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没想到设计一条铁路有这么多高科技

时间: 2024-06-02 09:04:39 |   作者: 产品展示

  近年来,随着空间信息科学、计算机技术、遥感技术、5G、人工智能等加快速度进行发展,新技术和新设备在铁路规划设计中的应用愈来愈普遍。勘察、选线、设计全流程都可实现数字化、智能化,这大幅度降低了人力成本,缩短了设计工期,铁路设计更高效便捷精准。

  要知道,100公里的铁路线路,控制因素就达上百个类别,若把线路空间画成立体围棋盘,则有上亿格。那么,完成这样的设计工作,除了跋山涉水、风餐露宿,埋头画图、笔耕不辍,如今设计人员还能借助哪些新工具、运用哪些新方法?

  走进铁路设计院,记者听到的是北斗定位、倾斜摄像、数字地球、智能设计等新词,看到的是各种新科技。跟随铁路设计人员的脚步,记者实地感受现代铁路的设计过程。

  见到中铁第四勘察设计院集团有限公司勘察技术队队长赵亚祥,是在一座大山前。

  测绘大地经纬,勘察万里山河。铁路设计,勘察是前哨。“考虑到铁路可能经过这片区域,我们先摸摸情况、看看山势。”赵亚祥说完,俯身打开贴身携带的大行李箱,取出一架无人机,“过去勘察咱得爬上去,如今可以操作无人机飞过去看看。”

  赵亚祥介绍,用于勘察的无人机搭载了具有5个摄像头的立体摄像机,一次飞行就可以实现多个角度图像采集。这些影像传输到后台的集群计算中心后,即可自动转化为三维数据。

  不到半小时,无人机成功返航,山峰的信息已采集完毕。“这效率,搁以前想都不敢想。”赵亚祥感慨。

  20世纪初,铁路勘察人常用的工作套装是“两箱一板”。一箱装勘测设计资料,一箱装衣被,一块模板搁在两个箱子上,工具就是简单的皮尺、全站仪、水准仪等。过去的勘察,往往存在测全难、测准难、测快难三大难题,在数据处理上也存在不智能、表达不直观、只有二维几何信息等问题。

  近年来,随着空间信息科学、计算机技术、遥感技术、5G、人工智能等加快速度进行发展,测绘科学技术进步明显,特别是中国自主研发的北斗导航系统建成运行后,为智能勘察提供了坚实支撑。

  正是在这样的背景下,激光点云设备、机载和地面激光雷达、航空航天遥感测绘技术、大型3D实景数字模型制作技术、铁路快速测量车、无人机无人船等技术和设备大量运用于勘察,推动智能勘测不断发展。

  铁四院勘察院数智化所总工程师费亮介绍,长距离大范围地理信息采集一般都会采用固定翼大型无人机,一次飞行上百公里,一周飞行即可采集全线数据;小范围精确数据采集则采用小型无人机,摄影分辨率可达5厘米。如遇到植被覆盖,还可采用搭载激光雷达的无人机,利用激光雷达数据自动还原植被下的地表数据;遇到河流湖泊,则有无人船负责信息采集,它可深入水下100多米,获取水文信息等。

  地表勘测有设备,地下勘察也有机器人助力。铁四院地路院一所所长李水平介绍,基于地质勘探人工智能管理系统,在配备智能系统的钻机一线作业中,勘察设计人员不到现场也能获取勘探情况。

  铁四院勘察院副总工程师闵阳算了一笔账,在新技术的助力下,初测阶段可缩短工期约30%;定测阶段可减少外业人员规模30%,缩短工期20%。算下来,初测阶段每公里可节约人力成本1.12万元,定测阶段每公里可节约人力成本2.53万元,平均每年可减少数千万元成本。

  海量的数据经过铁四院后台处理系统的编译、整理、汇总,最终将生成逼真的影像。费亮形象地说:“这相当于把地球‘搬’进电脑,形成了‘数字地球’——地理地质信息系统。”

  说话间,铁四院“数字地球”负责人刘祾頠打开了“数字地球”演示:“你看,可以不断放大图像,分辨率可达5厘米。”随着刘祾頠不断操作鼠标,每一座山峰、每一栋房屋的立体图像都清晰可见,甚至连山峰的高度、坡度,房屋的长、宽、高等信息都能一一显示。

  “数字地球”还是一个实时共享平台,不同专业不同工种的人能同时上线操作,即时获得最新数据,大幅度提高了工作效率、降低了协同成本。

  依托“数字地球”,铁四院还开发出智能选线系统,只要输入起点、途经点、终点,人工智能就能自动设计线路。

  “从A点到B点该如何走,系统1小时即可生成方案群,并从上千个方案中选出最优的5个方案。”铁四院智能选线系统负责人彭先宝说,传统的铁路选线设计主要是依靠线路工程师识别图纸上的相关信息,然后在设计软件里布设线路的空间位置,一条线路方案的拟订往往需要半个月以上。

  “如此庞大的计算量,意味着智能选线系统模块设计时要像人类一样思考,及时排除无效选项。”彭先宝说,“我们将铁四院数十年的铁路设计经验、方案都交给系统学习,让它也成为成熟的设计师。”

  铁四院线站院副总工程师李其龙介绍,院里组织过一次人机选线对比,机器和人工分别对同一段线路进行选线。“根据结果得出,系统能挑选出人工意想不到的线路,提供新的设计思路。”李其龙说,系统甚至还能设计出桥隧比更低、成本更优的方案。

  如今,在铁路线路方案研究过程中,一般先由系统智能选线,设计师在机选方案的基础上再调整优化,计算机将调整后的方案作为指导,重新生成线路方案群,不断迭代,直到得出综合最优方案。

  对一条铁路的设计而言,确定线路走向,仅仅完成了第一步。后续,站场、桥梁、隧道、路基、接触网等10多个领域的设计人员还要协同作业,最终形成三维立体施工图纸。

  刘祾頠举例说,一座桥梁是采用悬索桥、斜拉桥还是别的类型,都需要反复计算比对。如今,铁四院的综合选线系统推出了更先进的功能,设计师轻点鼠标,系统就可在1分钟内生成100公里线路的三维设计方案。

  采访中,刘祾頠演示了方案生成过程。只见在“数字地球”里,一条立体高铁线“平地而起”,设计迅速完成。

  “你瞧,系统在这里选择了斜拉桥。如果设计师根据经验,觉得悬索桥更适合,还可修改设计参数生成悬索桥方案,系统将立刻给出两个方案的数据比较结果,供设计师参考。”铁四院线路设计师李帅说。

  记者发现,系统的智能程度非常高。设计站房时,系统将自动根据所在县市的人口、经济发展水平匹配站房规模,依地势完成结构设计。当发现线路离居民区较近时,还会主动加装声屏障,并同步测算加装声屏障后的噪声分贝,自动判断是不是满足规范。

  在设计师眼中,这套系统除了能大幅度降低劳动量,还是沟通的法宝。一条铁路的建设,除了考虑地理因素,还涉及地区规划等内容,需要与发展改革、交通、水利、农业等多个部门对接。

  “我们需要与多个部门做沟通。以前绘制的方案往往是二维图纸,较为晦涩。”李帅介绍,如今有了智能系统,可以直观地展示。有关部门提出修改意见,也能现场操作,1分钟就能看到新方案,助力设计工作高效推进。

  刘祾頠介绍,这套系统集成了海量的数据,可以有效的进行复杂的计算。经过一直在优化设计,如今系统已做到TB级数据加载无卡顿,普通计算机也能运行,这让设计师充分享受到人工智能的便利。

  从打通西南崇山的宜涪高铁,到海陆联运的平盐铁路,再到助力中部地区崛起的合武高铁,这套智能系统已在20余个项目中成功推广应用。

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