[科普中国]-导向线

简介

铁路选线设计工作在铁路建设中起着举足轻重的作用，它决定了工程造价的大小，运营条件的好坏，为线路建成后的经济效益提供有力的保证。而且，设计结果很大程度决定了铁道建筑系统与环境的长期相互作用行为。随着勘测技术和计算机技术的发展，勘测设计一体化、自动化已经成为可能。然而，选线设计中需考虑的众多因素具有矛盾性、不确定性和随机性等特点，这些特点造成的复杂性给设计自动化的实现带来很大的难度。改变传统定线方法，用新的思维方式处理复杂问题是实现自动化设计的有效方法。

新线铁路选线设计时，按传统手工定线方法，设计者依地面平均自然坡度与规定的最大坡度的大小关系，把地形分为紧坡地段和缓坡地段。定线时按此划分采用不同的方法。缓坡地段由于地形平缓，较易处理。紧坡地段地面坡较陡、起伏大，定线时还要考虑地质、水文、生态和人文等环境及工程量大小和运营条件的好坏等错综复杂的因素，一般可以结合实际经验，采用导向线法定线1。导向线定线法实际是以地形为主要考虑因素，应用时有很大局限性。改进传统导向线，提出广义导向线定线法，并依据其思想，建立定线元胞自动机模型，以此实现自动化定线。

广义与传统导向线定线法优势我国的铁路选线设计从一开始的单一只考虑适应地形，减小工程造价，发展为地形条件和地质因素相结合的选线理论。近年来，自然环境保护和可持续发展问题已经成为全球性问题，铁路选线设计也要从以前仅为降低工程造价的思维方式，转变成使铁路建设与环境保护全面协调的全新思维方式，即从经济选线发展到从可持续发展的角度进行选线2。这样，选线的复杂程度就更高，对于设计自动化的实现就更困难。

传统的导向线定线法是以地形为主要考虑因素，每前进一步都尽量保证既用足最大坡度，又尽可能小的工程量，同时兼顾对某些障碍的绕避和创造较好的运营条件。这仅仅是地形和地质选线的思想，很多复杂因素未考虑进去。

广义导向线定线法是从可持续发展的角度考虑，使导向线不只起到经济选线的导向作用，还具有铁路系统环境的保护导向目的。依据土地的交通建设适宜性评价3思想，设一适合定线地块的综合评定指标，既包括地形、地质、水文等自然障碍和道路、村镇等社会障碍因素，又包括人文、生态、矿产和水土保持等环保价值和社会价值因素。为方便实用，可不做精确计算，能够定性地分出等级即可。一般地块的环保价值和社会价值越高，相对定线的适宜程度就越低。将价值分为高、中、低和无四个等级，相对的定线适宜度分别为-1，0，1，2；对于障碍因素，可以将其要求线路绕避的相对强烈程度分为强、一般、弱和无四个等级，对应地块对定线的适宜度分别为-1，0，1，2。这样，取适宜定线的地块综合评定指标为所有因素的定线适宜度之和；特殊的，对于含有某因素的适宜度为-1的地块，其综合评定指标直接取为-1，即要求线路必须绕避。对线路将行经区域按综合指标进行评价，综合评定指标值越大的地块越适合定线。根据评价结果划分不同适宜定线程度等级的地块，依此决定线路的位置。具体方法可以结合元胞自动机的特点，建立模型执行。

本质区别广义导向线与传统导向线有着本质区别。传统的导向线是每段等长，转点落在等高线上，纵断面坡度为定值的等坡度折线；而且只能用于紧坡地段定线。它仅考虑了地形因素，按定线坡度选取合适位置作为导向点。广义导向线的各段可以不等长，转点不一定落在等高线上，而且坡度大小不同，但都是在满足定线坡度限制前提下，较理想的前进方向，能起到更好的导向作用；并且对紧坡地段和缓坡地段均适用，即不必按地形分类而采用不同的原则和方法。4

注意事项绘制导向线时，应注意以下几点：

1.导向线应绕避不良地质地段，并使导向线趋向前方的控制点(或车站)。

2.如果两脚规开度(定线步距) Δl小于等高线平距，表示定线坡度大于局部地面自然坡度，线路不受高程控制，即可根据线路短直方向引线。遇到等高线平距小于Δl的地段，再继续绘制下一地段的导向线。

3.线路跨越沟谷需要设置桥涵，故导向线不必降至沟底，可直接向对岸引线。

4.导向线是一条折线，仅能表示线路的概略走向，为了定出线路平面，须以导向线为基础，借助铁路曲线板和三角板，在符合线路规范有关规定的前提下，圆滑、顺直地绘出线路平面