鐵路線路設計范文精選

摘要:基于在虛擬的立體地理環境中進行鐵路選線設計的目標，構建一個以立體地理環境為基礎的鐵路選線設計系統。結合信息技術、數字技術、遙感技術、虛擬技術和衛星技術等，創建一個相對真實的鐵路地理環境;采取BIM技術，建立鐵路基本構造元數據庫;利用數據庫中的基本元構件，建造鐵路選線立體模型，并且能不斷檢查和維護。實現鐵路選線設計的三維立體化。鐵路選線系統可讓線路設計師在虛擬環境中進行線路考察和分析，快速建造鐵路選線立體模型，該模型具有直觀性、靈活性等特點，符合地理環境選線、重大鐵路工程優先選線、跨國鐵路選線等的標準。

關鍵詞:虛擬;立體地理環境;鐵路選線;模型;設計

0前言

關于鐵路選線設計，其綜合性較強、涉及多個專業。在具體線路設計過程中，線路設計師要有效運用其專業知識和技能，深入分析地質、地形等地理環境，從而設計出符合社會進步、經濟發展等需求的最優化鐵路線路。鐵路線路的設計受設計師對地理環境的分析結果影響顯著，因此和其他類型的工程設計相比，其對地理環境的依賴性更明顯［1－2］。虛擬地理環境，可以定義為是以化身人、化身人群、化身人類為主體的一個虛擬共享空間與環境。其中的化身人、化身人群、化身人類是表示現實世界中的人與虛擬世界中的化身相結合后的集合體。化身是用戶在虛擬世界中的三維圖形表達，是一種身份表達。通常來講，虛擬地理環境是由地理環境建模應用程序、硬件和人三者構成的。在這種虛擬地理環境中，人可在計算機虛擬形成的立體地理環境中自由行走和探索，同時感受虛擬地理環境，和其中的物體產生交互作用［3］。基于加強鐵路線路設計效率的目標，自1950年來，鐵路行業的有關專家和學者著重于對以虛擬地理環境為基礎的計算機輔助鐵路線路設計體系的研究。至今為止，鐵路選線設計體系的發展通過50年的不懈努力，由傳統的封閉式專用軟件變為以虛擬立體地理環境為基礎的數字化鐵路線路設計系統，實現了線路設計軟件的通用化［4－5］。

1地理環境虛擬建模平臺

至今為止，虛擬地理環境有兩個發展趨勢:第一，以虛擬技術為基礎的進入式虛擬地理空間;第二，以網絡技術為基礎的非進入式虛擬地理空間［6］。其中，進入式虛擬地理空間是設計人員也被看作虛擬空間的構成，可和空間內的物體產生交互，讓設計人員感受猶如進入現實地理環境中，參與者通常需要佩戴立體頭盔、立體眼鏡、虛擬衣服等［7］。一般而言，進入式虛擬空間還可劃分成完全進入式虛擬地理空間和半進入式虛擬地理空間兩種。完全進入式虛擬地理空間需要線路設計人員佩戴立體頭盔，徹底將設計人員和現實環境相隔離，在設計人員頭部移動或轉動時，三維立體鏡像會實時更新。半進入式虛擬地理空間包括屏幕投影、虛擬平臺等形式。結合數字化鐵路選線設計要求，鐵路虛擬地理空間建模平臺的構成有硬件設備、地形地勢數據生成系統、虛擬視景模型、工程數據庫等，虛擬地理空間建模平臺系統是由專業軟件、硬件設備和自開發的地理空間建模應用程序集成而成［8－9］。鐵路線路設計系統的計算機硬件系統是集成了虛擬技術、交互設計和高效計算能力的一個系統，其基礎構成有計算機、專業設備、地形地勢收集設備和三維可視化設備等,

本文作者：李海洲1楊天鴻1陳仕闊1李楊1王航2于慶磊1作者單位：1東北大學資源與土木工程學院2中國煤炭科工集團沈陽設計研究院

礦區概況及采礦方法

1礦區概況

孟家崗鐵礦位于黑龍江省樺南縣城北20km孟家崗鎮境內。孟家崗鐵礦分為孟南和孟北2個礦區。牡佳線鐵路于孟北礦區和孟南礦區之間穿過，孟南礦區三維圖如圖1所示。其中，A點、A1點、A2點、A4點、A5點為安設的地表沉降監測點。孟南礦區不屬于鐵路下采礦，而是在鐵路線一側，留有鐵路永久保安礦柱，符合原來的三下采礦技術規范。但是，根據2004年12月27日中華人民共和國國務院令第430號《鐵路運輸安全保護條例》第十八條規定“在鐵路線路兩側路堤坡腳、路塹坡頂、鐵路橋梁外側起各1000m范圍內，禁止從事采礦、采石及爆破作業。在規定的范圍內，因修建道路、水利工程等公共工程，確需實施采石、爆破作業的，應當與鐵路運輸企業協商后，采取必要的安全防護措施。”為保證牡佳線鐵路還有臨近公路的安全運營，本文對影響孟家崗鐵礦開采方案的研究就有了充分的意義。

2采礦方法

根據現場調查和結合現場實際，鐵路線路保安礦柱錯動角與地表巖體錯動角相同，即礦體下盤為65°，地表第四系松散沉積巖45°，鐵路線路保安礦柱范圍內的1―4#勘探線間的Ⅰ號礦體，不開采，留作鐵路線路永久保安礦柱。在保留現有采空區的前提下，設計提出該礦群5#，6#勘探線鐵路下開采有2種可行方案，分別為：方案一采用房柱法，礦房回采高度為階段高度60m，厚度為礦體厚度，考慮經濟效益，最后確定沿礦體走向礦方之間留設15m永久間柱。方案二礦房用上向分層全尾砂膠結充填采礦法，經過對比研究確定充填料配比為“尾砂+普通水泥+粉煤灰+水”配比模式，質量濃度為75%，水泥200kg/m3，粉煤灰300kg/m3。回采高度為階段高度60m，厚度為礦體厚度，不留設間柱。礦房隨采隨充，礦房采完后不形成空區。

第一章總則

第一條為了加強鐵路運輸安全管理，保障鐵路運輸安全和暢通，保護人身安全、財產安全及其他合法權益，根據《中華人民共和國鐵路法》和《中華人民共和國安全生產法》，制定本條例。

第二條中華人民共和國境內的鐵路運輸安全保護及與鐵路運輸安全保護有關的活動，適用本條例。

第三條鐵路運輸安全管理堅持安全第一、預防為主的方針。

第四條國務院鐵路主管部門負責全國的鐵路運輸安全監督管理工作。

國務院鐵路主管部門設立的鐵路管理機構（以下簡稱鐵路管理機構）負責本區域內的鐵路運輸安全監督管理工作。

第一章總則

第一條為了加強鐵路運輸安全管理，保障鐵路運輸安全和暢通，保護人身安全、財產安全及其他合法權益，根據《中華人民共和國鐵路法》和《中華人民共和國安全生產法》，制定本條例。

第二條中華人民共和國境內的鐵路運輸安全保護及與鐵路運輸安全保護有關的活動，適用本條例。

第三條鐵路運輸安全管理堅持安全第一、預防為主的方針。

第四條國務院鐵路主管部門負責全國的鐵路運輸安全監督管理工作。

國務院鐵路主管部門設立的鐵路管理機構（以下簡稱鐵路管理機構）負責本區域內的鐵路運輸安全監督管理工作。

1概述

7年12月27日，工業和信息化部與中國鐵路總公司聯合下發（鐵總發改[7]3號）《關于鐵路沿線公網覆蓋合作建設指導意見》，支持和鼓勵中國鐵路總公司將鐵路紅線內的基礎設施資源向公網覆蓋開放，支持鼓勵中國鐵塔股份有限公司（以下簡稱“中國鐵塔”）等基礎電信商進行鐵路公網覆蓋建設，并向鐵路開放其通信基礎設施資源[1]。中國鐵路總公司和中國鐵塔在北京簽署戰略合作協議，雙方深化資源共享，強化戰略協同，共同打造“高速鐵路+移動寬帶”精品工程，確保“高鐵開通之日，就是通信暢通之時”，為廣大旅客提供更好的出行體驗和網絡體驗[2]。在此背景下，探索鐵路沿線通信塔及配套設施合作共贏的技術方案可行性勢在必行。本文將從技術可行性、共享可行性、經濟可行性等三個方面詳細分析鐵路沿線通信基礎設施共建共享技術方案的可行性。此外，文章在不考慮公網通信設備上車的技術方案的前提下提出的通信基礎設施共建共享技術方案。

2鐵路沿線通信基礎設施共建共享方案可行性研究

根據TB088-5《鐵路移動通信系統（GSM-R）設計規范》，GSM-R系統在網絡架構、工程設計范圍、無線子系統的覆蓋要求及設計、系統的工作頻段、對天線桿塔的要求、運行維護支撐系統等方面與公眾移動通信GSM系統高度相似，中國鐵塔成立以來，多年來一直為運營商的GSM系統提供通信基礎設施服務。

2.1技術可行性分析

根據鐵路的無線通信業務需求，GSM-R系統主要覆蓋鐵路正線、聯絡線的車站及區間，解決上述生產作業區域的移動通信業務需求。根據無線通信業務需求，GSM-R系統可提供以下業務功能：（1）調度通信：列車調度、牽引變電調度電話和調度命令傳送和車次號校核等；（2）行車指揮與列車控制數據傳輸；（3）區間維護作業通信：提供工務、供電、水電、電務等部門的區間維護作業通信業務；（4）應急移動通信：提供公安、搶修、救援等多部門、多工種的應急移動通信業務；（5）各類公務移動電話。GSM-R系統要求在普速鐵路沿線約6-7km處設置一個站址，在高速鐵路沿線約3.5km處設置一處站址，當前公眾通信系統在鐵路沿線大約是0m-1km一處站址（市區場景）和2-3km（郊區和農村場景）設置一處站址。考慮到未來5G通信系統的站址需求，密集區域將達到0m一處站址。因此，公眾移動通信系統的站址密度遠大于GSM-R系統的要求，可滿足鐵路GSM-R系統對于站間距和覆蓋的要求。參考GSM-R設計規范及以往建設經驗，GSM-R站址偏移不應大于0m，考慮到視頻監控對于沿線的業務要求，站址距軌道中心線的垂直距離應在0m范圍內，普速鐵路無視頻監控要求，站址距軌道中心線的垂直距離應在m范圍內。對于公網而言，站址偏移不應超出m，站址距軌道中心線的垂直距離應在m范圍內。中國鐵塔新建的GSM-R站址按照鐵路標準：站址偏移不應大于0m，高鐵線路的站址距軌道中心線的垂直距離應在0m，普鐵線路的站址距軌道中心線的垂直距離應在m。根據GSM-R系統的覆蓋能力和交織覆蓋的要求，經過測算，在確保傳播環境無嚴重遮擋的情況下，無線基站距離鐵路中心線米以內均可滿足GSM-R系統和視頻監控系統的覆蓋要求。影響鐵路行車安全的風險因素主要包括：（1）鐵路征地界或安全保護區外建設的通信塔距離線路較遠（一般米以上），鐵塔上高清攝像機的視頻監控可能被阻擋或出現盲區。（2）由線路引出至鐵路征地界或安全保護區內機房的光纜管道存在安全隱患。（3）因供電不穩定導致鐵路GSM-R系統斷站，影響鐵路行車安全。（4）因通信塔的質量和施工工藝問題導致桿塔傾斜，影響鐵路行車安全。（5）因不能及時處理鐵路通信基站故障，影響鐵路行車安全。鐵路對于通信基礎設施合作方案實施的安全性高度重點，參考以往建設技術標準，在保障鐵路運行安全的前提下，本報告重點關注選址（含桿塔）、供電、傳輸、維護的安全要求。通過論證，中國鐵塔可滿足鐵路運營的安全保障要求。根據《鐵路安全管理條例》第二十七條規定：鐵路線路兩側應當設立鐵路線路安全保護區。鐵路線路安全保護區的范圍，從鐵路線路路堤坡腳、路塹坡頂或者鐵路橋梁（含鐵路、道路兩用橋，下同）外側起向外的距離分別為：城市市區高速鐵路為米，其他鐵路為8米；城市郊區居民居住區高速鐵路為12米，其他鐵路為米；村鎮居民居住區高速鐵路為15米，其他鐵路為12米；其他地區高速鐵路為20米，其他鐵路為15米。鐵路用地地界：高鐵橋梁區段，用地界為7.2（預留施工便道一側線路中心至用地界）+5.8（另一側線路中心至用地界）+5（線路中心間距）=18米。普速橋梁區段，用地界為7.2（預留施工便道一側線路中心至用地界）+5.8（另一側線路中心至用地界）+4（線路中心間距）=17米。路基段征地界根據具體橫斷面計算。根據某高鐵用地界，路塹區域征地界約為路塹邊坡外9米，路基區域征地界約為坡腳外7米。（1）選址安全要求：應保證倒塔距離的要求，和防電磁干擾的要求；站址應滿足年一遇的防洪要求。（2）選址安全保障措施：若站址設置在倒桿距離內，通過增加附加風壓（按照TB1-4《高速鐵路設計規范》7.2.23節的要求）、提升安全等級和抗震重點設防級別等技術手段設計鐵塔；機房墻內建設法拉第籠，屏蔽電氣化電路的電磁干擾；公網移動通信系統選址規范滿足年一遇的防洪要求。若站址設置在倒桿距離外，根據當地氣象數據選址，滿足年一遇的防洪要求；站址距離線路中心線m以上，滿足倒塔距離。供電安全要求和保障措施包括：（1）供電安全要求：針對GSM-R系統業務不能中斷要求，需保證供電全時穩定。（2）供電安全保障措施：共享鐵路電力，原則上采用雙路供電、一級負荷、蓄電池備電等措施保障電力供應。根據TB008-5《鐵路電力設計規范》，承載列控的高鐵通信基站應為一級負荷，其他線路基站可作為二級負荷，二級負荷可由雙路電源供電，條件困難可由單路電源供電。傳輸安全要求和保障措施包括：（1）傳輸安全要求：針對GSM-R系統業務不能中斷要求，需確保鐵路傳輸路由全程暢通。（2）傳輸安全保障措施：鐵路征地界外的站址盡量貼近線路，減少路由長度，并且采取雙路由、增加埋深、套鋼管和水泥包封等保護措施。維護安全要求和保障措施包括：（1）維護安全要求：故障發現、響應、閉環的及時性要求高。（2）維護安全保障措施：中國鐵塔可提供7*24小時集中監控平臺、上萬的維護辦公駐點、近十萬的通信專業代維人員提供高等級的維護服務。經分析，鐵路通信塔及配套設施與公網的建設標準有一定差異。一方面，中國鐵塔可以按照國鐵集團的建設需求調整相應建設標準；另一方面，在滿足安全和技術規范的基礎上，國鐵集團和中國鐵塔可以共同商議優化建設標準，實現集約化建設。因此，中國鐵塔具有為鐵路提供通信塔及配套設施服務的優勢。中國鐵塔新建的鐵路通信站址將滿足鐵路的以上要求，同時兼顧公網共享的要求。鐵路通信塔及配套設施對于GSM-R系統安全起著至關重要的作用。經分析，影響鐵路行車安全的風險因素主要包括：（1）鐵路征地界或安全保護區外建設的通信塔距離線路較遠（一般超過米），鐵塔上高清攝像機的視頻監控可能被阻擋或出現盲區。（2）由線路引出至鐵路征地界或安全保護區內機房的光纜管道存在安全隱患。（3）因供電不穩定導致鐵路GSM-R系統斷站，影響鐵路行車安全。（4）因通信塔的質量和施工工藝問題導致桿塔傾斜，影響鐵路行車安全。（5）因不能及時處理鐵路通信基站故障，影響鐵路行車安全。鐵路對于通信塔及配套設施合作方案實施的安全性高度重視，參考以往建設技術標準，在保障鐵路運行安全的前提下，需重點關注選址（含桿塔）、供電、傳輸、維護的安全要求。通過論證，中國鐵塔可滿足鐵路運營的安全保障要求。