石航

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

0 引言

截至2021年底，共有50 个城市开通城市轨道交通，运营线路283 条，运营线路总长度9 206.8 km。其中，地铁运营线路7 209.7 km，占比78.3%；其他制式城轨交通运营线路1 997.1 km，占比21.7%。当年新增运营线路长度1 237.1 km。中国已成为世界上城市轨道交通发展速度最快、运营线路最多的国家。城市轨道交通车辆基地作为轨道交通线网的“心脏”，保障着城市轨道交通高效、稳定运转。工艺设计对车辆基地总平面布局、作业流程、运用检修工艺等进行统筹，是保障车辆基地高效、安全运营的基础，是车辆基地设计的核心。

高质量安全发展已成为全社会、全行业的共识，随着勘察设计市场竞争日趋激烈，各地轨道公司对设计院的勘察设计质量提出了前所未有的严格要求，对质量问题的容忍度也越来越低。在当前人力资源紧张的局面下，设计人员经验欠缺、缺乏系统全面的历练即参与到项目中，遗漏细节、忽视接口、同类问题在不同的项目上反复出现，是勘察设计质量问题不断的根源。

目前车辆基地的设计手段仍比较单一，无标准设计模板，缺少智能、高效的设计工具，且不同设计人员的设计方法、设计习惯不同，导致设计标准不统一，迫切需要开发智能设计系统来提高车辆基地设计质量和效率。

1 设计内容及目标

车辆基地是城市轨道交通工程中设计难度大、接口多的系统工程，也是各方关注的重点。为提高车辆基地的设计品质及效率、解决痛点难点，开发了城轨车辆基地标准化设计系统，依托历年积累形成的标准化成果、设计问题库等资源，将参数化、标准化设计思路全面延伸拓展，建立不同设计阶段、流程、内容的标准化模板，进而开发标准化、引导式设计平台，实现车辆基地工艺设计全过程的参数化、自动化和标准化。根据城轨项目分散在全国各地、设计人员常驻现场的特点，系统采用B/S 架构，方便在各地使用，同时为满足不同城市的特殊需求，系统针对各城市特点设置“本土化”功能，实现精细化设计。

系统主要功能如下：

（1）通过建立内部数据算法模型，解决复杂标准化数据简易式、通用式表达的问题。车辆基地工艺设计中，设计参数是设计文件的基础与核心，通过查阅规范、会议讨论、厂家交流、现场调查等多种方式调研工艺设计一般步骤，梳理工艺设计所有设计参数，并通过规模计算、工艺尺寸计算、限界计算等算法模型将设计参数与文件、图纸、概算中的数据关联起来，并形成标准化、规范化和通用化的输入、输出文件，用以约束和规范上下游专业接口，可有效避免标准不一和疏漏差错导致的工作反复、质量欠缺等问题。

（2）利用数据库技术、云平台技术，建立标准化、引导式设计平台，能适应不同地域的不同需求。首先建立适应各城市、各阶段、各车型、各工况的庞大数据库，通过云平台技术实现数据的整合、分类和管理，使数据的实时存储、调用更加灵活便利。其次研究车辆基地工程中输入资料、规模计算、设计评审、总图设计、单体图设计、设备选型、输出资料等不同流程的标准化内容，打造标准化设计平台，为设计人员提供丰富、全面和标准化的设计模板，提高设计效率。

（3）通过二次开发技术、数据转换技术，实现“一键式”标准化输出设计成果文件。通过提取工可、总体设计、初步设、施工图各设计阶段车辆基地工艺设计的说明书素材、互提资料、图纸、概算、技术规格书的标准模板和变化要素，利用基于VBA 的CAD、Word、Excel 的二次开发技术，实现输入参数与设计成果文件的相互关联。设计良好的人机交互界面，利用ADO.NET 数据库技术进行参数记忆、关联性、智能提示的程序内部设计，最终达到“一键式”标准化输出设计成果文件的目的。

（4）通过建立远程设计方法，实现不同地点的设计人员可随时随地进行设计工作，提高设计效率和质量。设计人员分布在全国各地，具有沟通交流不畅、设计标准难以统一等问题，本项目将建立线上标准化设计平台，实现全国各地设计人员在统一的设计平台上采用标准化的设计流程和方法，达到信息传递顺畅、设计标准一致的目的。

2 系统设计与开发

本系统基于J2EE 平台的组件进行技术开发，采用B/S 结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式），以网络服务器和普通PC 机为硬件基础，以CADMXDRAW、PageOffice，JQUERY，HTML5 为软件基础。系统集合了HTML5 页面技术、OFFICE 控件、CAD 绘图控件及文件库等前沿的中间件和产品，涵盖从提入资料到提出资料的各个环节的数据处理，设计出了一套统一的常量、公式、计算规则，并实现了统一接口化管理，方便后期的专业分步建设。详细系统框图如图1所示，设计提入资料及设计常量通过逻辑公式计算得到设计单元，设计单元根据模板格式及规则生成输出文件。

图1 系统框图

系统由管理中心、数据中心、项目中心组成，如图2所示。

图2 软件系统组成

系统管理中心主要面向系统管理人员。管理中心可对用户的角色权限进行设定和管理；对项目的阶段划分、专业依赖、计算设计、评审设计、常量库设计、公式库设计、设备库建设、合成模板管理、路径依赖设计等设计成果进行建设和管理；对系统的暂存、更新、记忆、版本控制等等进行管理。通过建立标准化、引导式设计平台，对输入资料、规模计算、设计评审、总图设计、单体图设计、设备选型、输出资料等不同内容和流程进行标准化管理。

数据中心是常用设计资料标准化管理与存储中心，主要面向项目管理人员。数据中心将用户在项目设计中的常规资料设计成体系化的数据库，可被方便地管理及使用。随着用户的深度使用，数据库内的资料也随之沉淀扩充。目前该数据中心含用户常用的三大数据库：工艺设备数据库、标准化成果库、常见问题库。通过建立线上标准资料库，实现全国各地设计人员在统一的设计平台上采用标准化的设计内容、流程和方法，达到信息传递顺畅、设计标准一致的目的。

项目中心是应用使用与项目资料存储中心，也是设计内容标准化中心，主要面向项目设计人员。项目中心将项目设计各阶段的资料提入、结果计算、设备选型、设备概算、平面图生成、互提资料生成等内容进行标准化模块化，使项目设计各环节都符合标准要求。同时，项目设计数据输入与存储、项目中间数据快速条件计算、结果数据下载与合成、提出资料智能合成、设计图纸条件调用与生成等过程都在这里实现。

3 关键技术研究

3.1 工艺设计自动化计算

通过项目的基础数据以及其他专业数据输入，可以在线输出单体库长库宽、设备表及设备概算表等计算结果。

输入数据是指对能够输入到计算机并由计算机处理的对象（如数字、字母、符号、文字、图表等）的统称，是将数据送入计算机的过程。而设计计算的目的是通过快速处理既有数字进行计算，得到预期的数值结果，处理的是数值计算的部分。系统通过在输入资料模块进行数据结构化设计，以表格的形式将所有数值进行类型定义与系统排序，通过公式定义计算方式，从而得到计算结果。

将设计计算中涉及的公式和常量以特定（通用）的方式定义在系统中，然后利用URule 规则引擎编排计算规则流程并发布成可被调用的知识包，项目中心页面计算触发调用指定知识包，进行计算和数据存储，最后将结果展示在页面上。计算规则流程可定义、可视化、可修改，这种编排方式让业务规则建模更加直观。可针对不同的计算过程设计个性化计算规则，数据中心指定计算规则即可。

URule 规则引擎将基于业务规则的决策，从手工代码中分离，使用预定义的语句进行（脚本式或图形化）业务规则建模，接收数据输入，根据相应业务规则进行运算，得到输出。提供向导式决策集、脚本式规则集、决策表、决策树、评分卡及决策流等规则定义方式，配合基于Web 的设计器，可快速实现规则的定义、维护与发布。

3.2 设计文件自动生成

通过项目的基础数据以及其他专业数据输入，可以在线输出对各专业提资文件，且文件具备标准化结构，并可以进行个性化修改。

软件的资料主要为文本、数值、图片、表格等多种类型，都将在设计准备部分进行资料上传和计算。每个部分都会利用code 将对应的内容进行唯一性约束。然后通过模版对需引用数据和表格的唯一标识（code）进行取用，进而获取相关的内容。

合成模板是组成最终成果（评审资料、提出资料）的关键性模块，系统所需的关键性计算结果存储在结构化数据库中，没有做可视化呈现，且中间成果数据繁多，因此需要在合成模板中自定义插入中间成果以便合成最终结果。

合成模板上传完成后，将模板中的关键性数据替换为计算结果或者输入资料，即可得到用户预期的输出资料，如图3所示。

图3 文件资料参数化

替换的方式是将关键性数据进行参数变量定义。变量的定义通过变量名称、变量取值表名（数据库表名）、变量取值字段名（数据库表的字段名）、取值条件（SQL 查询条件）、变量类型、文档数据类型（书签类型，tag 类型）几个方面进行限定，就可以取到对应的唯一值了。

3.3 工艺设备库的建立

工艺设备库内包含了与工艺设备相关的详细信息，涵盖厂家信息、技术接口资料、设备照片、土建条件图、BIM 模型、技术规格书等内容。系统利用Bootstarp 的fileinput 插件进行文档上传与管理，利用引擎layer-v2.4 弹出窗技术，为用户提供浏览查看功能，设备详情界面如图4所示。

图4 司机端小程序首页界面

图4 工艺设备查看界面

3.4 标准化研究成果库的建立

软件系统为专项研究成果建立标准化数据库，将专项研究的设计类型、工艺要求、概述指标、优缺点等进行汇总，供项目调用，标准化研究成果库界面如图5所示。系统管理人员可以在数据库中对数据进行管理和维护，从而不断扩大和完善系统中的专项设计方案信息。

图5 标准化研究成果库

软件系统利用入库的专项研究成果资料，预配出指点设计地点、设计单体、设计类型、设计区域的指定设计方案，作为设计人员设计时参考的标准配置方案，并在项目中赋予设计人员修改配置内容的权限。而系统管理人员则可以在专项研究成果配置库中对预配内容进行管理和编辑。系统利用layer+laytpl 插件对其进行信息维护。

3.5 常见问题库的建立

软件系统为常见设计问题建立数据库，按照设计单体进行分类数据入库，将问题主体专业、涉及专业、问题描述、解决方案等信息储存在专项研究成果库中，形成标准化的内容，供项目设计人员在项目设计中对问题的具体内容描述的查看，设计问题查看界面如图6所示。系统管理人员可以在数据库中对数据进行管理和维护，从而不断扩大和完善系统中的问题库信息。

图6 设计问题查看界面

软件系统为核查要点建立专项数据库，按照设计单体进行分类数据入库，将信息储存在专项研究成果库中，并将统一类别中核查要点与问题库建立联系，形成标准化的内容，作为项目设计人员在项目设计中必须核查要点表。同时项目设计人员可以通过核查要点关联的问题进行问题具体内容描述的查看。系统管理人员可以在数据库中对数据进行管理和维护，从而不断扩大和完善系统中的核查要点库和问题库信息。

4 结论

本文研究地铁车辆基地工艺智能设计系统的设计与实现，立足于城市轨道交通建设的需求，在自动化手段提高工效的基础上，将一线设计人员从常规性的事务工作压力中解放出来，把节省出的精力放在影响重大设计质量的总体方案、接口协同和完善细节工作上，从根源上减少问题隐患，能够显著提升设计质量及效率。