铺轨前线路平纵断面优化设计方法研究郭兴帅

铺轨前线路平纵断面优化设计方法研究郭兴帅

郭兴帅

中铁四局集团有限公司第八工程分公司安徽省合肥市230001

摘要：随着社会经济和科学技术不断发展，我国铁路事业发展迅速，无论是铁路规模还是铁路运输能力，均得到了长足的发展和提高，对于铁路工程设计科学性和有效性，也提出了更高、更新的要求。就现代铁路铺轨工程而言，铺轨前线路平纵断面优化设计是正式施工前的一项重要工作，直接影响着最终的铺轨工程质量和施工效果。同时，铺轨前线路平纵断面优化设计工作具有鲜明的系统性、复杂性特征，传统的以手工计算为主的设计方式，在现代铁路铺轨工程中表现出越来越明显的局限性和不适应性，客观要求相关人员对其进行优化，以提高工作效率和设计质量。笔者即从铺轨前线路平纵断面优化设计入手，就智能化的自动调整设计方法，发表几点看法，以供相关人员参考。

关键词：线路平纵断面；优化设计；智能化；自动调整

就现代铁路工程而言，铁路桥隧土建施工完成后，其产生的空间线形误差必须在正式轨道施工前完成相应的调整优化，同时确保线路平顺性、设计限界等达到相关标准要求，以避免影响后续的工程施工。铺轨前线路平纵断面调整优化设计本身具有鲜明的系统性和复杂性特征，总体计算量庞大，需要针对大量数据进行反复、多次的计算和对比，以确保数据的科学性和准确性，故而在以手工计算为主的传统模式下，这部分工作普遍存在着设计质量差、设计效率低的问题，亟需相关人员加强现代化技术的引入和应用，以提高铺轨前线路平纵断面调整优化设计的智能化、自动化水平，进而提高整体的设计科学性和设计效率。本文即围绕铺轨前线路平纵断面调整优化设计，从自动调整设计和智能化设计两个角度，就其设计方法创新途径，进行了分析和探讨，具体内容如下：

一、基于自动调整设计的线路平纵断面优化设计分析

（一）直线拟合技术分析

直线拟合具体是指将近似处于一条直线上的若干个离散数据点，拟合成为一条直线的过程，拟合完成后各个数据点与离散点间的偏差，被称为“残差”，使用残差平方和最小准确进行拟合直线求取的方法，被称为“最小二乘”。由于以上方法具有计算操作简便、拟合精度高等特征，故而应用相对广泛。

极大似然估计方法是概率论相关知识在统计学领域的具体应用表现。就极大似然方法而言，想要获得最合理的参数估计量，就必要确保“从模型中抽取该n组样本观测值的概率最大”，即似然函数或改良分布函数最大。如从概率统计的角度对线性拟合进行分析和处理，最小二乘法与极大似然方法间就会建立相应的联系，进而可以实现最大似然估计的最小二乘法的构建，并通过优质函数极小值求值的方式，得到一组数据点的拟合直线。

大量的研究和实际测试表明，使用最大似然估计最小二乘法，可以得到最理想的直线拟合效果，同时最大似然估计最小二乘法也是线路平纵断面自动调整涉及的基础。

（二）平面自动调整分析

通常情况下，线路平面线性可以细分为直线、圆曲线、以及缓和曲线三部分内容。其中，直线地段主要是指夹直部分，相关人员可通过调整直线边焦点的方式，实现直线地段超限的调整；曲线地段主要是指圆曲线和缓和曲线，鉴于二者的联系较为密切，故而视作为一个整体，相关人员可通过调整交点曲线半径或缓长的方法，达到相应的控制目的。根据调整方式的差异，线路平面自动调整也被分成平面直线地段调整和平面曲线地段调整两部分内容。

平面直线地段自动调整以交点坐标调整为主，具体包括沿前切线方向移动、自由调整、沿后切线方向调整、以及不调整等内容，主要算法流程如图一所示。平面曲线地段自动调整的流程实现则主要包含平面差值计算、待调整的曲线段落确定、曲线调整方式的计算分析、曲线缓长计算、以及曲线缓长调整等内容。

二、智能化线路平纵断面优化设计方法分析

（一）最优化原理及相关技术概述

所谓最优化，就是所有可能方案当中，最合理且最可能达到理想目标的方案，其中涉及的遗传算法是一种在“适者生存”法则基础上得到的高度并行、自适应、随即的优化算法。但由于工程优化问题多数具有复杂的约束条件，故而简单的遗传算法在实际问题解决应用过程中，往往表现出较明显的不适应性和局限性。

差异演化算法是一种新型的演化算法，相关文献资料证明，相比较于遗传算法，差异演化算法在全局搜索方面更具有优势。因此，智能化线路平纵断面优化设计更多选择采用差异演化算法进行。

（二）平面智能优化设计分析

平面智能优化设计应用过程中，相关人员首选需根据约束条件、设计变量、以及优化目标等内容，建立相应的平面智能优化数学模型，并以此作为问题解决的基本方案，联合差异演化算法，通过交叉、变异、选择等进行相应的全局搜索，获得最终的平面设计方案，即最优化方案。

（三）纵断面智能优化设计分析

纵断面智能优化设计应用过程中，相关人员同样需要根据约束条件、设计变量、以及优化目标等内容，构建相应纵断面智能优化数学模型。具体来说，纵断面优化设计侧重于最合理的设计高程和变坡点里程的确定，为进一步简化数学模型，避免造成问题更加复杂的发展，需优先使用纵断面自动调整涉及成果，对变坡点的实际里程和个数进行确定，随后将各变坡点对应的设计高程作为纵断面优化相应的设计变量进行优化，从而得到最优解。

图一平面直线地段自动调整算法流程示意图

结语：

综上所述，随着我国铁道事业不断发展，相关部门及人员必须全面提高对线路平纵断面优化设计的重视和关注，结合现代铺轨工程施工要求和线路平纵断面优化设计要求，从自动调整、智能优化设计两方面入手，综合提高线路平纵断面优化设计的工作效率和设计质量，从而促进我国铁路事业的进一步发展。

参考文献：

[1]铁道第三勘察设计院集团有限公司.铺轨前线路平剖面优化对比模型构建方法:CN201510732704.2[P].2015-12-30.

[2]铁道第三勘察设计院集团有限公司.铺轨前线路纵断面优化设计方法:CN201610614232.5[P].2016-12-21.

[3]铁道第三勘察设计院集团有限公司.铺轨前线路平面优化设计方法:CN201610614302.7[P].2016-10-12.

[4]袁婧.铺轨基地平面设计原理与能力计算初探[J].铁道标准设计,2013(07).

[5]李顶峰,孔国梁.铺轨前线路平纵断面优化设计方法研究[J].铁道勘察,2017(04).