鐵路信號(hào)系統(tǒng)是為了保證運(yùn)輸安全而誕生和發(fā)展的,，其作用是保證行車安全、提高運(yùn)輸效率和改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量,；其任務(wù)是行車指揮,、進(jìn)路控制,、間隔調(diào)整、速度控制,、編組與解體,，系統(tǒng)的第一使命是保證行車安全。

鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)的目的是依據(jù)鐵路法規(guī),、生產(chǎn)廠家說明書以及建設(shè)單位要求等,，對(duì)鐵路信號(hào)工程建設(shè)所需的技術(shù)、經(jīng)濟(jì),、資源,、環(huán)境等條件進(jìn)行綜合分析和論證，編制設(shè)計(jì)文件,、施工圖紙和概預(yù)算,，為信號(hào)工程施工提供依據(jù) 。

鐵路信號(hào)系統(tǒng)是鐵路的主要技術(shù)設(shè)備之一,，在保證行車安全、提高運(yùn)輸效率等方面起著不可替代的作用,。鐵路信號(hào)系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)相互耦合,、集成的復(fù)雜系統(tǒng)。

相較于建筑等實(shí)體設(shè)計(jì)專業(yè),，鐵路信號(hào)專業(yè)具有以下幾方面特征,。

（1）子系統(tǒng)多

鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)涉及列車調(diào)度指揮及調(diào)度集中系統(tǒng)(TDCS/ CTC)、列車控制系統(tǒng),、閉塞系統(tǒng),、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰信號(hào)及編組站自動(dòng)化系統(tǒng),、信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng),、電源系統(tǒng)、道岔融雪系統(tǒng),、其它信號(hào)系統(tǒng)（如動(dòng)車段/ 所控制集中系統(tǒng),、調(diào)車防護(hù)、無(wú)線調(diào)車機(jī)車信號(hào)和監(jiān)控）等,。各子系統(tǒng)功能相對(duì)獨(dú)立,，但系統(tǒng)間又具有數(shù)據(jù)接口、信息互通等相互依賴與制約的關(guān)系,。

（2）設(shè)備布置離散

鐵路信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)備主要包括信號(hào)繼電器,、信號(hào)機(jī)及信號(hào)表示器、軌道電路,、道岔轉(zhuǎn)換與鎖閉設(shè)備等,。其中,，繼電器作為關(guān)鍵邏輯元件，主要集中設(shè)置于信號(hào)機(jī)械室內(nèi),，以構(gòu)成控制電路,；信號(hào)機(jī)及信號(hào)表示器用于構(gòu)成信號(hào)顯示，指示列車運(yùn)行和調(diào)車作業(yè),，須根據(jù)需要分布于車站站場(chǎng)及區(qū)間線路的不同位置,；軌道電路主要用于監(jiān)督列車對(duì)軌道的占用和行車信息的傳遞，一般利用鋼軌作為傳輸通道,，其送,、受電設(shè)備沿鋼軌分布；道岔轉(zhuǎn)換與鎖閉設(shè)備主要用于道岔的轉(zhuǎn)換和鎖閉,，其設(shè)備分布于站場(chǎng)各聯(lián)鎖道岔處,。

示例站信號(hào)設(shè)備平面布置

（3）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接、信號(hào)集中控制

信號(hào)系統(tǒng)終端設(shè)備的控制信號(hào)主要通過控制電纜傳輸,由信號(hào)機(jī)械室相應(yīng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制,。室內(nèi)的控制系統(tǒng)與室外終端設(shè)備的連接由主干電纜,、支線電纜構(gòu)成。

示例站右咽喉電纜徑路

電纜網(wǎng)絡(luò)分束

（4）設(shè)計(jì)表達(dá)抽象

從信號(hào)設(shè)備布放角度看,，需要有全局視角,，對(duì)所有設(shè)備的空間關(guān)系、顯示關(guān)系及連接關(guān)系有直觀的掌控,，達(dá)到合理優(yōu)化設(shè)備布放,、精簡(jiǎn)線纜連接的目的。因此,，在進(jìn)行信號(hào)設(shè)備的平面設(shè)計(jì)時(shí),，宜采用示意圖的方式，對(duì)相應(yīng)的信號(hào)設(shè)備進(jìn)行抽象,，即以簡(jiǎn)單的符號(hào)替代實(shí)際設(shè)備,，以直線代替鐵路線路及設(shè)備連接電纜并輔以位置信息等標(biāo)注。若直接采用建筑領(lǐng)域相關(guān)的三維輔助設(shè)計(jì)軟件并以實(shí)際比例進(jìn)行布放,，則易產(chǎn)生對(duì)站前模型的依賴性,。

從信號(hào)控制的角度看，電路本身具有高度抽象性的特征,，不適宜三維設(shè)計(jì)(三維設(shè)計(jì)中,線纜的復(fù)雜路徑,、設(shè)備尺寸對(duì)于電路原理的把握都是極大的干擾)。

（5）制約關(guān)系復(fù)雜

信號(hào)設(shè)計(jì)是一個(gè)層層遞進(jìn)的過程,，各設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之間存在相互依賴與約束的關(guān)系,。以車站聯(lián)鎖設(shè)計(jì)為例，其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程如下圖所示,。信號(hào)設(shè)備的平面布置是基礎(chǔ),，后續(xù)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)均以此為依據(jù),，信號(hào)設(shè)備平面布置的任何變化都會(huì)影響后續(xù)設(shè)計(jì)。這種上,、下序制約關(guān)系大致可分為線性制約和非線性制約兩種類型,。

車站聯(lián)鎖設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程簡(jiǎn)要示意圖

①線性制約關(guān)系

線性制約：上序設(shè)計(jì)的變化不引起下序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性等大變化,，僅需對(duì)局部細(xì)節(jié)或相關(guān)參數(shù)做出相應(yīng)的修改即可,。如進(jìn)站信號(hào)機(jī)位置微調(diào)，僅需對(duì)相應(yīng)的進(jìn)站信號(hào)機(jī)應(yīng)答器位置,、進(jìn)站坡度進(jìn)行檢算與微調(diào),，對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)中的有關(guān)電纜長(zhǎng)度、進(jìn)站外方區(qū)間閉塞長(zhǎng)度,、列車進(jìn)路數(shù)據(jù)表中相關(guān)進(jìn)路的區(qū)段長(zhǎng)度,、應(yīng)答器鏈接距離、線路速度等信息進(jìn)行相應(yīng)修改即可,。

②非線性制約關(guān)系

非線性制約：上序設(shè)計(jì)的變化導(dǎo)致下序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性,、系統(tǒng)性的改變，需下序進(jìn)行較大范圍修改或全部重新設(shè)計(jì),。如道岔增,、減，將引起下序相關(guān)電纜網(wǎng)絡(luò)分束,、電纜配線、控制電路,、工程數(shù)量,、列車進(jìn)路及相關(guān)敵對(duì)信號(hào)的變化。

建筑工程設(shè)計(jì)的主要制約關(guān)系為三維空間關(guān)系,，鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)的主要制約關(guān)系為邏輯關(guān)系,，二者對(duì)三維空間設(shè)計(jì)的需求及適用性有很大差異。鐵路信號(hào)系統(tǒng)功能,、原理設(shè)計(jì)不宜采用三維設(shè)計(jì)模式,，而更適合用二維圖表進(jìn)行表達(dá)。但在指導(dǎo)施工方面,，形象的三維表達(dá)比抽象的二維表達(dá)更具有優(yōu)勢(shì),。

三維空間設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)景

（1）設(shè)備布放與空間限界檢查

對(duì)室外工程，可結(jié)合站前專業(yè)模型,，在站場(chǎng)三維模型中按照實(shí)際位置布放相應(yīng)的設(shè)備模型,，可以有效地發(fā)現(xiàn)和解決專業(yè)間設(shè)備碰撞、遮擋等問題,。對(duì)室內(nèi)工程,，可結(jié)合房建模型,，對(duì)信號(hào)機(jī)械室設(shè)備機(jī)柜進(jìn)行模擬布設(shè)，可有效發(fā)現(xiàn)和解決空間預(yù)留不足等問題,。

（2）管綜碰撞檢查與協(xié)同優(yōu)化

綜合管道設(shè)計(jì)涉及到多專業(yè)協(xié)同,，利用BIM軟件的纜槽布放與碰撞檢查功能，可有效地發(fā)現(xiàn)和定位專業(yè)間管槽碰撞位置,，并可利用可視化優(yōu)勢(shì),，快速完成專業(yè)間協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（3）施工工藝表達(dá)與設(shè)計(jì)交底

可以讓施工人員更直觀地了解施工作業(yè)部位和對(duì)象,。通過作業(yè)動(dòng)畫,，可以形象地展示工藝流程、施工順序,、工藝細(xì)則,、操作要點(diǎn)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

三維空間設(shè)計(jì)的限制條件

（1）依賴站前模型

利用三維技術(shù)進(jìn)行模型布設(shè)時(shí),需要有站前專業(yè)(如站場(chǎng),、路基,、軌道、房建等)的參考模型,否則,本專業(yè)設(shè)備無(wú)法進(jìn)行定位與布放,。

（2）需要相關(guān)專業(yè)配合

空間限界檢查除了需要上述參考模型外,還需要其它多專業(yè)配合(如接觸網(wǎng)和其它綜合管廊涉及到的專業(yè)模型需要準(zhǔn)確的空間位置坐標(biāo)),才能進(jìn)行協(xié)同檢查,。

（3）設(shè)備尺寸信息

通常情況下,設(shè)計(jì)人員不掌握各類設(shè)備的準(zhǔn)確尺寸(僅有設(shè)備的長(zhǎng)、寬,、高信息),故對(duì)于精度要求較高的場(chǎng)景,需要相應(yīng)的設(shè)備廠家提供其設(shè)備的精確三維模型,。

三維空間設(shè)計(jì)的應(yīng)用建議

（1）明確目的和意義

對(duì)信號(hào)工程設(shè)計(jì)而言，三維設(shè)計(jì)主要用于二維圖紙不便表達(dá)的相關(guān)空間位置信息和模型實(shí)體尺寸等信息,，屬于輔助和增值手段,。不應(yīng)盲目追求使用三維技術(shù)進(jìn)行信號(hào)設(shè)計(jì)。

（2）選擇適當(dāng)?shù)木?/span>

信號(hào)工程設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備布放三維模型的要求為滿足限界檢查,，其模型精度能準(zhǔn)確表達(dá)其外部占位尺寸即可,。高精度的模型主要用于工藝展示，但不宜在整個(gè)工程中使用(除了美觀和增加內(nèi)存占用,，其它意義不大),。

從信息交換的角度而言,鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)主要存在以下三個(gè)維度的信息交換。

（1）專業(yè)領(lǐng)域維度：需要實(shí)現(xiàn)與鐵路工程各相關(guān)專業(yè)之間的信息交換,。

（2）建設(shè)過程維度：需要實(shí)現(xiàn)從規(guī)劃,、設(shè)計(jì)到施工、運(yùn)維等鐵路工程全生命周期各階段之間的信息傳遞,。

（3）工程角色維度：需要實(shí)現(xiàn)與業(yè)主方,、施工方、軟硬件供應(yīng)方、運(yùn)營(yíng)管理方等所有工程參與方之間的信息交流,。

因此,，在現(xiàn)有設(shè)計(jì)模式的基礎(chǔ)上，應(yīng)增加信號(hào)設(shè)計(jì)的信息維度,，豐富設(shè)計(jì)成果的表達(dá)形式,。

信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

鐵路BIM聯(lián)盟（CRBIM）參考國(guó)際、國(guó)內(nèi)主要BIM標(biāo)準(zhǔn)體系,，已初步構(gòu)建了由“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)”“信息語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)”和“信息傳遞標(biāo)準(zhǔn)”構(gòu)成的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架,。其中，基于IFC4×1基礎(chǔ)擴(kuò)展制定的《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(1.0 版)》尚未涵蓋信號(hào)專業(yè),，而就其所涵蓋與涉及到的相關(guān)鐵路專業(yè)領(lǐng)域而言,，尚未得到有關(guān)BIM軟件的支持與驗(yàn)證。在建筑領(lǐng)域BIM實(shí)踐中,， IFC模型的輸入輸出過程中尚存在信息缺失的現(xiàn)象,。

因此，在信息化標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面,，尚需鐵路信號(hào)工程各參與方加強(qiáng)以下幾方面工作：

（1）基于鐵路行業(yè)的BIM標(biāo)準(zhǔn)框架體系,，加快鐵路信號(hào)專業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)研究與制定；

（2）研究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證和軟件支持,；

（3）研究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)編制與落地空窗期的信息傳遞方案,。

專業(yè)協(xié)同平臺(tái)研發(fā)

鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)作為鐵路工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，其信息化不能脫離其它相關(guān)鐵路專業(yè)而孤立存在,，需要加強(qiáng)與各相關(guān)專業(yè)的配合,。

需要完成以下幾方面工作：

（1）充分梳理與各專業(yè)之間的接口，并與接口專業(yè)確定數(shù)據(jù)交換格式與流程,；

（2）完善本專業(yè)的審校標(biāo)準(zhǔn)流程,；

（3）建立與完善本專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)、構(gòu)件庫(kù)及模板文件,；

（4）定義本專業(yè)的工作環(huán)境。

信息化輔助設(shè)計(jì)軟件開發(fā)

BIM理念的實(shí)現(xiàn)主要依靠軟件,，針對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的功能要求,，需要開發(fā)相應(yīng)的信息化輔助設(shè)計(jì)軟件，以提高設(shè)計(jì)效率,，實(shí)現(xiàn)本專業(yè)各環(huán)節(jié)之間,、本專業(yè)與接口專業(yè)間的信息傳遞。

在傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)中,，各類信息的傳遞完全依賴于設(shè)計(jì)人員對(duì)各類輸入資料和設(shè)計(jì)圖紙的讀取,、理解、轉(zhuǎn)化。信息化輔助設(shè)計(jì)軟件區(qū)別于傳統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)軟件的主要意義在于由計(jì)算機(jī)軟件代替設(shè)計(jì)人員對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行處理,。

兩種輔助設(shè)計(jì)模式信息交換方式示意圖

信息化輔助設(shè)計(jì)軟件開發(fā)的關(guān)鍵在于信息交互,、處理，在目前鐵路信號(hào)IFC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用尚未成熟的狀況下,，可對(duì)相關(guān)信息作結(jié)構(gòu)化處理,，并采用接口文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等方式作為信息交換的媒介,。

車站聯(lián)鎖設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程簡(jiǎn)要示意中的箭頭方向既表示了設(shè)計(jì)的順序,，也表明了在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中信息的流向，逆向而言則是下序環(huán)節(jié)對(duì)上序環(huán)節(jié)的信息內(nèi)容要求,，可見車站聯(lián)鎖設(shè)計(jì)的核心基礎(chǔ)是信號(hào)設(shè)備平面布置,。傳統(tǒng)輔助軟件不知道該圖形符號(hào)“是什么”以及“有何屬性”，而這正是信息化輔助設(shè)計(jì)軟件要解決的問題,。例如,，以XML文件定義各類設(shè)備的屬性，在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)具體的設(shè)備圖元附加相應(yīng)的屬性,，通過軟件自動(dòng)處理或者人工輔助設(shè)置等方式,，完善相關(guān)屬性的取值。附加了相關(guān)結(jié)構(gòu)化信息的X進(jìn)站信號(hào)機(jī)屬性,，通過輔助軟件可隨時(shí)修改,、查詢、提取,。

輔助設(shè)計(jì)的可視化方式不必拘泥于二維空間表達(dá)或三維空間表達(dá),，根據(jù)前文分析的適用性，輔助設(shè)計(jì)的可視化方案大致有以下幾種,，可根據(jù)實(shí)際情況選擇,。

（1）純數(shù)據(jù)處理：由軟件根據(jù)數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的二維或三維模型；

（2）二維可視化設(shè)計(jì)：由軟件根據(jù)二維模型信息自動(dòng)生成三維模型,；

（3）三維可視化設(shè)計(jì)：由軟件根據(jù)三維模型信息自動(dòng)生成二維模型,；

（4）二、三維可視化設(shè)計(jì)：由軟件實(shí)現(xiàn)二維模型與三維模型的聯(lián)動(dòng),。

內(nèi)容來(lái)源：

鐵路BIM聯(lián)盟成員單位——中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司

李茂蛟.BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].鐵道勘察.