《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《铁路桥梁设计通用系统》​

本期项目简介

完成单位: 中国铁路设计集团有限公司

主要完成人: 廖立坚、 王雨权、 苏伟、 刘洪占、 杨智慧、 蒋鹏、 傅安民、 刘龙、 张兴华、白青波、 吴迪、 宋威、 宋毓澜、 李艳、 禚一

项目简介

　　(一)项目背景

　　1.国内外相关科技状况

　　(1)缺少长大桥梁自动设计系统理论;(2)缺少适用于大规模铁路建设的集成化设计平台;(3)原有设计手段标准化程度低、设计效率低。

　　2.主要技术经济指标

　　(1)桥梁设计任务重,项目人员需求量大;

　　(2)设计数据多且以人工输入为主,计算也处于半自动化,出错概率大;(3)承台缺乏设计配筋的理论和计算方法,套用建筑或公路规范造成不必要的钢筋浪费。

　　3.存在问题

　　(1)铁路设计任务量逐年递增,且设计周期短;(2)桥梁在铁路中占比大,高铁铁路中桥梁占比高达70%;(3)桥梁专业技术人力资源紧张。

　　4.立项目的

　　(1)研究适用于铁路桥梁自动化设计的理论和算法;(2)研发适用于全设计周期各种标准的铁路桥梁设计平台;(3)高质量、高效率地服务交通强国的国家战略。

　　(二)技术概况

　　1.主要科技内容

　　(1)数字化外业勘测资料,解决孔跨布置和弯道适时计算问题;(2)数字化设计过程,建立梁、墩台、基础数据库;(3)实现线路和地质资料的自动读取;(4)实现了承台钢筋的精细化配置;(5)开发了集读图、计算、出图、算量于一体的铁路桥梁通用设计平台。

　　2.技术经济指标

　　开发的设计软件极大提高了生产效率和设计准确率,年均节约设计人力成本1千万元。公开发表论文6篇,其中4篇EI检索,申请专利2项,正在受理中。

　　(1)实现了桥梁勘测信息自动处理,使得原来每个项目6个人的外业缩减到2个人;

　　(2)实现了铁路桥梁的自动设计,减少了1半以上的设计人员投入;

　　(3)提出的铁路承台三维拉压杆模型用于铁路承台设计,每个承台相比较传统配筋方法,节约钢筋20%。

　　3.促进行业科技进步作用

　　实现了各线资料快速地共享、继承、发展,对于智能设计软件的开发具有重大的科学参考价值,也为数字孪生等新技术的发展打下了良好的基础。

　　4.应用推广情况

　　课题成果自2010年3月陆续投产,深受设计者喜爱,至今已运行十年。在大西、长昆、石济等客专,张唐铁路、邯长邯济铁路、邯黄等普速铁路线得到验证和补充。服务完成国家铁路“四纵四横冶建设,并正服务于“八纵八横冶。

　　(三)适用范围

　　能够完成时速120、160、200、250、300、350km/h等各个速度目标值、单双线、有砟无砟铁路桥梁的外业勘测、可研设计、初步设计、施工图设计。

　　(四)获奖情况

　　获得2020年中国交通运输协会科学技术一等奖。

项目创新点

　　(1)研发出铁路桥梁通用设计平台,集读图、计算、出图、工程数量计算于一体,建立了适用于铁路桥梁设计的梁、墩、台、基础的数据库,实现了各项目资料快速共享和自动化、标准化设计。

　　(2)提出了基于多约束条件的最优化自动布孔理论,实现了梁跨与道路河流管线的最优匹配,解决了长大桥梁精确、经济、高效的孔跨布置问题。

　　(3)提出了铁路承台的三维拉压杆理论,探索了铁路承台的力流规律,填补了铁路承台计算无理论依据的空白,较传统配筋方法可有效减少钢筋用量。

　　(4)提出了精准弯道布置算法,解决了无缓和曲线、变梁宽变线间距、长曲线及多曲线、简支梁与连续梁混布等铁路桥梁弯道布置难题。

　　(5)由地质柱状图和纵断面图构建地层连线的拓扑关系,提出地质信息反演算法,可解析出任意位置的地层厚度和岩土力学指标,从而解决地质资料数字化的关键技术问题,突破了铁路桥梁自动设计速度的瓶颈。

同类项目比较

同类项目对比见表 1。

应用案例

　　课题成果自2010年3月投产以来,深受设计者喜爱,至今已稳定运行十年,在大西、长昆、石济等高铁得到验证和补充。服务完成国家铁路“四纵四横冶建设,并正服务“八纵八横冶,例如2019年采用课题成果设计各阶段桥梁1.2万公里。

　　平台的界面简洁、适时反应、方便快捷。将外业勘测数据和可研、初步设计、施工图设计完美地结合起来。采用多次算法优化,缩短了地质资料读取的时间,自动设计梁、墩台、基础的时间,绘图时间。其最大的优点在于:集读图、绘图、计算、算量于一体,最大限度地减少桥梁基本信息的输入,充分利用已有算单中的数据直接导入,减少人工输入,能大量减少重复工作量,大大提高工作效率。系统采用新的算法,提供了人工参与适时修改判断功能,提高设计效率和设计质量(见图9)。

社会效益与经济效益

　　(一)社会效益

　　(1)课题成果提高了设计出图精度、保证计算准确性、加快设计进度,提高职工劳动效率、减轻劳动强度;(2)由于设计过程的程序化,复核人员只需关注输入和输出文件,而不需要打印烦琐的中间计算文档和图纸来复核,从而减少了大量图纸的打印;(3)随着电子化设计成果和图纸的推广,为将来无纸化办公和远程办公提供了便利条件。

　　(二)经济效益

　　(1)保证了各线的设计工期和计算准确性,提高了出图精度,该课题成果每年节省各线1000多万元的人力成本;(2)提出的铁路承台三维拉压杆模型理论,相比较于传统承台配筋方法,节约20%的钢筋用量;(3)与原来相比,每条线减少了一半以上人员投入,有经验的设计人员可以更多地投入到特殊结构设计和总承包等项目上,间接地为单位创造了更多的产值。