改革开放40年:中国铁设推动铁路设计手段不断革新
■蒋荫国
  京雄城际铁路BIM模型。
  星火动车运用所BIM模型。
  阳大铁路杏村隧道洞口侧面BIM模型。
  2018年,技术人员应用BIM平台进行设计。孙先强 摄
  中国铁设在2003年至2008年利用多媒体工作站出图。
  中国铁设在20世纪90年代后期使用的微型计算机绘图系统。
  中国铁设在1986年至1994年使用的M-240D中型计算机。
  20世纪80年代,中国铁设使用的NOVA机。
  中国铁设在1974年至1985年使用的441B-Ⅲ型计算机控制台。

  当三维协同和BIM技术越来越多应用在高铁设计中的今天,普通人和年轻的设计人员可能很难想象,40年前的改革开放之初,我国大部分铁路是靠设计者用一支笔、一把尺子甚至算盘手工计算、描绘出来的。

  而正是随着改革开放,电子计算技术开始在铁路设计中逐渐被应用,改革开放的40年,几乎就是计算机技术在我国铁路勘测设计领域不断被推广、应用和逐渐发展的40年,而中国铁路设计集团有限公司(原铁三院)一直可谓是这个过程的推动者和积极影响者。

  从441B-Ⅲ到“甩掉图板”

  1974年,中国铁设引进电子计算机441B-Ⅲ型计算机。441B-Ⅲ型计算机是一台中型通用晶体管电子计算机,内存32KB,定点运算速度每秒5万次,只能用以进行工程数据计算。如今看来它的运算能力可谓相当简陋,但在当时它属于国内先进的科学计算设备。441B-Ⅲ型计算机运行的11年间,各专业开发了100多个电算程序,电算开始逐渐代替人工手算,充分显示了电算的优越性。441B-Ⅲ型计算机的运用也为中国铁设培养了一批复合型人才,为计算机技术进一步推广应用创造了良好氛围和必要条件。

  1980年,中国铁设在国家建委的支持下从日本精工舍引进NOVA机CAD系统。作为当时铁道部系统内较早进行CAD技术开发应用的设计院,中国铁设再一次推动了铁路设计手段革新。该系统除了具备科学计算功能外,还有CAD功能,即具有数据处理、图形输入、图形显示、图形修改与自动绘图等功能。在这套NOVA系统上,十几分钟就可绘制一张复杂的工程结构设计图纸,这是当时人工制图所无法比拟的。后来,中国铁设13个主要专业,在设计工作中都应用了CAD技术,开发了大量软件,使计算机技术在铁路设计中的应用从单纯科学计算发展到应用计算机辅助设计,计算机应用水平上了新的台阶。NOVA机在中国铁设的成功实践,吸引了国内数百家设计院前来参观、考察,有力地推动了全国勘察设计行业CAD技术的普及与提高。中国铁设也因此获得了国家和有关部委多项荣誉。1986年,中国铁设引进了M-240D中型计算机,和NOVA机相比,该机内存、外存容量都有了很大增长,为研制大型软件、计算大题目创造了条件,计算机在铁路设计中的应用广度和深度进一步提高。

  但是,由于大型机价格昂贵、系统复杂,只有少数人能在大型机上开展CAD工作,很难全面推广普及。与此同时,微机技术突飞猛进,整个勘察设计行业都在积极探索与大力推广微机CAD技术,以求逐步“甩掉图板”。1987年,中国铁设引进一批微机,型号是长城0520CH。1998年,中国铁设所属部分单位“甩掉图版”。到2000年,中国铁设已经基本上实现一线设计人员人手一台微机,CAD绘图率接近100%,在国内较早成功“甩掉图板”,彻底完成人工绘图向计算机绘图的历史性转变,完成铁路设计手段的飞跃,整体设计效率提高几倍到十几倍,大大缩短了设计周期,创造了显著的社会效益和经济效益。

  又一次飞跃:铁路勘测设计一体化、智能化系统

  计算机成为铁路设计的主要生产工具后,虽然对设计效率的提高成效显著,但是由于计算机应用成果依旧是一个个“信息孤岛”,没有形成各工序间信息互通,铁路勘察设计流程依旧不能进行信息化管控,因此综合设计功效依旧有待提高。在这样的背景下,原铁道部决定开发铁路勘测设计一体化、智能化系统,中国铁设是主要的参与单位,该系统也是国内勘测设计行业中较早的大型计算机集成应用系统。

  经过中国铁设和各相关单位的努力,2005年前后,铁路勘测设计一体化技术先后在朔黄铁路、胶新铁路、遂渝铁路等多条新线的勘测设计中应用。他们成功实现了工序间的数字化、自动化连接,计算机技术拉通勘测设计全过程,各专业得以在集成化设计环境中进行系统地集成设计,专业间的信息交换也实现全电子化,传统的手工书面资料交接模式成为历史,显著提高了综合设计工效与设计质量,铁路设计模式完成了又一次飞跃。

  迈向未来的高铁设计:基于BIM+GIS的三维协同设计技术

  近年来,中国铁设大力进行BIM和3DGIS(三维空间地理信息系统)技术的研发应用,成果显著。目前,中国铁设已成功在京雄城际铁路、京沈客专、牡佳客专、浦梅铁路、中国铁路总公司主数据中心及杭州南站、沈阳南站等多个重点铁路项目、综合交通枢纽应用BIM技术,BIM技术的应用已覆盖勘察设计、工程施工和运用维护全过程,尤其在京雄城际铁路设计过程中,中国铁设BIM技术的应用达到了全新的深度。同时,中国铁设还作为中国铁路BIM联盟的重要成员,主持中国铁路BIM标准的研究编制。中国铁设在国际铁路BIM技术中的话语权日渐增强。2017年底,中国铁设“三维协同数据共享平台V2.0”上线使用,标志着中国铁设三维协同设计系统的研发取得了重大突破。这个平台能够支持技术人员进行三维总图集成、多专业数据共享和多专业协同设计,可以使铁路设计者进一步提高效率、提升设计质量。

  未来,随着基于BIM+GIS的三维协同设计技术的大面积使用,铁路设计模式将发生又一次根本性升级——由二维串联变成三维协同。据专家介绍,基于BIM+GIS的三维协同设计技术,就是未来的铁路设计。

  本版图片除署名外均由中国铁设提供

  中国铁设在计算机推广应用中所获部分奖项

  1986年至2000年,在历届全国工程勘察设计优秀软件评比中,中国铁路设计集团有限公司(原铁三院)研制的计算机档案管理系统、工业与民用建筑岩土工程勘察计算处理系统、铁路简支梁桥CAD设计系统、铁路工程地质自动成图系统、铁路编组站驼峰线路自动设计系统、6502电气集中辅助设计软件荣获国家优秀软件银质奖,铁路路基通用CAD系统、站后专业CAD集成系统、铁路主要工程地质问题评价咨询系统、工程设计CAD软件开发支持系统荣获国家优秀软件铜质奖。

  1986年,中国铁设CAD技术在铁路勘测设计中的应用项目参加全国计算机应用展览,荣获国务院电子振兴领导小组颁发的优秀成果一等奖。

  1995年,建设部授予中国铁设“全国工程设计计算机应用先进集体”光荣称号。

  1999年,科技部授予中国铁设“全国CAD应用工程示范企业”光荣称号。

  2000年,全国CAD应用工程协调指导小组办公室授予中国铁设“全国CAD电子文件光盘存档试点工作先进集体”光荣称号。

  2003年,中国铁设“勘测设计企业全面信息化建设”荣获第十届国家级企业管理现代化创新成果二等奖。

  2004年,中国铁设“勘察设计企业综合管理系统开发及应用”荣获全国第八届优秀工程设计软件银质奖。

  2005年,中国铁设“勘测设计协同作业系统研究及应用”荣获天津市科学技术进步二等奖。

  2005年,中国铁设“电子CAD文档网络数字认证和多重签名系统项目”荣获国家档案局优秀科技成果三等奖。