当前电气化铁路设计任务的不断增加对接触网腕臂安装图的绘制提出了更高的要求。本文介绍采用先进的编程语言实现分布式软件架构，建立腕臂几何模型计算腕臂节点坐标，梳理接触网规范中的零部件图形及参数信息，采用CAD图形引擎根据腕臂节点坐标及零部件图形绘制腕臂安装图，并自动统计零部件数量。实际应用表明，软件开发提高了接触网腕臂安装图的绘制效率和质量，具有较高的工程应用价值。
1 概述
随着我国轨道交通行业的快速发展，电气化铁路建设任务不断增加。接触网是电气化铁路中的首要装备，而接触网腕臂安装图是接触网的基础性图纸，用于指导接触网腕臂的设计和安装。其设计质量的好坏对电气化铁路的建设至关重要。
当前接触网腕臂安装图主要依靠设计人员手工完成图纸内腕臂绘制和零部件数量统计[1-2]，其效率低、易出错，在电气化铁路高速发展的今天已经影响到了其建设的进度和质量。因此，本软件将腕臂安装图的绘制电算化、流程化和批量化，实现腕臂安装图的快速绘制和出图。
2 接触网腕臂安装图
接触网腕臂安装图用于反映腕臂结构及其零部件的相互关系特征和零部件描述信息[3]。腕臂结构是复杂的网状杆系结构，由绝缘子、腕臂管、定位管、定位器、套管双耳及承力索座等主要管材和零部件组成。腕臂结构零部件的相互安装关系由其安装工况、荷载、零部件型号及电气特征参数综合确定，随后根据腕臂几何模型可计算出腕臂结构各节点的几何坐标，再选用指定零部件图形及参数信息，由CAD图形引擎加载上述数据即可绘制出腕臂安装图。
3 软件开发环境、架构及功能
3.1 软件开发环境
采用Visual C# 编程语言，.NET托管平台，基于CAD图形引擎“CAD Import .NET”开发，实现分布式网络架构[4-6]。软件的客户端及服务器端独立运行，可满足多人同步开展腕臂安装图的绘制工作并可共享设计数据。
3.2 软件架构
采用分布式架构，服务器端以项目为单位存储几何模型算法、零部件图形信息、CAD图形引擎及设计数据，客户端独立运行。同一项目可在多个客户端同时建立不同的设计单元。与既有软件相比，可实现资源共享、协同设计的优化目标。软件具体架构见图1：
3.3 软件数据结构
3.3.1 服务器端数据结构
服务器端存储“CAD Import .NET”图形引擎文件、腕臂几何模型文件及零部件图形资料。上述资料均以文件形式存储，并采用XML语言进行数据交换。
3.3.2 客户端数据结构
客户端存储工况资料、计算输入资料、输出结果文件及设计单元信息，这些资料亦均以文件形式存储，并采用XML语言与服务器进行数据交换。
通讯组件采用TCP/IP套接字Socket形式实现，由于对绘图过程实时性要求较高，因此采用同步通信方式完成实时数据交换。
3.4 软件功能
软件主要功能包括：①可调用几何模型求解腕臂结构关键节点坐标值;②可根据关键节点坐标、零部件图形资料调用CAD Import .NET图形引擎绘制腕臂结构安装图;③可统计腕臂结构安装图中零部件的种类和数量。软件操作流程如下图2。
4 主要设计模块
4.1 设计工况
接触网腕臂安装图的绘制受设计工况的影响，设计工况可分为：①按照腕臂用途，分为中间柱、道岔柱、转换柱工作支、转换柱非工作支;②按照定位器的定位方式，分为正定位和反定位;③按照定位管的固定方式，分为吊线和支撑两种;④按照绝缘类型，分为绝缘转换柱和非绝缘转换柱;⑤按照支柱与线路相对位置关系，分为直线、曲线外侧和曲线内侧三种。
根据上述分类方法可组合出具体的工况类型，例如：直线中间柱正定位支撑。
4.2 输入数据处理
根据工况可确定具体需要的输入数据。这些输入数据包括以下几类：①接触网系统结构数据，比如导高、结构高度等;②接触网平面布置数据，比如拉出值、跨距等;③线路原始输入参数，比如外轨超高、轨面宽度、曲线半径等;④零部件尺寸参数，比如承力索座高度、套管双耳高度等。
以上数据在确定后导入腕臂几何模型，可据此计算出各关键节点的坐标值，用于后续绘图。
4.3 腕臂几何模型
腕臂几何模型用于确定各关键节点的坐标值。此模型是依据对应工况的要求建立，用于描述腕臂结构各管件及零部件之间在几何上的相互位置关系，此关系由三角函数式表达。腕臂几何模型受输入数据驱动，根据几何关系表达式，最终计算出各节点坐标及角度等信息。“直线中间柱正定位支撑”工况的腕臂几何模型图如图3所示。
4.4 零部件图形参数信息
腕臂零部件图形参数信息是将《电气化铁路接触网零部件》(TB/T 2075-2010)[7]中的零部件按照零件类别、尺寸参数、材料及工艺等部分依序存储在XML文件中，其中零部件的图形模块单独以DWG文件格式存储。在绘图时采用XML语言由软件进行数据读取及图形模块的调用。
4.5 “CAD Import .NET”图形引擎
“CAD Import .NET”图形引擎用于独立生成DWF格式的CAD文件。此图形引擎含有完整的API图形库，基本实现了AutoCAD软件中的主要图形操作和图元创建功能。软件开发过程中，采用图形引擎规定的接口进行加载，随后输入腕臂各关键节点的坐标值即可绘制出完整的腕臂结构安装图。此图形引擎使软件的工作完全摆脱了对AutoCAD图形软件的依赖，具有较高的灵活性。
5 软件特点
①可各种工况下腕臂结构安装图的设计任务;②可对原始输入参数进行针对性的修改，以满足设计要求;③采用智能化的CAD图形引擎完成图纸的绘制;④可按计算结果加载指定零部件图形信息;⑤对零部件图形参数资料进行了规范化的管理;⑥可自动分类统计零部件的种类与数量;⑦软件采用分布式架构，绘图效率及质量均较高。
6 软件测试与应用
对软件各模块分别进行了黑盒及白盒测试，并从单元和系统的角度进行了单元测试、集成测试和系统测试[8]，达到软件设计标准。
软件在兰新二线接触网结构安装图设计中进行了应用，根据应用结果对软件结构和模块进行了进一步的优化和完善，达到了较高的自动化绘图水平。实际应用表明，使用本软件可提高接触网结构安装图文件的绘制质量，满足设计及施工的要求。
结束语
接触网腕臂结构安装图绘制软件应用前景广阔。本软件采用标准化设计流程，具备分布式运行模式，通过模块化及标准化设计，实现了接触网腕臂安装图绘制的优化出图，使软件在行业内处于先进水平，可适应新时期的铁路建设需求。
作者：田升平 来源：科学与财富 2016年3期
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