《交通運輸科學技術新成果推廣目錄》（２０２０）—第二部分橋梁《鐵路橋梁設計通用系統(tǒng)》?

本期項目簡介

完成單位: 中國鐵路設計集團有限公司

主要完成人: 廖立堅、 王雨權、 蘇偉、 劉洪占、 楊智慧、 蔣鵬、 傅安民、 劉龍、 張興華、白青波、 吳迪、 宋威、 宋毓瀾、 李艷、 禚一

項目簡介

　　(一)項目背景

　　1.國內(nèi)外相關科技狀況

　　(1)缺少長大橋梁自動設計系統(tǒng)理論;(2)缺少適用于大規(guī)模鐵路建設的集成化設計平臺;(3)原有設計手段標準化程度低、設計效率低。

　　2.主要技術經(jīng)濟指標

　　(1)橋梁設計任務重,項目人員需求量大;

　　(2)設計數(shù)據(jù)多且以人工輸入為主,計算也處于半自動化,出錯概率大;(3)承臺缺乏設計配筋的理論和計算方法,套用建筑或公路規(guī)范造成不必要的鋼筋浪費。

　　3.存在問題

　　(1)鐵路設計任務量逐年遞增,且設計周期短;(2)橋梁在鐵路中占比大,高鐵鐵路中橋梁占比高達70%;(3)橋梁專業(yè)技術人力資源緊張。

　　4.立項目的

　　(1)研究適用于鐵路橋梁自動化設計的理論和算法;(2)研發(fā)適用于全設計周期各種標準的鐵路橋梁設計平臺;(3)高質(zhì)量、高效率地服務交通強國的國家戰(zhàn)略。

　　(二)技術概況

　　1.主要科技內(nèi)容

　　(1)數(shù)字化外業(yè)勘測資料,解決孔跨布置和彎道適時計算問題;(2)數(shù)字化設計過程,建立梁、墩臺、基礎數(shù)據(jù)庫;(3)實現(xiàn)線路和地質(zhì)資料的自動讀取;(4)實現(xiàn)了承臺鋼筋的精細化配置;(5)開發(fā)了集讀圖、計算、出圖、算量于一體的鐵路橋梁通用設計平臺。

　　2.技術經(jīng)濟指標

　　開發(fā)的設計軟件極大提高了生產(chǎn)效率和設計準確率,年均節(jié)約設計人力成本1千萬元。公開發(fā)表論文6篇,其中4篇EI檢索,申請專利2項,正在受理中。

　　(1)實現(xiàn)了橋梁勘測信息自動處理,使得原來每個項目6個人的外業(yè)縮減到2個人;

　　(2)實現(xiàn)了鐵路橋梁的自動設計,減少了1半以上的設計人員投入;

　　(3)提出的鐵路承臺三維拉壓桿模型用于鐵路承臺設計,每個承臺相比較傳統(tǒng)配筋方法,節(jié)約鋼筋20%。

　　3.促進行業(yè)科技進步作用

　　實現(xiàn)了各線資料快速地共享、繼承、發(fā)展,對于智能設計軟件的開發(fā)具有重大的科學參考價值,也為數(shù)字孿生等新技術的發(fā)展打下了良好的基礎。

　　4.應用推廣情況

　　課題成果自2010年3月陸續(xù)投產(chǎn),深受設計者喜愛,至今已運行十年。在大西、長昆、石濟等客專,張?zhí)畦F路、邯長邯濟鐵路、邯黃等普速鐵路線得到驗證和補充。服務完成國家鐵路“四縱四橫冶建設,并正服務于“八縱八橫冶。

　　(三)適用范圍

　　能夠完成時速120、160、200、250、300、350km/h等各個速度目標值、單雙線、有砟無砟鐵路橋梁的外業(yè)勘測、可研設計、初步設計、施工圖設計。

　　(四)獲獎情況

　　獲得2020年中國交通運輸協(xié)會科學技術一等獎。

項目創(chuàng)新點

　　(1)研發(fā)出鐵路橋梁通用設計平臺,集讀圖、計算、出圖、工程數(shù)量計算于一體,建立了適用于鐵路橋梁設計的梁、墩、臺、基礎的數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了各項目資料快速共享和自動化、標準化設計。

　　(2)提出了基于多約束條件的最優(yōu)化自動布孔理論,實現(xiàn)了梁跨與道路河流管線的最優(yōu)匹配,解決了長大橋梁精確、經(jīng)濟、高效的孔跨布置問題。

　　(3)提出了鐵路承臺的三維拉壓桿理論,探索了鐵路承臺的力流規(guī)律,填補了鐵路承臺計算無理論依據(jù)的空白,較傳統(tǒng)配筋方法可有效減少鋼筋用量。

　　(4)提出了精準彎道布置算法,解決了無緩和曲線、變梁寬變線間距、長曲線及多曲線、簡支梁與連續(xù)梁混布等鐵路橋梁彎道布置難題。

　　(5)由地質(zhì)柱狀圖和縱斷面圖構建地層連線的拓撲關系,提出地質(zhì)信息反演算法,可解析出任意位置的地層厚度和巖土力學指標,從而解決地質(zhì)資料數(shù)字化的關鍵技術問題,突破了鐵路橋梁自動設計速度的瓶頸。

同類項目比較

同類項目對比見表 1。

應用案例

　　課題成果自2010年3月投產(chǎn)以來,深受設計者喜愛,至今已穩(wěn)定運行十年,在大西、長昆、石濟等高鐵得到驗證和補充。服務完成國家鐵路“四縱四橫冶建設,并正服務“八縱八橫冶,例如2019年采用課題成果設計各階段橋梁1.2萬公里。

　　平臺的界面簡潔、適時反應、方便快捷。將外業(yè)勘測數(shù)據(jù)和可研、初步設計、施工圖設計完美地結合起來。采用多次算法優(yōu)化,縮短了地質(zhì)資料讀取的時間,自動設計梁、墩臺、基礎的時間,繪圖時間。其最大的優(yōu)點在于:集讀圖、繪圖、計算、算量于一體,最大限度地減少橋梁基本信息的輸入,充分利用已有算單中的數(shù)據(jù)直接導入,減少人工輸入,能大量減少重復工作量,大大提高工作效率。系統(tǒng)采用新的算法,提供了人工參與適時修改判斷功能,提高設計效率和設計質(zhì)量(見圖9)。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　(一)社會效益

　　(1)課題成果提高了設計出圖精度、保證計算準確性、加快設計進度,提高職工勞動效率、減輕勞動強度;(2)由于設計過程的程序化,復核人員只需關注輸入和輸出文件,而不需要打印煩瑣的中間計算文檔和圖紙來復核,從而減少了大量圖紙的打印;(3)隨著電子化設計成果和圖紙的推廣,為將來無紙化辦公和遠程辦公提供了便利條件。

　　(二)經(jīng)濟效益

　　(1)保證了各線的設計工期和計算準確性,提高了出圖精度,該課題成果每年節(jié)省各線1000多萬元的人力成本;(2)提出的鐵路承臺三維拉壓桿模型理論,相比較于傳統(tǒng)承臺配筋方法,節(jié)約20%的鋼筋用量;(3)與原來相比,每條線減少了一半以上人員投入,有經(jīng)驗的設計人員可以更多地投入到特殊結構設計和總承包等項目上,間接地為單位創(chuàng)造了更多的產(chǎn)值。