    （1）设计构建了铁路勘察设计基础数据库并研发了后台数据管理系统，实现了项目工程数据、线路方案数据、专业设计数据、BIM模型数据的统一管理。
    （2）建立了基于权限分级的勘察设计数据同步机制，可依据数据权限及用户权限进行服务器端项目数据的下载、上传与同步管理。
    （3）基于加载的三维地理空间数据、线路方案数据、专业设计数据、BIM模型数据，以及基于规则建模技术快速生成的路基、桥梁、隧道等工程设计模型数据，构建了铁路三维大场景，为设计人员在计算机屏幕上提供一个真实、可量测、多视角的三维设计场景。
    （4）采用进程间通信技术实现了线路二三维联动设计，并在三维场景中实现了铁路线路平面及纵断面的优化设计，充分利用二维及三维选线设计的优势，提高了线路勘察设计的效率。
    （5）开发了设计线位生成、三维踏勘、专业调查、设计验证、线路优化、方案决策等应用工具，可满足铁路工程勘察设计阶段多专业综合应用需求。
    “大场景铁路线路设计优化及决策系统”已在多个铁路勘察设计项目中进行应用，实现了“外业工作内业化、内业工作智能化”，可显著提高勘察设计工作效率和设计成果质量。
二、系统主要功能介绍
    “大场景铁路线路设计优化及决策系统”功能包括多专业数据组织及协同管理、三维设计场景构建、三维踏勘及专业调查、方案比选、线路设计优化、二三维联动设计、设计模型快速生成以及成果展示等功能模块。
1、多专业数据组织及协同管理功能
    （1）设计构建了铁路勘察设计基础数据库并研发了后台数据管理系统，可实现项目工程数据、线路方案数据、专业设计数据、BIM模型数据的统一管理。

    （2）建立了多专业数据组织及分类方法，以及基于权限分级的勘察设计数据同步机制，可依据数据及用户权限进行服务器端项目数据的下载、上传与同步管理。
 
      2、基于BIM与GIS融合的铁路三维设计场景构建功能
      通过三维地理空间数据、线路方案数据、专业设计数据以及BIM模型的加载与融合，系统可为勘察设计人员在计算机屏幕上构建一个真实直观、信息丰富、可量测、多视角的铁路三维设计场景。
 
      3、三维踏勘及专业调查功能
    “三维踏勘及专业调查”功能包括三维设计线位生成、场景标注、场景定位、场景查询、断面提取计算、工程量计算、房屋调查等功能，可辅助专业设计人员开展铁路沿线地形地貌及建构筑物的三维虚拟踏勘和专业调查工作。


      4、线路方案比选功能
      系统可根据线路平纵断面设计文件，快速创建线路三维方案线，并结合导入的线路控制数据实现多个线路方案的比较分析，从而达到线路方案优化、决策的目的。
 
      5、线路设计优化功能
      系统“线路设计优化”功能包括平面线路调整、纵断面线路调整、断链编辑、线路方案保存等功能模块，可在三维场景中进行线路平纵断面的设计优化。

      6、线路二三维联动设计功能
      利用系统“线路二三维联动设计”功能，可实现铁路线路二维设计系统与本系统的同步联动设计。在二维设计系统中调整线路平纵断面线形，三维场景中对应设计线位将同步实时调整；在本系统三维场景中进行线路平纵断面线形调整，亦将同步应用于二维设计系统。

      7、设计模型快速生成功能
      系统可利用线路设计方案、桥梁孔跨布设、隧道洞口及洞身设计参数、路基断面等设计数据，在三维场景中快速生成桥梁、隧道及路基三维设计模型，辅助进行设计方案展示、成果验证与方案优化。

      8、成果展示功能
      成功展示汇报功能主要包括线路漫游飞行、工点可视化分析等。线路漫游飞行即选择漫游线位，设定起止里程、飞行速度、飞行高度后实现沿线路飞行。工点可视化分析可实现重点工点风格及属性信息的保存及快速定位，便于不同工点间的快速切换。

三、系统主要技术指标
      1、平台架构：C/S架构。
      2、主要硬件要求：CPU：i5-10500或同配置处理器；运行内存：8G；显卡：NVIDIA T400或同配置显卡。
      3、兼容性：兼容Windows7/10/11操作系统。
      4、安全性：服务器部署在企业内网，实行内外网分离，保证数据传输安全。
      5、可扩展性：平台采用组件式开发技术进行研发，可扩展性强。
      6、稳定性：平台满足7*24小时稳定运行要求。
      7、支持数据：DEM、DOM、CAD、DGN、SHP等格式矢量数据、BIM模型及OSGB模型等。
四、系统应用情况
    “大场景铁路线路设计优化及决策系统（CEC3DRODS）”自2021年发布应用以来，已在文蒙铁路、通苏嘉甬铁路、如通苏湖铁路、宜涪铁路（宜昌至五峰段）、靖神铁路、三峡旅游轨道交通、宜常铁路、温福铁路等铁路勘察设计项目中进行了应用，提高了勘察设计工作效率，节约了生产作业成本。

      1、在如通苏湖铁路定测项目中，桥梁专业利用本系统开展了跨常台高速桥墩平面布置、桥梁布跨等设计验证工作。同时，结合接触网杆测量成果，开展了上跨京沪高铁桥梁净空设计验证工作，提高了桥梁设计效率。

      2、在通苏嘉甬铁路补定测项目中，隧道专业利用与线路专业数据模型的交互，实现隧道沿线敷设；利用BIM与GIS融合，在三维场景中对隧道穿越凤里街段埋深进行设计验证，验证结果为该段落盾构隧道与如通苏湖城际铁路盾构隧道埋深相近，实现了地下空间的节约、线路平纵断面的优化。
      3、在三峡旅游轨道交通初测项目中，站场专业利用本系统基于倾斜摄影及BIM技术构建的铁路三维大场景，开展胡金滩码头站站位方案设计验证和方案优化工作。对远站位高架站方案和近站位高架站方案的观景效果进行对比分析，并结合工程地质、交通衔接及工程可实施性等因素，确定推荐采用远站位高架站方案。

      4、在如通苏湖铁路定测项目中，线路专业利用本系统直接进行平面曲线调整和纵断面调整，并联合CAD软件功能在二维矢量地形图和纵断面拉坡图进行联动优化，实现“全方位”优化线位的应用效果，提高了线路设计效率。

      5、在如通苏湖铁路定测项目中，环保专业结合BIM与GIS构建的三维大场景中线路周边的居民点、学校、医院等噪声振动敏感点分布情况，开展三维虚拟踏勘，获取噪声敏感点构筑物高度、层数及平面距离等参数，以此开展噪声振动预测，指导后续减振降噪措施设计工作。

      6、在临哈铁路项目中，地质专业通过平台影像快速识别既有铁路设备，通过线路左右侧防沙网格设置宽度，研判线路左右侧沙害严重程度，此外还可以探查防沙设备破损情况，为后期设计补强提供依据。

      7、在临哈铁路可行性研究审查会上，线路、桥梁专业利用本系统对水害段双绕方案进行了详细汇报，专家结合三维大场景，对双绕方案提出了进一步优化意见。

五、系统研发情况说明
    “大场景铁路线路设计优化及决策系统”基于国产GIS平台SuperMap采用组件式开发技术进行研发，系统的架构设计、数据库设计、功能实现均由中铁设计独立完成，相关核心技术自主可控。平台采用C/S架构搭载，服务器部署在企业内部，实行内外网分离的网络策略，保证数据传输安全。
      系统已申请软件著作权3项（已授权2项）、申请发明专利2项（已受理）。