铁路选线技术发展回顾与展望

铁路选线技术发展回顾与展望

王志强

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

摘 要：铁路选线设计是铁路勘察设计的龙头和基础。国内选线技术的发展经历了手工选线、机助选线、数字选线等阶段，目前已迈入智能选线阶段。随着社会经济发展和工程建设水平的提高，选线理念也在不断发展和完善。经济选线、工程选线、规划选线、地质选线、环保选线、安全选线、绿色选线等理念先后被提出并应用于工程实践当中。选线技术体系也随着铁路建设的发展突破不断完善和创新，主要体现在设计理论的创新、技术标准的更迭以及方案决策评价体系的进步。展望未来，新一代信息技术的发展应用以及工程全生命周期设计体系的完善，将为铁路选线技术带来新的进步和想象空间，进一步提高设计效率和设计质量。

关键词：铁路选线；选线理念；绿色选线；技术体系；工程全生命周期设计

铁路选线是铁路勘察设计中的核心工作，系统性强、涉及面广[1]，是铁路勘察设计的龙头和基础，对项目的投资、施工、运营、安全、社会经济效益起到决定性影响[2]。本文将从选线手段、选线理念、技术体系等几方面，回顾国内铁路选线技术的发展史，并对选线技术的发展趋势作出展望。

1.选线手段的进步

铁路选线发展过程可以概括为手工选线—机助选线—数字选线—智能选线四个阶段。

1.1手工选线

20世纪80年代以前，勘测设计处于手工绘图选线阶段。在此期间，选线主要通过经纬仪、测量仪测量地形，由专门的绘图员在米格纸上描点记录里程和高程，手工解析坐标、绘制地形图，然后在图纸上进行选线设计[3]。

1.2机助选线

20世纪90年代后期形成了勘测设计一体化CAD系统，实现了数字地面模型（DTM）、地理信息系统（GIS）和计算机辅助设计（CAD）的联合应用，基本实现无纸化设计。

1.3数字选线

进入21世纪，以“空天地”一体化勘测技术的发展和数字地理信息模型技术运用为标志，数字选线技术迅猛发展，结合电子沙盘、三维BIM、信息平台等技术的使用，铁路选线从无纸化向着信息化、数字化迈进。

1.4智能选线

智能选线，即基于综合地理信息模型，通过机器学习、算法优化、知识库构建等手段方法，对铁路选线设计专家的经验知识进行集成、挖掘与利用，实现线路设计和方案决策的智能优化[8]。

2.选线理念的发展

铁路选线理念的发展饱含了政治、社会、行业发展的趋势，也涵盖了技术水平的进步过程。

2.1经济选线

经济选线即以追求经济性，实现工程投资最省、回报效益最高为原则的选线理念。在微观层面，经济选线对线路走向方案、建设规模、工期组织等问题进行全方位经济技术对比，是工程效益实现的关键。

2.2工程选线

工程选线即在特定工程技术水平下，结合主要工程技术标准，对桥梁、隧道、路基站前主体工程以及站后系统装备的合理优选，确保工程优质实现的选线理念。工程选线应考虑各类工程技术的水平，在实现铁路运输功能的前提下，尽可能平衡工程设置、工程造价、建设工期等各方面因素，坚持以安全可靠为原则，保证项目顺利建成。

2.3规划选线

规划选线即以国家铁路网发展规划为引导，坚持服务地方社会经济发展，注重功能最优、作用最大化的铁路选线理念。选线要服从国家战略和国民经济发展需求，符合路网规划布局[11]，处理好近远期关系，兼顾沿线经济据点，带动沿线经济协调发展[13]。

2.3地质选线

地质选线即通过对线路行经区域和工程范围的地质条件进行全面深入调查、勘探和判释，结合沿线地质现象的规模、成因、发展研究对铁路的影响，对不良地质的危害以及整治难易程度等进行评价，确定工程可行并在建设和运维期安全可靠的选线理念。工程地质条件是决定线路走向和具体位置的重要依据，对铁路稳定性和经济合理性有决定性的影响。

2.4环保选线

环保选线即从环境保护和可持续发展的角度，综合考虑地形、地质、水文等自然条件，特别是考虑风景名胜区、自然保护区及生态环境相关因素对线路方案的约束，选择出对环境影响最小的设计方案。为践行绿水青山就是金山银山的理念，必须按照“预防为主，保护优先”的原则[15]，深入贯彻环保选线，将各种环境敏感问题的规避解决在铁路勘察设计阶段。

2.5安全选线

安全选线即本着“安全第一、预防为主”的国家安全生产方针，为保障铁路运输安全和畅通，确保工程技术参数和系统接口合理合规，满足外部环境防灾减灾要求，保障国防等国家战略安全需要的选线理念。安全选线也是贯彻国防等国家安全稳定的重要方面，要正确处理铁路和军事需求的关系，既不影响相关隐蔽性要求，又全面落实相关需求。

2.6绿色选线

绿色选线即以创建绿色铁路工程为指引，通过合理选线充分减小铁路及配套工程对生态环境的影响，实现铁路建设资源节约、铁路运输低碳高效的设计理念。绿色选线突出可持续发展[16]，更加注重生态环保、低碳节约、智慧高效、品质提升等方面，围绕勘选设建运养全寿命周期实现四节一环保、提升景观、智慧高效。

3.选线技术体系的完善

3.1线路设计理论进一步深入

线路设计是一件关系到全局的总体性工作，综合性强、牵涉面广，涉及到多学科的综合应用，是一项复杂的系统科学工程。

目前，既有线对新建项目的影响和制约日益加深，既有线的恢复和重构需求日益加深，对增改建项目的工程影响以及考虑的方法原则需要进一步加深。在新时期，高速铁路网建设日趋完善，而且涌现出多种新兴轨道交通形式，对铁路线路设计理论应不断提出新的要求。

3.2技术标准的完善

目前，国内铁路线路技术标准的完善主要体现在五个层面：

（1）在运输需求上，包含了货运专线、客货共线、客运专线，到铁路专用线，以及目前设计标准尚待完善的旅游轨道线；

（2）在速度目标上，从普速铁路，高速铁路，提升到到目前新兴的高速磁悬浮；

（3）从运输范围上，囊括了长大干线，城际铁路，市域铁路，地铁等适用于不同运输距离的制式标准；

（4）从建设性质上，包含了新建线和既有线。

3.3线路方案决策评价体系的进步

铁路选线本质是一个复杂的多目标决策问题，需要综合协调各因素之间关系，最终形成整体最优的线路方案。目前线路方案多目标评价决主要运用层次分析法[22]、灰色关联分析法[23-24]、基于累积前景理论和最大熵理论的CPT-MRT法[25]等。

在以经济目标为主的单一评价目标基础上，进一步考虑安全、经济、舒适、环保等因素等综合目标，建立完善线路方案多目标决策评价体系，是未来发展的方向。

4.发展展望

未来选线技术的发展主要包括以下几个方面。

BIM设计技术广泛应用：BIM正向设计将逐渐被广泛应用，利用BIM可视化优势实现平纵动态设计和优化，发挥BIM动态关联性强的特性便于方案的精准把控比选及问题筛查，利用自动化技术逐步实现平、纵断面、工程量等在内的各类设计自动优化。

5G、大数据、云计算逐步应用：利用5G进行地形地质实时解译，实现现场数据反馈和解析判识结果的实时交互，助力现场踏勘调查研究。在线路前期可行性研究中，通过大数据对项目沿线经济指标、行政区划、路网规模等指标进行分析；勘测设计近阶段，可利用数据挖掘技术，实现对轨道交通工程多源数据的协同处理、信息提取与变化分析。

工程全生命周期一体化设计体系逐步完善：依托川藏铁路等为代表的具有超长建设周期和超复杂运维体系的项目，在相关理论和设计体系方面必将不断实现革新和发展，通过数字铁路建设实现铁路勘察、选线、设计、建设、运营、养护各阶段数据的动态分析，为选线等各阶段质量控制提供参考。

参考文献

[1]薛新功,李伟,蒲浩.铁路线路智能优化方法研究综述[J].铁道学报,2018,40(03):6-15.

[2]王争鸣.复杂山区铁路选线思路及理念[J].铁道工程学报,2016,33(10):5-9.

[3]周俊逸.铁路选线[M].中国铁道出版社，1981.

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