随着我国铁路事业及电力事业的发展，电气化铁路已逐步成为我国的铁路发展的主要方向，特别是近年来，我国电气化铁路的通车里程每年都在以两位数的速度增长，可以预测，到2020年，我国的电气化铁路将占整个路网的70%以上，它将成为我国铁路的主要形式，另外，我国的地铁、轻轨及高速铁路也无一例外地采用电气化铁路，所以，它的发展水平将直接代表着我国铁路的发展水平。而在电气化铁路的各个组成部分中，接触网系统又是其重要的组成部分，它的可靠性、安全性将对整个铁路系统起着致关重要的作用，也就是说，接触网系统是整个电气化铁路的命脉所在，接触网的工程质量将直接关系着整个电气化铁路！

在接触网安装工程中，由于软横跨在架设时需要跨越很多股道，受运输干扰比较大而且可调节的裕度又比较小，属于接触网工程的难点、重点，因此，做好软横跨的预制工作便成了保证接触网工程质量的重要环节。同时，由于软横跨施工预制过程中存在着大量复杂的物理力学、线索结构的计算，以及需要在此基础上绘制的预制加工图，所以其预制计算已成了决定预制成功与否的重要因素。据接触网施工单位统计，如果采用传统人工的计算预制法，对于一般技术人员来说，在跨数超过5跨时，一次成功率不到50%，但是，在这个领域里，由于各种原因，一直到现在，还没有一款现成的集成软横跨完善预制功能的大型软件在我国接触网施工领域中出现，大多数施工单位还在利用计算器进行手工计算，或使用电子表格的自动计算功能辅助计算（如得到一些中间结果），再高级一点就是利用AutoCAD的Lisp语言做成一个批处理文件进行计算，但也只能实现其中的一至两个功能，对于从实地测量到最终预制图输出却显得无能为力，所以，开发一套能一步到位解决以上所有问题的系统就显得尤为重要了，本文所描述的软件系统正是以解决以上问题为目标而提出的，系统从输出指导性的技术资料和测量表格开始，分步骤解决软横跨预制流程中的各阶段工作任务，最终提交出适合各方面要求的图表及电子数据。该系统的开发实现必将促使现有绝大多数同类软件进行更新换代，必能在很大程度上改变现有的软横跨施工面貌，必将大大提高软横跨施工的效率，必将大大减少施工中的人力消耗以及由于计算失败而造成的浪费，即可以大大降低施工成本。本文将重点介绍软横跨负载分析计算、气象地理分析、数据录入分析、线索结构计算、结果检验、出预制图的软横跨预制流程如何通过软件实现。

在多股道电气化铁路上方，多股道的接触悬挂借助数根横向线索悬挂到布置在这些线路两侧的两根支柱上，这种装置称为软横跨。

如图 １ 所示,软横跨一般由站场两侧支柱和悬挂在其上的横向承力索，上、下部固定绳以及连接它们的零件组成。在股道多的站场或区间，由于股道间距较小不能设立支柱，或者虽能设立，但站场支柱过多则会影响行车和车站工作人员的信号瞭望，既消费了支柱又不美观。因此，站场上一般不用单线路的腕臂支柱而采用软横跨或硬横跨，但由于硬横跨存在着跨数偏少、投资过大等缺点，故我国当前主要是采用软横跨。软横跨的形式有多种，有绝缘式软横跨、电分段绝缘式软横跨及非绝缘式软横跨，我国目前主要采用的是绝缘式软横跨式，即横向承力索与上、下部固定绳均绝缘，也就是对地绝缘，这样便于带电检修。

软横跨的预制计算在接触网施工中十分重要，因为软横跨在架设时需要跨越很多股道，同时受运输干扰比较大而且可调节的裕度较小。因此，一般要求软横跨安装时一次到位，尽量避免返工，所以软横跨前期的预制和计算十分重要，在施工中曾采用过抛物线计算法、图解法、实测法等，这些方法虽然简单易行，但精确度不够，特别是在既有电化线路上改造，由于施工停电点的限制，以上方法均不可取，故一般采用负载计算法。负载计算法是以实际悬挂的标准形式为依据，以实际负载为计算条件，以安装后的受力状态为前提，由负载计算转化为线索结构尺寸计算的方法，它的一般步骤为：测量并计算安装结构参数、确定负载、确定最短吊弦位置、求算横向承力索分段长度和总长度、求上下部固定绳长度以及结果校验，并在此基础上绘出预制加工图，如图 １ 所示，先通过实地测量确定相关的结构参数，接着根据相应条件确定各部分负载，其具体步骤如下：

（1）           确定各项参数，如气象区、支柱类型等。

（2）           实际数据的收集（测量）与录入，如横向跨距L、支柱高H、上固定索高度Hs、下固定索高度Hx、支柱则面限界CX、股道数ｎ、股道水平间距ａ_i、支柱斜率δ等的收集。

（3）           各节点各类负载的收集与计算，最后通过Qi=Gi+Ji+Pi+Mi确定每个节点的总负载Qi。

（4）           横向承力索最低点的确定，如图 ２ 所示，通过力学平衡法，由式Fa+Fb=∑Qi可确定最低点位置的i值，即Cmin的位置。

（5）           通过ｍi=ａi*（Qi+……+Qk-1±Y）/T可以分别计算出最低点两则的高差ｍi。

（6）           通过Ci=Ci±1 +ｍi可分别计算出最低点两则的吊弦长度Ci。

（7）           通过ａi、ｍi的平方和可以计算出各承力索的分段长度ｂi。

（8）           通过B=ｂ1+ｂ2+……+ｂn+ｂn+1、Ls=2Hs*δ+ａ1+ａ2+……+ａn+ａn+1、 Lx=2Hx*δ+ａ1+ａ2+……+ａn+ａn+1,可以分别计算出总承力索长度B、上固定索长度Ls和下固定索长度Lx。

（9）           利用高差和是否分别等于最大弦度值f1及f2来对计算结果进行校验。

（10）        最后利用经过校验的计算结果绘出预制图，以供预制工厂提料进行预制施工。

从软横跨的组成及其预制原理的分析中可以看出，其预制的主要难度是在于存在着大量的复杂又必须精确的计算，而也正是由于这一点，才使得软件能够轻松地代替工程技术人员工作的愿望得以实现。众所周知，计算机的优势也正是能快速处理大量、复杂、精确的计算。因此，软横跨预制的计算功能通过软件实现是再合适不过了，并且还可以在此基础上绘出精确的各种加工图或预制图以及在必要时给出预制下料推荐等。最终也可以将结果以图型或图片形式永久地保存下来，如果对存储空间要求比较苛刻的话，那么还可以保存成自定义的文件格式，这种形式每个文件只需1k的存放空间。

在效率上，通过软件实现必将是人工的数十倍，通常计算一组软横跨，软件只需3分钟而人工则需半个工作日；在精确性上，软件可以做到100%，而人工则因人因时因地而有很大的差别，特别是在跨数超过5跨时，即使是经验丰富的工程师，也很难达到95%；在经济效益上，软件可以做到每组只需3分钟·1人，而后者则需4小时·1人，并要加上因计算失败或返工造成的人力物力浪费。

由此可见，通过软件实现软横跨预制功能是完全可行而且是十分必要的。

本文在软横跨的组成及预制原理的现实模型基础上，试图运用软件工程学的思想、方法，通过层层抽象，最终提出软件系统的基本模型。软件系统的结构如图 ３ 所示，系统以4种文件格式与存储系统打交道，其中系统可以把预制图存成位图格式或直接输出成图形格式（需要AutoCAD的支持），这样就可利用通用的图片处理软件或工程图形处理软件（如AutoCAD）对预制图进行加工处理；或者把所涉及的数据存成自定义格式（即.rhk格式），这样就可以分组保存已计算过的软横跨，与图片格式相比，本格式最主要的优点在于它生成的文件小，且速 度快，每组结果都在1K左右；另外一种就是.doc格式，系统把所需的技术要求、实地测量表预先生成doc格式文件，以便所需之时调用。

本系统的主要功能包括数据输入分析、气象分析、负载分析及计算、线索结构计算、绘预制图以及图纸文件输出（AutoCAD文件）等。

本模块负责所有数据录入检查工作，它化整为零地分布于所有数据录入事件的过程调用中,它可过滤出所有不符合要求数据，并把检查结果及时报告给用户，适当时还可以给予相应提示以引导用户（如对某些用户输入不在系统要求范围或系统要求数字而用户却键入字母等）。

在我国的气象学中，通常把我国分为9大气象区，每个气象区的气象条件都有很大的差别。所以，气象分析模块的主要功能就是建立和使用气象数据库，为其它程序模块（主要是负载计算模块）提供气象数据调用和查询服务。

本模块负责对各节点的各种负载数据的接收与处理，对应于每个节点的负载类型以及各类负载在不同气象、地理条件下的变化，最后计算出每个节点的总负载，以供后继模块（如主计算模块）调用，在详细的数据分析处理中，每个节点的总负载可分为线负载Gi、结点负载Ji、线索自重负载Pi和中心锚结及下锚负载Mi分别计算，最后合成总负载Qi。

本模块为系统的主要模块，负责软横跨的所有线索结构计算工作。它是通过软横跨的计算原理，把其中的各个复杂的软横跨数学模型转为精确的计算机语言，并处理由此可能产生的各种预期或非预期问题，最后把通过检查确认过的结果传给相应的后续模块，如预制图绘制或打印模块。

它首先从数据录入模块以及负载计算模块得到本模块计算所需数据，接着便确定横向承力索的最低点，然后依次就最低点左边和右边分别进行高差ｍi、吊弦长度ｃi以及承力索各分段长度ｂi的计算，最后计算出承力索总长B、上部固定索长Ls以及下部固定索长Lx等。

这里包括绘制和打印两个模块,在预制图绘制模块中,主要使用VB系统的PictureBox控件的Line方法,当然其中所需的参数均取自主计算模块,在本模块中,根据主计算模块得出的ｂi、ｃi、ｍi等参数，在PictureBox控件上分别绘出承力索、上部固定索、下部固定索、吊弦，加上实测的各种结构参数便可以绘出支柱、线路轨道等，这样就组成了软横跨的预制图。对于打印模块，就其工作原理来看，它与绘制模块是完全一样的，打印模块所区别于绘图模块只是把PictureBox对象替换成Printer对象，并在模块头加进对Printer的选择和纸张的处理等程序段，另外，由于图片的打印功能在VB中是如此的容易实现，所以本系统在此模块中也就顺便提供了图片打印输出功能。

严格上讲，预制图的绘制及打印模块也同属于预制图的输出模块，但由于它们是主要功能模块，又是本系统所必须的模块，且它们的实现原理（技术实现方法）与本模块的输出功能有较大的区别，故将它们独立出来。这里所指的输出是在屏幕上显示或把图形以文件形式从系统输送出来，以供用户作二次绘图使用，本系统提供的是首先能以图片形式（*.jpg）输出，这也是最基本的系统功能，其次考虑到工程绘图的CAD二次开发利用，本系统也提供了以（*.dwg）格式的文件输出功能。

本模块以系统的自定义格式（即*.rhk格式）保存下了系统的各工作阶段所生成的参数和各主要数据，这样就可以分组保存已计算过的软横跨的各种结构尺寸数据和负载数据，与图片格式相比，本格式最主要的优点在于它生成的文件小，每组结果都在1K左右。

本系统是通过面向对象的软件开发方法（Object-Oriented Software Development,简称OOSD）实现的，在整个的实现过程中，系统始终贯穿着面向对象的软件开发思想，从系统分析，到系统模型设计，再到程序设计，即面向对象分析（OOA）->面向对象设计（OOD）->面向对象程序设计（OOP）。系统的模块设计本着“块间联系尽量小，块内联系尽量大”的软件设计原则进行的，各模块关系基本上是属于通讯型关系，各模块间按严格的接口进行数据交换。系统使用当前程序开发界最为流行的集成开发工具Microsoft Visual Basic开发而成，因为在众多流行的面向对象开发工具中，Microsoft Visual Basic以它的功能强大、界面简结、开发效率高而获得众多开发者的亲睐。

系统由24个模块、9个交互窗口、4种文件格式和1个存储系统组成，其中每个模块又可分为大小不等的若干子模块，整个系统的源程序总行数达2914行；系统程序包需占17M存储空间，程序运行期间需占约7000K内存资源。

本系统的软硬件推荐配置要求为：Windows XP操作系统，P_Ⅳ处理器，大于128M内存，1024*768分辨率。

随着电气化铁路逐步成为我国的铁路发展的主要方向，加上在我国大量城市轻轨、地铁以及高速铁路无一不是采用电气化形式，故接触网施工范围已不再局限于国铁，而是延伸到了我国快速发展的轨道交通基础建设的各个领域。而逐步引入市场竞争的我国铁路施工领域，从降低经营成本观点和提高服务质量角度出发，本系统的实现正适应了企业提高施工效率，降低施工成本的改革方向；而从我国铁路建设水平出发，施工企业的办公自动化又是我国铁路建设现代化的重要标致之一；所以作者有理由认为，本系统的出现，必将大大改善电气化工程师的劳动强度，大大提高电气化铁路建设的质量。

 

[1]    潘锦平、施小英、姚天昉，软件系统开发技术，西安电子科技大学出版社，1999

[2]    宛延闿，面向对象的程序设计，清华大学出版社，1997

[3]    于万聚，接触网设计及检测原理，中国铁道出版社，1993

[4]    陈兰成、王彦平，接触网结构与计算，河北科学技术出版社，1993

 

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