Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ систем автоматизированного проектирования, используемых при проектировании железных дорог 6
1.1. Краткая история создания систем автоматизированного проектирования 6
1.2. Основные модули CREDO и их функциональное назначение 16
1.3. Место и особенности применения цифровых моделей местности в инвестиционных проектах строительства железных дорог 24
1.4. Выводы по разделу 1 29
2. Исследование возможностей комплекса CREDO решать задачи проек тирования железной дороги 30
2.1. Особенности района проектирования и методы их учета при разработке ЦММ.. 3 0
2.2. Решение задач проектирования железной дороги в комплексе CREDO
2.3. Проектирование железной дороги на прижимах 53
2.4. Анализ запроектированных вариантов 53
2.5. Выводы по разделу 2 61
3. Основные положения метода проектирования железных дорог с использованием цифровых моделей местности 62
3.1. Подготовка исходных данных 62
3.2. Создание ЦММ 64
3.3. Решение задач проектирования железных дорог 67
3.4. Выводы по разделу 3 82
Заключение 83
Список литературы 84
- Основные модули CREDO и их функциональное назначение
- Место и особенности применения цифровых моделей местности в инвестиционных проектах строительства железных дорог
- Решение задач проектирования железной дороги в комплексе CREDO
- Решение задач проектирования железных дорог
Введение к работе
Актуальность темы.
Повышенная потребность в расширении политико-экономических связей между странами и регионами, глобализация мировой экономики требуют развития транспортной сети в глобальном масштабе. Например, соединение транскорейской и транссибирской магистралей по мнению многих авторитетных политиков и экономистов /3, 52, 59, 81, 82/ может сыграть положительную роль в развитии стран азиатско-тихоокеанского региона, так как время на транспортирование грузов в Европу и обратно будет уменьшено с 45 дней до 20 дней.
Развитие экономики любого района начинается с транспортной инфраструктуры /2,3,10, 41, 661. В настоящее время транспортные сети отдельных стран объединяются в международные, создаются транспортные коридоры, проходящие через континенты /5, 6, 10, 16, 36, 38, 59, 61, 64/. Развитие транспортной сети выполняется за счет строительства новых и реконструкции существующих железных и автомобильных дорог. Для развития сети дорог КНДР остро стоит проблема строительства новых и реконструкция существующих дорог с учетом повышенных требований для международных магистралей /98, 99/. Эти работы весьма капиталоемки и длительны по времени исполнения. Принятию решения о крупном и долговременном вложении средств предшествует проработка различных вариантов инвестиционных проектов (ИП) и выбор наилучшего /63/.
Эффективность ИП в значительной мере определяется качеством решений, принимаемых при выполнении проектно-изыскательских работ. При использовании традиционных технологий разработка проектов в транспортном строительстве растягивалась на годы. Сейчас такие сроки неприемлемы.
Сокращение трудозатрат и сроков разработки проектно-сметной документации достигается за счет применения новых технических средств изысканий и систем автоматизации проектных работ (САПР) /1, 9, 19,22,23,27-29, 35,45,46, 53/
Повышение качества проектных решений и снижение затрат труда особенно заметно при использовании современных информационных технологий, в частности, геоинформационных систем (ГИС), цифровых моделей рельефа и местности (ЦМР, ЦММ) /15, 32-34, 59, 65/. Они широко применяются при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог /7, 8, 9, 22/. Исследования по разработке методов решения отдельных задач проектирования железных дорог на новой информационной базе ведутся в университетах путей сообщения и в проектных организациях РФ /1, 18, 19, 24, 25, 27, 36, 41, 42, 44-48, 50, 56/. Однако, комплексной САПР на основе ЦМР и ЦММ для железных дорог в настоящее время нет. В КНДР в настоящее время также нет полноценных решений в этой области /99/. Отсюда вытекает вывод об актуальности адаптации имеющегося программного обеспечения к задачам проектирования железных дорог с использованием ЦММ, создания на их основе САПР и разработки метода выполнения проектных работ на новой информационной базе для России и особенно для КНДР. Решение этой проблемы требует проведения многогранных исследований.
Целью настоящей работы является разработка метода многовариантного проектирования трассы железных дорог с использованием современных информационных систем и цифровых моделей местности (ЦММ).
Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи.
1. Исследовать состояние и перспективы развития систем автоматизированного проектирования железных и автомобильных дорог, определить возможность и целесообразность адаптации имеющихся в других отраслях программных продуктов для расширения круга задач, решаемых с применением персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) при проектировании, строительстве и эксплуатации железных дорог с использованием ЦММ.
2. Рассмотреть инвестиционный проект и его жизненный цикл применительно к строительству новых железных дорог и определить место применения современных информационных технологий для повышения эффективности ИП.
3. Разработать проект метода решения задач проектирования железных дорог с использованием современных информационных технологий и ЦММ с позиции формирования и управления ИП.
Объектом исследования является проект участка новой железной дороги в сложных горных условиях, которые характерны для КНДР.
Предмет исследования - методы автоматизированного решения задач проектирования железных дорог.
Теоретической и методологической основой диссертации являются системный подход к разработке и реализации инвестиционных проектов в железнодорожном строительстве, современные информационные технологии, действующие стандарты, нормативные и методические документы, используемые при проектировании железных дорог, работы российских и зарубежных ученых в этой сфере.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
1. Разработана технология автоматизированного проектирования новой железной дороги с использованием ЦММ. В ней особое внимание уделено методам решения задач, которые не рассмотрены в имеющихся системах проектирования этих объектов;
2. Подготовлены методические указания по проектированию железных дорог на основе ЦММ.
3. Впервые проект, разработанный специалистами по традиционной технологии, сопоставлен с вариантами, разработанными по ЦММ с использованием программного комплекса CREDO.
На защиту выносятся: метод решения основных задач проектирования железных дорог с использованием ЦММ, метод комплексного проектирования железных дорог с использованием современных информационных технологий.
Практическая ценность. Предлагаемый метод позволяет решать задачи автоматизированного проектирования железных дорог с применением современных информационных технологий и ЦММ, что обеспечивает снижение трудоемкости и сокращение сроков разработки проектов в несколько раз. Практически один специалист заменяет целый отдел, работающий по традиционной технологии. Это позволяет в условиях острого дефицита времени увеличить количество рассматриваемых при проектировании вариантов и выбирать среди них наиболее эффективный.
Реализация исследований. Результаты исследований используются в учебном процессе СГУПСа, принято решение об их использовании в КНДР - в Пхеньянском железнодорожном институте и в Государственном институте проектирования транспорта министерства железных дорог.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены в 2004 году на научно-технической конференции в СибЦНИИТС, в 2005 году на семинаре при кафедре «Изыскания, проектирование и постройка железных и автомобильных дорог» СГУПС, на объединенном семинаре шести кафедр СГУПС.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах. Одна работа подготовлена в соавторстве.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации содержит 94 страниц машинописного текста, 27 таблиц, 27 рисунков. Список использованных источников включает 1 ООнаименование.
Основные модули CREDO и их функциональное назначение
CREDO - программные продукты для обработки изысканий, проектирования генпланов и транспортных объектов /85/. Другими словами, CREDO - программный комплекс для решения задач инженерной геодезии, геологии, проектирования объектов промышленного, гражданского, транспортного строительства.
Сегодня в 25 странах мира специалисты более 500 организаций используют свыше 3500 лицензий. Пользователи работают в организациях, различных по форме собственности, численности, отраслям производства, среди них проектные и изыскательские организации, аэрогеодезические предприятия и геофизические экспедиции, земельные комитеты и архитектурно-планировочные управления, районы водных путей и строительные тресты. Программные продукты CREDO работают на собственной информационно-инструментальной платформе без использования других графических систем. При этом все системы комплекса CREDO открыты для экспорта/импорта из других проектирующих систем и ГИС, таких как Auto CAD, Intergraph и др. Они работают на всех PC-совместных компьютерах и не требуют дополнительного программного и аппаратного обеспечения. Программный комплекс CREDO состоит из CREDO_DAT, CREDO_LIN, CREDO_TER, CREDO_GEO, CREDO_SR, CREDO_MIX, CAD_CREDO и других продуктов /86-93/. Программный продукт CREDO_DAT /86/ реализует обработку планово-высотных геодезических сетей, инженерно-геодезические и землеустроительные расчеты, обработку данных наземной электронной или традиционной съемки. Использование графического интерфейса позволяет упростить ввод и обработку данных, придает работе интерактивность, обеспечивает наглядность при представлении результатов. Данные можно вводить с клавиатуры в табличные редакторы из традиционных рукописных журналов, схем, ведомостей. С помощью программного продукта CREDO_DAT можно обрабатывать сети объемом до 4000 пунктов, а объем снимаемых точек (пикетов) является практически неограниченным. Экспортирует данные в CREDO_TER для построения цифровой модели местности. Поэтому она используется в предварительном этапе создания цифровой модели местности.
Программный продукт CREDO_LIN предназначена для обработки линейных изысканий с целью проектирования дорог, трубопроводов, ЛЭП и т.д. Исходными данными для работы являются данные полевых журналов и схем, а также могут быть получены в результате экспорта из других программных продуктов CREDO. Поэтому этот программный продукт не используется при проектировании новых железных дорог. Программный продукт CREDO_GEO /88/ предназначена для формирования и использования математической пространственной модели геологического строения площадки или полосы изысканий. Позволяет создавать объемную геологическую модель местности на основе уникальной методики, дающей возможность одновременно строить и корректировать неограниченное число вертикальных инженерно-геологических разрезов произвольной топологии. Пользователю предоставляется аппарат по корректировке модели, позволяющий определять характер выклинивания слоев, разрывать или соединять слои одного типа грунта между различными скважинами.
В процессе работы пользователь-геолог мажет привести геологическое строение площадки в соответствие со своим представлением о ней, опирающимся как на исходные данные, так и на собственные интеллект и опыт. Все изменения, вводимые пользователем на разрезах, являются изменениями непосредственно объемной модели и учитываются на других разрезах, пересечения которых увязываются автоматически. Работа в модуле выполнена в едином интерфейсе с модулями CREDO_TER и CREDO_PRO. Программный продукт CREDO_SR /91/ реализует обработку данных геодезического обеспечения 2D и 3D сейсморазведочных работ. Программный продукт CADJCREDO /90/ выполняет конечное проектирование автодорог 2-5 категорий, обрабатывает материалы линейных изысканий, осуществляет детальное проектирование вариантов автодороги, дает оценку каждому из них и подготавливает всю рабочую документацию. Программный продукт CREDO_TER /87/ предназначена для создания, отображения, инженерного использования цифровой модели местности (ЦММ), создания топопланов, представления результатов площадных и линейных изысканий, ведения дежурных планов застраиваемой территории, исполнительных съемок строительства, подготовки данных для кадастровых, землеустроительных, градостроительных систем. Исходные данные: материалы обработки тахеометрической съемки, абрисы, данные систем сбора топографической информации, материалы линейных изысканий, цифровые карты, картматериал в виде растровых файлов. Основные функции программного продукта CREDO_TER: 1) импорт данных из открытого обменного формата; 2) конвертация данных из форматов GRE/GSI (WILD), IDAN, DXF, PHOTOMOD или из текстового формата; 3) создание цифровой модели местности (ЦММ), состоящей из: цифровой модели рельефа, которая представляет собой нерегулярную сетку треугольников с применением структурных линий и выделением участков для моделирования форм с изломами поверхности по границам. По рельефу определяется направление и величина уклона; цифровой модели ситуации, представленной площадными, линейными и точечными объектами, отображающими условными знаками и текстовой информацией; 4) использование библиотеки точечных, линейных и площадных условных знаков; 5) использование библиотеки точечных, линейных и площадных условных знаков; 6) поддержка не ограниченного числа слоев цифровой модели местности; 7) врезка и вырезка фрагментов ЦММ, индивидуальная работа с каждым участком, создание ЦММ из ранее подготовленных фрагментов; 8) экспорт данных (план, продольные и поперечные профили по линейным объектам) в проектирующие системы aBTOflopor(CAD_CREDO,DROGA, ГИП), водопровода и канализации (КасКад) или файлы ООФ (для добавления пересечений трассы с линейными объектами, другими трассами, структурными линиями, контурами рельефа и ситуации), экспорт в систему (СЕТИ); 9) создание и отображение на экране разрезов, поверхности слоев цифровой модели рельефа с отображением геологического разреза (при наличии геологической модели под ЦММ) и пересечениями линейных сооружений; 10) полноцветная визуализация поверхности с сохранением изображения в файле формата BMP; 11)подсчет объемов работ между двумя поверхностями в контуре, по сетке квадратов и линейному объекту (трассе); 12)создание, импорт и редактирование любого количества линейных объектов, состоящих из прямых, круговых и других кривых, распределение исходных и проектных данных по слоям, объединенным в иерархическую структуру, отражающую взаимосвязь частей объекта. Результаты работы: цифровая модель рельефа и ситуации в формате CREDO, чертежи и планшеты в формате DXF, файлы 2D и 3D-DXF, текстовые файлы данных по продольным и поперечным профилям, текстовые файлы открытого обменного формата, файлы формата MIF/MID Maplnfo.
Место и особенности применения цифровых моделей местности в инвестиционных проектах строительства железных дорог
В общем случае инвестиционным проектом (ИП) называется план или программа вложения капитала с целью последующего получения прибыли /50, 51/. Применительно к строительству железных дорог ИП - это комплекс взаимосвязанных мероприятий, предназначенных для достижения поставленной цели (строительство новой, реконструкция существующей) в течение заданного времени при выделенных ресурсах /13/. Каждый инвестиционный проект проходит определенные этапы разработки и реализации, составляющие жизненный цикл проекта. В обобщенном виде жизненный цикл развития инвестиционного проекта состоит из следующих фаз прединвестиционная фаза, включающая разработку концепции проекта, определение его целей и задач, составление бизнес-плана, выполнение проектного анализа, оценка жизнеспособности и эффективности проекта; инвестиционная фаза, в составе которой выполняется планирование, проектирование и реализация ИП. При планировании и проектировании уточняют сроки строительства, разрабатывают проектно-сметную документацию. Для реализации проекта проводят торги, заключают контракты, создают систему управления ИП, организуют вьтолнение работ. На заключительном этапе этой фазы выполняют пуско-наладочные работы, подготовку эксплуатационных кадров, проводят временную эксплуатацию и сдают объекты в эксплуатацию; фаза эксплуатации, в которой по построенной дороге налаживается полномерная перевозка грузов и получается доход. В это же время выполняются работы по текущему содержанию и ремонту дороги, которые сопровождаются определенными расходами /68/. Понятие жизненный цикл сейчас принято использовать и для программных продуктов 191. Он определяется как период времени с момента принятия решения о необходимости создания программы до полного изъятия ее из эксплуатации.
В инвестиционных проектах строительства железных дорог первые доходы начинают поступать на втором этапе при организации временной эксплуатации и сдаче в эксплуатацию отдельных участков дороги. На третьем этапе при налаживании перевозок в полном объеме начинают поступать максимальные доходы. На этой стадии имеют место также и расходы на содержание дороги и приобретение дополнительного подвижного состава. С учетом указанных особенностей и большой продолжительности жизненного цикла таких ИП их оценка выполняется по различным показателям /11, 13, 14, 23, 30, 50, 51, 52, 71, 76/. При выборе направления дороги оценка вариантов предпочтительна по чистой текущей стоимости ИП /71, 76/. Сравнение вариантов трассы на выбранном направлении выполняется сначала по простейшим техническим показателям: длина, сумма преодолеваемых высот, объем земляных работ и др. Методы коммерческой оценки инвестиционного проекта показаны на рис. 1.2.
При рассмотрении ИП трансконтинентальных железных дорог необходимо выделить участки нового строительства, реконструкции и ремонта действующих железных дорог, в зависимости от этого запланировать работы по изысканиям и разработке проектно сметной документации (ПСД).
Решение на первом этапе принимается по материалам технико-экономического доклада (ТЭД) или технико-экономического обоснования (ТЭО). При проектировании новых дорог в ТЭО обосновывается выбор направления дороги и ее основных параметров /27 - 29/. Для этого по картам прокладывается несколько вариантов трассы и по укрупненным нормам рассчитываются объемы работ и затраты ресурсов, по которым выполняется оценка вариантов. Целесообразность инвестиционного проекта определяется на основе анализа стоимостных показателей /14, 71, 76/. Методы оценки коммерческой состоятельности ИП показаны на рис.1.2.
На основании полученных данных принимается или не принимается решение о начале разработки проекта и рабочей документации и сроке начала строительства. Рассмотрение ТЭО и принятие решения занимает достаточно большой промежуток времени. Поэтому между моментом окончания ТЭО и началом проектно-изыскательских работ проходит определенный период. Момент начала проектно-изыскательских работ для разработки ПСД и является, в сущности, началом инвестиционного процесса в транспортном строительстве. На втором этапе разрабатываются проект и рабочие чертежи по плану и профилю дороги, земляному полотну, верхнему строению пути, искусственным сооружениям, устройствам сигнализации и связи и другим разделам. В процессе строительства проектная организация осуществляет авторский надзор и при необходимости уточняет принятые ранее решения. После завершения строительства проектная организация выполняет паспортизацию, итогом которой является паспорт дороги. Он передается для использования при ее эксплуатации. С окончанием строительства дороги не заканчивается вложения капитала, так как на протяжении определенного периода освоения ее проектной мощности приобретаются локомотивы и вагоны.
Методы коммерческой оценки инвестиционного проекта На второй стадии проектирования разрабатываются в соответствии с государственными стандартами рабочие чертежи, локальные и объектные сметы, ведомости объемов строительных и монтажных работ, ведомости потребности материалов, спецификации оборудования.
При разработке ПСД широко используется вычислительная техника. Практически в каждой проектной организации формируется система автоматизации проектных работ (САПР). Наиболее сложной задачей САПР в железнодорожном строительстве является проектирование плана и продольного профиля дороги /18, 49, 53, 64/. Применение оптимизационных методов в решении этой задачи сдерживалось из-за отсутствия моделей рельефа местности.
При разработке ТЭО или ТЭД целесообразно использовать готовые цифровые модели местности (ЦММ), программные продукты для получения оптимального плана и профиля дороги по намеченным к рассмотрению направлениям. Нерешенной здесь является задача размещения раздельных пунктов. При проектировании дороги в горных районах /37/ требует дополнительной проработки метода прокладки трассы на прижимах.
С использованием ЦММ повышается точность расчетов по объемам земляных работ. Новая информационная технология существенно снижает трудоемкость проектирования и сокращает сроки выполнения проектно-изыскательских работ.
На втором этапе по выбранному направлению дороги специалисты-проектировщики при наличии ЦММ смогут достаточно быстро и с небольшими затратами труда выполнить техническое проектирование по плану и профилю, земляному полотну, искусственным сооружениям, раздельным пунктам и станциям. Современные информационные технологии, применяемые при эксплуатации железных дорог, предполагают накопление данных о состоянии дорог на компьютерах /35/. Естественно в новых условиях и паспорта построенных дорог должны содержать ЦММ полосы отвода дороги с учетом сооруженного земляного полотна 191.
Эффективное решение многих из указанных. задач проектирования железных дорог на электронных вычислительных машинах сдерживается не только отсутствием ЦММ. Для повсеместного перехода к проектированию по ЦММ необходимо накопить необходимое программное обеспечение, проработать достаточно сложные методические вопросы решения задач с учетом указанной выше специфики.
Решение задач проектирования железной дороги в комплексе CREDO
Проектированию железных дорог в комплексе CREDO предшествовало создание ЦММ. Она создавалась с использованием карт на бумаге в масштабе 1:25000. Фрагменты карт сканировались. Полученные растровые изображения обрабатывались в программе TRANSFORM в следующем порядке: принята условная система координат. Точками отсчета координат приняты правый и левый нижние углы листа №1. Координаты исходной точки Х=34000 m, Y=15000 т, система высот принята такой, как изображено на карте. Листы сканированы и обработаны в программе TRANSFORM (рис. 2.2). На пересечениях сетки координат фрагментов заданы три или четыре точки и введены координаты этих точек (рис.2.3.). По опорным точкам указаны контуры видимости фрагментов (рис.2.4.). После этого выполнена трансформация. После трансформации получено сшитое растровое изображение карты в черно-белом цвете с градацией серого, привязанное в выбранной системе координат. Формат файла .tmd. Полученная карта экспортировалась в CREDO_MIX (рис.2.5.). Для использования растрового изображения в качестве подложки в программе CREDO_MIX для создания ЦМР черно-белое изображение с градацией серого переведено в однобитное черно-белое изображение.
На основе полученных данных созданы точки рельефа. Перед их созданием установлены параметры будущего проекта. Для этого заполнены графы Название организации, Ведомство, Гриф секретности, Название объекта, Масштаб карты, Система координат, Система высот. После этого в строке главного меню выбиралась функция Поверхность -» Точки - Точки по сплайну.
С использованием строки меню настройки— параметры ввода, вывода - плавность горизонталей —» количество узлов сплайна производилась настройка сплайна (установлено 2 узла). Курсор устанавливался на характерные точки рельефа по выбранной горизонтали и при завершении сплайна в окне запроса указывалась отметка этой горизонтали. В результате получали последовательность точек, лежащих на одной горизонтали в характерных точках рельефа с одинаковой высотой, соответствующей отметке этой горизонтали.
В результате работы по созданию точек рельефа была создана область в пределах подложки карты, заполненная точками, характеризующими рельеф местности. Для получения ЦММ очерчивался контур, в пределах которого намечено построить ЦММ. Для этого в меню выбирался пункт Поверхность-» Контур поверхности. В состав контура включена вся область точек. Полигон замыкается.
Определение опорных точек. Для создания ЦММ в главном меню выбирается Поверхность -» Поверхность - Создать и курсором указывается контур поверхности. Программа CREDO автоматически разбивает всю область на треугольники, вершины которых опираются на точки рельефа. Ребра треугольников не пересекаются, т.е. получается сеть треугольников, между вершинами которых программа просчитывает отметки любой точки поверхности и строит горизонтали.
Шаг горизонталей можно изменить, используя строку Настройка -» Параметры ввода вывода —» Шаг горизонталей (по выбору). При решении задач принят шаг горизонталей через 5 метров. В результате выполненных операций на экране появились точки с подписанными отметками, контур поверхности, треугольники и горизонтали. Для корректировки этих данных через главное меню выбирается функция Поверхность — Поверхность - Изменить ребро и указывается курсором на те ребра треугольников, которые намечается изменить, чтобы пододвинуть горизонталь к точкам сплайна. После того как горизонталь откорректирована, ее положение фиксировано структурной линией, которая располагается вдоль самого длинного ребра треугольника.
Результат трансформации и экспорт карты в CREDO_MIX. Для отражения других характеристик района проектирования в CREDO_MIX созданы слои. Для максимального использования возможностей системы создана многослойная иерархическая структура данных. Они структурированы по отдельным слоям и группам слоев. Цель - обеспечить более корректное их использование. Ниже приведена структура созданных слоев (рис.2.6.). Для отражения поверхности земли создан слой рельеф. Все создаваемые элементы поверхности хранятся в этом слое. В этом слое отображаются основные и дополнительные точки, структурные линии, с помощью которых создается цифровая модель рельефа. Элементы цифровой модели ситуации распределены по другим слоям, что позволит настроить цвет для различных ситуационных объектов. В слое «Situation» хранятся данные для отображения ситуации. В этом слое отображены реки, озёра и болота. В слое «Swamp» сохранены данные о болотах, в слое «river» - реки, в слое «lake» - озёра. Кроме этого в этом слое отображены геокриологические данные.
Геометрические данные распределены по своим слоям с обязательной настройкой подчиненности слоев. В блоках геометрических данных элементы хранятся в своих слоях. В каждом из слоев установлены необходимые настройки - фильтры и цвета для отображения. В слое «plane» хранятся планы проектируемой железной дороги по отдельным слоям.
Проектирование трассы начинается с установления начальной и конечной точек трассы. Они нанесены с использованием метода создания геометрических элементов трассы. Между начальной и конечной точкой проведена прямая — геодезическая линия. При трассировании следует придерживаться общего направления геодезической линии. Фиксированными точками проекта являются начальная и конечная точки, места возможных мостовых переходов, седла. Трассы создавались методами геометрического конструирования. Для создания ломаной трассы по фиксированным точкам использован метод 6.2. «построение трассы с одновременным построением образующих ее элементов».
Положение углов поворота можно изменить методом 7.3. «редактирование вершины угла поворота трассы». После этого в углы поворота вписаны радиусы кривых и переходные кривые с соблюдением строительных норм /54,56/. Запроектировано 3 варианта плана трассы. План 3-х вариантов трассы показан на рис.2.7.
Для проектирования продольного профиля железной дороги, данные о плане экспортированы из CREDO_MIX, используя метод 6.6. «Экспорт трассы в проектирующие системы», в проектирующие программы.
Решение задач проектирования железных дорог
Задачи проектирования железной дороги рекомендуется решать в указанном ниже порядке: 1) создание слоев CREDO_MIX, 2) исходные данные, 3) фиксированные точки, 4) трассирование, 5) определение границ бассейнов и их характеристик, 6) экспорт трассы в CAD_CREDO, 7) проектирование продольного профиля, 8) тяговые расчеты, 9) размещение раздельных пунктов. Возврат при необходимости к п.4, 10) проектирование поперечных профилей земляного полотна, 11) экспорт проектного решения в CREDO_MIX, 12) создание чертежа продольного профиля, 13) создание чертежа плана. 3.3.2. Создание слоев CREDO_MIX.
Этот программный продукт предоставляет возможность создания элементов объекта по слоям, имеющим древовидную структуру. Все создаваемые элементы записываются в активный слой. Слой можно перемещать, объединять и удалять. Чтобы сократить время на корректировку структуру слоев следует продумать до начала работы над объектом. В каждом из слоев устанавливаются необходимые настройки (фильтры и цвета для отображения). В одном слое могут находиться любые элементы разнородных структур (поверхностей, ситуации, геометрических данных и т.п.). Однако рекомендуется по возможности структурировать их по разным слоям и группам слоев, чтобы обеспечить более корректное их использование. Для проектирования поверхности лучше создать новый слой. В него заносятся создаваемые элементы поверхностей (точки ЦММ, контура, структурные линии, треугольники), где они и будут храниться. В одном слое может находиться большое число разнородных поверхностей, но целесообразнее максимально использовать возможности комплекса CREDO создавать многослойную иерархическую структуру данных. При объединении двух слоев с поверхностями произойдет их врезка.
Элементы цифровой модели ситуации можно распределить по другим, в том числе и подчиненным слоям, что позволит настроить цвет для различных ситуационных объектов. Геометрические данные целесообразно распределить по своим слоям, с обязательной настройкой подчиненности слоев. В блоках геометрических данных элементы хранятся в своих слоях, при вставке блока предоставлена возможность создания новых слоев или расположения элементов в прежних слоях. Вне слоев находятся планшетная и координатная сетки, фрагменты чертежа, форматы. Подложки подгружаются в активный слой и так же, как и геометрические элементы, подчиняются параметру визуализации этого слоя. Перед началом работы в слое устанавливается его активность. 3.3.3. Исходные данные. Исходными данными являются начальный отрезок прямой, соответствующий началу будущей дороги и конечное направление трассы. Они наносятся, используя методы создания геометрических элементов в виде трассы. Между начальной и конечной точки проводится прямая геодезическая линия. Она создается как трасса. При трассировании следует придерживаться общего направления геодезической линии. Вышеописанные элементы создаются и сохраняются в слое «Исход данные».
В слое «Фиксир_точки» намечаются области запрещенные для трассирования. В области для трассирования входят места возможных мостовых переходов, наиболее удобные места для преодоления высотных препятствий (седла) и места размещения возможных раздельных пунктов. Фиксированные точки создаются с помощью функции «контур ситуации», находящейся в меню «поверхность».
Схематические положение трассы устанавливается, начиная с участков напряженных ходов, с последующей увязкой с участками вольных ходов и корректировкой общего направления линии. При схематической укладке трассы участков напряженных ходов трассирование проводится в направлении от фиксированных точек, и не на них. (от выбранных седел пересечения водоразделов, выбранных мест пересечения водотоков и других зафиксированных пунктов). Трассы создаются методами геометрического конструирования. Методы конструирования в CREDO_MIX и геометрических построений сгруппированы в матрицу графических кнопок, каждая из которых выполняет свою функцию. Матрица методов вызывается следующими способами:
Матрица методов конструирования показана на рис.3.11. Изложенные далее пояснения к работе с каждой графической кнопкой меню методов даны для конфигурации пиктограммой матрицы 11 строк х 6 столбцов, причем нумерация столбцов идет слева направо, а строк _ сверху вниз, так что номер 3.2 соответствует методу в третьей строке и во втором столбце матрицы.
Далее описан один из алгоритмов действий при трассировании. Для создания ломаной трассы по фиксированным точкам использован метод 6.2 «Построение трассы с одновременным построением образующих ее элементов». Начало трассы определяется визуально или с захватом существующей точки. Далее элемент за элементом трассу наращивают. В результате получается ломаная трасса с зафиксированными углами поворота. Положение углов поворота можно изменить методом 7.3 «Редактирование вершины угла поворота трассы». При этом можно добавлять и убирать углы поворота.
При необходимости трасса может быть удалена методом 8.2. При удалении трассы следует запрос об удалении базовых геометрических элементов (БГЭ), на основе которых она создана. БГЭ можно не удалять.
В ломаную трассу в виде БГЭ, вписываются в углы поворота окружности и сопрягающие их клотоиды методом 4.1 «Вписывание окружности между двумя любыми элементами и создание сопряжения между двумя прямыми».
Увязку напряженного хода с участком вольного хода выполняется методом 4.4 «Сопряжение двух геометрических элементов обратными круговыми кривыми одинакового радиуса с прямой вставкой или без нее» или методом 4.3 «Симметричное или асимметричное «С» или «S» - образное сопряжение двух окружностей».
По имеющимся БГЭ в виде прямых и окружностей, сопряженных с прямыми клотоидами, строится трасса методом 6.1 «Создание трассы по геометрическим элементам».
У созданной трассы в случае необходимости можно поменять направление пикетажа методом 7.1 «Инверсия трассы» и откорректировать параметры круговых и переходных кривых методом 7.4 «Ввод или изменение параметров закругления для вершины угла».
При проектировании железных дорог в горных условиях наибольшие затруднения возникают при укладке трассы на прижимах вдоль рек. Здесь необходимо учитывать не только рельеф, но и гидравлику речного потока. До начала проектирования плана необходимо определить начальную и конечную точки на прижиме. Их координаты в плане назначены ориентировочно. Самое главное правильно определить их минимально допустимые отметки с учетом высоты паводков с заданным уровнем обеспеченности. Эти точки должны быть внесены в перечень опорных точек. После этого в обычном порядке выполняется укладка трассы с учетом норм проектирования в горных условиях. Для анализа полученного проектного решения следует увеличить масштаб рассматриваемого участка и уменьшить шаг между горизонталями до 1 м. По запроектированной трассе в новом масштабе выполняется анализ поперечных профилей в наиболее характерных точках трассы.
В результате анализа определяются участки, на которых желательно изменить положение трассы. В первую очередь меняется место положения вершин углов поворота. Затем можно пересмотреть величины радиусов и размеры переходных кривых с учетом действующих норм. На некоторых пикетах может выполняться параллельный перенос трассы. Варьирование положения трассы должно сопровождаться тщательным анализом поперечных профилей. Полученный приемлемый вариант трассы сохраняется.
