基于鋪軌新定額的鐵路軌道工程數量計算軟件研發與實現

廉紫陽

（1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 線路站場設計研究院，武漢 430063；2.鐵路軌道安全服役湖北省重點實驗室，武漢 430063）

國家鐵路局于2017 年發布了新版《鐵路工程造價標準》，其結構和內容均有較大調整，各專業預算定額、編制方法和費用標準也都有了新規定、新變化[1-2]。其中，施工圖階段預算定額對應的軌道工程數量計算由鋪軌、鋪道床、鋪道岔、無縫線路、線路有關工程和其他工程6 部分組成。同時，根據2018 年國家鐵路局發布的新版《鐵路工程預算定額第四冊 軌道工程》[3]中的規定，鋼軌及軌料運輸定額僅適用于坡度小于12‰的地段及長度小于1 km 的隧道，對于大坡度地段和長大隧道，則需單獨計算鋪軌工程量[4]，從而對軌道工程數量的提交提出了新的要求。

工程數量是編制施工圖預算的依據，其計算的精確與否將直接影響到施工圖預算的準確性[5-7]。傳統的軌道工程數量計算采用人工統計的方式，其計算過程主要在Excel 表格中完成，過程繁瑣，耗時長，效率較低，且易出現差錯漏洞。國內現有的軌道工程數量計算軟件開發較早[8]，其算法和計算結果已不能滿足現行軌道工程預算新定額的要求，無法根據鋪軌基地進行分坡度的計算，不具備根據不同的曲線超高值分段計算道床數量的功能，且沒有數據復核、預警功能，不能為軌道工程[9]設計提供信息反饋。

本文基于Visual Studio 開發平臺，采用C#語言研發了一種符合鋪軌新定額及提交新要求的鐵路軌道工程數量計算軟件。軟件在數據輸入方式、數據復核及預警、工程設計基礎資料反饋、鋪軌分坡度計算、曲線地段道床計算、結果輸出等方面做了相應改進，可自動形成符合提交要求的鐵路軌道工程數量表。

1 軟件功能需求分析

根據鐵路軌道工程數量計算的特點，鐵路軌道工程數量計算軟件應能實現以下幾個方面的功能。

1.1 數據自動讀取

鐵路軌道工程數量計算建立在橋梁、隧道、線路、站場、工程經濟、信號等專業提供資料的基礎上，專業間接口數據多且復雜。軟件應具備從Access數據庫、Excel 表格中讀取數據的功能。

1.2 數據檢驗及預警

軟件應對輸入數據的完整性、正確性進行自動檢驗，同時，對錯誤數據和不符合鐵路軌道工程設計規范規定的數據發出預警，實現對工程設計的指導。

1.3 快速計算鋪軌分坡度工程數量

基于鋪軌新定額的軌道工程數量計算中，最復雜的計算過程是基于鋪軌基地位置的鋪軌工程量計算。軟件應實現快速計算單一鋪軌基地或多個鋪軌基地工況下的路基、橋梁、隧道地段不同坡度下的鋪軌長度。

1.4 計算有砟軌道道砟斷面面積

根據有砟軌道道床斷面參數、曲線超高的設置，自動計算不同曲線超高地段的面砟和底砟斷面面積。

1.5 軌道工程數量的計算輸出

軟件應對計算結果進行自動復核，復核無誤后，根據不同的線路軌道技術標準，輸出符合提交要求的鐵路軌道工程數量表。

2 軟件設計

2.1 軟件功能設計

鐵路軌道工程數量計算軟件包括數據庫管理、線路軌道標準選擇、接口數據輸入、軌道數據輸入、數據檢驗及預警，工程數量計算、計算結果復核及輸出7 個功能模塊。

2.2 數據流程設計

用戶使用該軟件時應先新建或打開數據庫，選擇相應的線路及軌道標準，輸入專業間的接口數據及軌道專業數據；軟件對輸入的數據進行檢驗，若發現數據有誤、數據表之間出現里程沖突、輸入數據不完整等情況，則發出預警信息，需核實修改后重新提交檢驗，檢驗無誤后方可展開軌道工程數量的相關計算；計算后對結果進行復核，若復核有誤，返回，核實、修改相關輸入數據；若復核無誤，生成結果文件。軟件的數據流程如圖1 所示。

圖1 軟件數據流程示意

從數據流程可看出，鐵路軌道工程數量計算軟件包含多種基礎數據、過程數據和結果數據，抽象化后的數據層次關系，如圖2 所示。

圖2 軟件數據層次關系

3 軟件功能

3.1 線路軌道標準選擇

該功能模塊根據鐵路項目的技術標準，選擇相應的線路軌道標準，同時，需要輸入軌道工程數量計算的起、終點里程。具體分類如下：

（1）160 km/h 及以下客貨共線鐵路；

（2）160 km/h 及以下客運專線鐵路；

（3）200 km/h 客貨共線鐵路；

（4）200 km/h 客運專線鐵路；

（5）250 km/h 及以上客運專線鐵路；

（6）重載鐵路。

3.2 接口數據輸入

專業間接口需輸入的數據主要包括以下內容。

（1）線路專業：平縱斷面信息、曲線表、斷鏈表、坡度表、線間距表等。

（2）工程經濟專業：鋪軌基地里程及鋪軌管轄起終點里程、概算單元劃分表。

（3）橋梁專業：橋表（或鋪設護軌地段表）。

（4）隧道專業：隧道表。

（5）站場專業：道岔岔心里程、道岔開向及長度、道岔岔后無枕段長度。

（6）信號專業：膠結絕緣接頭個數、電容枕根數、電氣絕緣枕的根數。

3.3 軌道數據輸入

（1）鋼軌、扣件、軌枕的類型：需鋪設在線熱處理鋼軌的曲線半徑值。

（2）無砟軌道類型：根據軌道工程設計實際情況，選擇不同的無砟軌道類型（CRTS Ⅲ型板式、CRTS 雙塊式、彈性支承塊式、長枕埋入式）。

（3）有砟無砟分段表：需輸入有砟、無砟軌道的類型及起止點里程，有砟軌道類型用0 表示，不同的無砟軌道類型分別采用數字1～4 進行標識。

（4）無縫線路及無砟軌道的精調系數。

3.4 數據檢驗及預警

3.4.1 長鏈、軌道類型標識檢查

結合斷鏈表，自動核實橋表、隧道表、曲線表、坡度表、概算單元劃分表、有砟無砟分段表中每個分段的起、終點里程的長鏈標識輸入是否完整且正確，若有異常，則發出預警信息；核實有砟無砟分段表中的軌道類型標識輸入是否完整且正確，若有異常，則發出預警信息。

3.4.2 碰撞檢查

核實橋表、隧道表、曲線表、坡度表、概算單元劃分表、有砟無砟分段表每一段的起、終點里程，相互之間是否有沖突，若有異常，導致碰撞檢查不通過，則發出預警信息。

3.4.3 工程設計合規性檢查

檢查道岔是否處于在坡度地段、路橋過渡段、路隧過渡段上，如存在此種情況，導致合規性檢查不通過，則發出預警信息；數據檢驗無誤后，將所有數據存儲到項目的數據庫系統中。

數據檢驗及預警的流程如圖3 所示。

圖3 數據檢驗及預警流程

3.5 工程數量計算

鐵路軌道工程數量的計算內容包含鋪軌工程量、鋪道床工程量、無砟軌道精調墊板及軌距擋板的數量、無縫線路焊接接頭和位移觀測樁的數量、大機養護長度、鋼軌打磨長度、鋼軌伸縮調節器組數等。

3.5.1 鋪軌工程量

根據鋪軌基地的位置，結合施工組織設計確定的鋪軌方向，分別計算出自鋪軌基地向起點/終點里程方向的3 個坡度區段：

（1）自鋪軌基地至起點/終點里程鋪軌方向的第1 個>12‰的坡度里程的區段（該區段坡度≤12‰）；

（2）自第1 個>12‰的坡度里程點至第1 個>20‰坡度里程點的區段（12‰<坡度≤20‰）；

（3）自第1 個>20‰的坡度里程點至鋪軌起點/終點里程的坡度區段（坡度>20‰）。

在以上3 個坡度分段內，根據路基、橋梁、長度≥1 km 的隧道、長度<1 km 的隧道等不同的線下基礎類型，分別計算坡度≤12‰、12‰<坡度≤20‰、坡度>20‰區段的鋪軌長度之和。同時，根據曲線半徑分布情況，計算鋪設在線熱處理鋼軌的總長度。

3.5.2 鋪道床工程量

（1）根據概算單元的劃分，計算每個單元內有砟道床的工程量。有砟軌道鋪道床工程量主要包含面砟體積、底砟體積的計算（道砟體積=斷面面積×鋪軌長度），路基、橋梁、隧道地段分別計算。有砟軌道道砟體積的計算流程如圖4 所示。

圖4 有砟軌道道砟體積計算流程

（2）根據概算單元的劃分，計算每個單元內無砟道床的工程量。無砟道床的工程量應區分CRTSⅢ型板式無砟軌道、CRTS 雙塊式無砟軌道、彈性支承塊式無砟軌道、長枕埋入式無砟軌道等類型，分別計算其在不同線下基礎類型上的直線、曲線無砟道床長度，隧道地段需進一步區分距離洞口200 m 范圍內和距離洞口200 m 以上的無砟道床數量。

（3）分別計算在路基、橋梁、隧道地段內的12 號、18 號、42 號無砟道岔的數量。

（4）計算每個概算單元內的有砟無砟過渡段的數量。

3.5.3 無縫線路、軌道養護及精調相關的工程數量

（1）工廠焊接、工地焊接、無縫線路鎖定焊接的閃光焊接頭數量；

（2）道岔內及道岔與區間連接的鋁熱焊焊接接頭數量；

（3）位移觀測樁數量；

（4）區間線路鋼軌預打磨的長度及需預打磨的道岔組數；

（5）無縫線路應力放散及鎖定的長度、無縫道岔應力放散及鎖定的組數；

（6）各型號鋼軌伸縮調節器組數；

（7）其他相關的軌道工程數量，包括有砟軌道大機養護、有砟軌道開通前整理、無砟軌道預打磨后清理鐵削、無砟軌道及鋼軌精調、無砟道岔精調、無砟軌道精調時更換的墊板和軌距擋板的數量。

3.6 計算結果復核及輸出

軌道工程數量計算完成后，軟件自動復核路基、橋梁、隧道地段的鋪軌總長度與相應的道床總長度是否一致；核實每一單元內鋪軌總長度、鋪軌分段長度之和及鋪道床長度之和三者是否一致；核實道岔組數和岔后無枕段長度是否一致；核實計算結果是否存在漏項。如有上述情況，則發出預警，并返回修改初始的輸入數據，再次計算復核，直至復核無誤。

3.7 計算結果輸出

（1）以Excel 表格的形式，按照工程經濟專業要求的格式，輸出軌道工程數量表、路基地段表、道床鋪設地段表。其中，軌道工程數量表的組成如圖5 所示。

圖5 鐵路軌道工程數量表組成

（2）以Access 數據表形式保存計算結果和計算過程數據，以便查詢及備案。

4 結果驗證及應用效果

4.1 有砟軌道斷面面積計算結果驗證

（1）利用軌道工程數量計算軟件計算路基雙層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積，其中，面砟厚度300 mm、底砟厚度200 mm，道床頂面寬度3 400 mm，線間距4.2 m。將計算結果與既有的CAD 插件計算結果進行對比，如表1 所示。

表1 路基雙層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積計算結果對比

（2）利用該軟件計算橋隧單層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積，其中，面砟厚度350 mm，道床頂面寬度3 400 mm，線間距4.4 m。將計算結果與既有的CAD 插件計算結果進行對比驗證，如表2 所示。

表2 橋隧單層道砟地段有砟軌道道砟斷面面積計算結果對比

根據表1、表2 的計算結果可看出，軟件計算的路橋隧地段有砟軌道道砟斷面面積與既有的CAD 插件相比，兩者差值比例最大在6‰左右，誤差較小，驗證了軟件計算有砟軌道斷面面積的正確性。

4.2 軌道工程數量計算結果對比驗證

以某時速350 km/h 的高速鐵路為例，在本文軟件中輸入專業接口數據、軌道數據、鋪軌基地位置信息等，計算其某一個概算單元的鋪軌及鋪道床的工程數量，并將計算結果與人工統計結果進行對比，如表3 所示。

表3 軌道工程數量軟件計算結果與人工統計結果對比

從表3 可看出，軟件計算的鋪軌工程數量、道床數量與人工統計的結果一致，驗證了本文開發軟件計算結果的正確性。

4.3 應用效果

目前，該軟件在贛深（贛州—深圳）高速鐵路、張吉懷（張家界—吉首—懷化）高速鐵路、滬蘇湖（上海—蘇州—湖州）鐵路、珠江肇（珠海—江門—肇慶）高速鐵路等多個項目中得到了應用。軌道工程數量的計算，如采用人工統計的方式，完成鋪軌數量及道床計算往往需要3～4 天，采用本文設計的軟件生成符合提交要求的軌道工程數量表僅需要2～3 h，計算效率顯著提升。同時，軟件還可自動生成全線路基地段表、全線路橋隧分段表，為設計單元軌節表和軌枕扣件布置表提供基礎資料。

5 結束語

本文在分析鋪軌新定額的軌道工程數量計算新要求的基礎上，研發了軌道工程數量計算軟件，可快速準確地完成鋪軌分坡度的復雜計算，自動計算不同超高下的有砟軌道斷面面積、軌道工程數量表等。軟件自動化程度高，且具有數據復核、預警功能，可對軌道工程接口設計進行檢驗反饋；可生成鐵路軌道設計過程中所需的資料，顯著提高了軌道工程數量的計算質量和工作效率，縮短了軌道工程設計周期。