阿占文
(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)
摘 要：为实现地铁车辆段工艺设备标准化设计，提高设计质量和效率，通过研究工艺设备配置要求和设计要素，在MySQL数据库系统中建立地铁车辆段工艺设备数据库，利用Visual C#开发交互界面。软件内置地铁车辆段关键设备的三维模型，并按车辆段类型设定车间和设备配置模板，创建车辆段设计项目时可自动完成车间和工艺设备的配置，具有项目管理、三维模型导出、动画演示以及设备信息的查看与编辑等功能。该软件可应用于地铁车辆段工艺设备设计项目。
关键词：城市轨道交通；车辆段；工艺设备；MySQL数据库；辅助设计软件
1 概述截止到2014年末，我国累计有22个城市建成投运城市轨道交通线路101条，运行线路长度达3 155 km[1]。地铁车辆段是车辆运用管理、整备保养及检修的基本生产单位，是保证地铁车辆安全运行的基本条件，包含检修库、运用库、镟轮库、洗车库、材料棚等十余个建筑单体[2]。每个单体下设一个或多个生产车间，一般厂架修车辆段的生产车间约为23个，各车间共需配置工艺设备约300项。传统的工艺设备设计方法是：设计人员凭经验或参照以往类似的设计项目配置工艺设备，并以Excel表格和CAD图表的形式管理所有设备。存在设备配置标准不统一的问题，如同类项目因其参照不同而导致设备不同、配置在不同车间的同一设备名称等基本信息不统一。由于采用Excel表格和CAD图表的方式人工管理数百条设备信息，效率低且可靠性差。另外，随着轨道交通行业的发展，也出现了大量新设备、新工艺[3]，设计人员需掌握设备规格及土建接口等信息[4，5]。工艺设备辅助设计软件不仅可以统一标准、提高效率，并且可以提供新设备的信息供设计人员参考、选用。
2 软件总体设计VS2010中的Visual C#是一种开发周期短、兼容性强的可视化交互界面设计平台[6]。在该平台下开发软件，可减少在交互界面和兼容性设计中的投入，提高软件开发效率[7]。MySQL是免费、开源的数据库管理系统，体积小、速度快，支持SQL查询语言，适合小型软件开发[8]。软件利用MySQL建立地铁车辆段工艺设备数据库，可减少开发成本。
2.1 软件界面设计
图1 软件主界面
软件主交互界面包括标题栏、项目显示区等6部分，如图1所示。软件主界面主要包含名称及滚动显示区、用户菜单和项目显示区。用户菜单给出了软件的主要功能入口：新建项目、删除项目、复制项目、锁定项目、设备数据库、刷新，车间管理、房屋管理、帮助、管理员入口、网络版入口。双击项目显示区条目可跳转至项目管理页面，如图2所示。项目管理界面左侧以树形目录表示车辆段建筑单体和车间关系。在节点右键可弹出菜单，包含的功能有：增、删房屋和车间，查看车间二维图纸，导出概算和设备表。节点还设有鼠标悬停信息提示功能，提示的内容为对应车间的功能介绍、设计原则及要点等信息。右侧给出了对应节点的详细信息，包含的信息有：车辆段名称、地点、性质、设备配置及设备数量等概要信息。
图2 项目管理界面
软件的设备管理界面如图3所示，界面左侧为设备列表并支持模糊搜索，右侧以表格形式结构化显示了当前设备的信息，在此界面可进行设备的定义、编辑、删除、三维模型导出、动画查看及设备基础图浏览功能，为实现设备以价格、用电量等多种方式的排序，还提供了纯表格模式查看功能。
图3 设备管理界面
另外，软件还提供了三维动画显示界面、数据管理界面和软件分包界面，分别用来实现三维模型的动画视频显示、后台数据的上传、修改等管理功能以及设备招标划分集成包的功能。
2.2 软件功能设计
车辆段工艺设备辅助设计软件利用管理员工具高效地建立了建筑单体、车间及设备数据库，在数据库的基础上，开发了项目管理和设备管理的2个核心功能模块。如图4所示。项目管理模块包含：同类项目整体复制、已完成项目锁定、废弃项目删除、项目编辑、设备表和概算表导出、车间平面布置图及设计提示信息查看等功能。设备管理模块包含：搜索、编辑、自定义、删除、三维模型和动画调用、设备信息结构化显示等功能。
图4 软件功能示意
2.3 面向对象的数据结构设计
建立面向对象的数据结构有利于大量数据的管理，可简化程序对数据的调用，提高代码的可读性[9]。在实际的设计中，一个地铁车辆段项目包含多个建筑单体，一个建筑单体包含一个或多个车间，而一个车间包含多项设备。软件需要管理的数据有：项目名称、地点、状态等项目信息，单体名称、数据来源等建筑单体信息，车间名称、数据来源等车间信息，设备名称、价格、单位等设备信息以及它们之间的关系，如图5所示。
图5 数据结构框图
与以上数据对应的，在数据库中建立了项目表(proj)、建筑单体表(building)、车间表(room)、设备表(sb)、项目-单体表(P-Building)、单体-车间表(B-Room)、车间-设备表(setting)。其中，项目与建筑单体的关系由P-Building表描述，建筑单体与车间的关系由B-Room表描述，车间与设备的关系由setting表描述，如图6所示。
图6 数据库表结构及其关系
设备、车间、单体数据为软件的基础数据，需要在项目构建之前建立，在以上元数据的基础上，每次构建一个新的车辆段项目时，按需求引用元数据，并用数据关系层存储元数据之间的关系，可减少对存储空间的占用，提高查询、编辑效率。
3 关键功能的实现方法3.1 项目管理功能
项目管理功能主要实现项目的创建、存储、编辑、查询和导出功能。项目的创建可以利用整体复制功能完成，也可以根据用户输入创建新项目。用户首先输入项目名称和地点，选择车辆段类型，如厂架修或者定临修。软件中预先设定了车间和设备配置模板，规定了不同类型车辆段的车间配置、设备以及对应的数量。软件根据用户的选择，按设定的模板准确、高效的生成数据并存入数据库。对于一个厂架修段，模板中需存储300多条信息，为方便维护，增强可读性，程序中利用面向对象的编程思想，以3个类实现模板功能，分别为：车辆段类(Depot)、单体类(Building)、车间类(Room)。首先，根据输入的名称、地点信息构建Depot对象。其次，根据车辆段类型构建多个Building对象，传递到已经构建的Depot对象中。同理，构建多个Room对象，传递到已经构建的Building对象中。最后，将动态数组sb_id[]和sb_num[]构成的设备-数量信息数组传递到已经构建的Room对象中。通过以上步骤即可实现模板功能。流程如图7所示。
图7 按模板创建项目流程
软件首页项目显示区的表格是利用C#在VS2010中的DataGridView表格控件实现的。由该控件自身的事件响应函数实现了双击打开项目、按值排序等功能。双击项目显示区的项目名称，软件弹出该项目的详细信息显示、编辑界面，其中树形目录是利用DataTreeView控件实现的。同样，树形目录的右键菜单、信息提示等功能均通过控件自身的事件响应函数实现。其中，右键菜单根据树形目录节点的层级不同而弹出不同的条目，以防止用户错误的操作。单体、车间及设备的增删功能，采取先修改数据库，再查询，最后更新显示的顺序，保证了增删后的数据与界面显示保持一致。设备表与概算表导出采用C#操作office Word或Excel的方式实现：根据条件查询数据库，将查询的结果按特定格式写入Word或Excel文件中，数据写入完成后程序自动修改表格列宽、字体等。
3.2 设备管理功能
设备管理功能通过设备管理界面实现设备的自定义、存储、编辑、快速查询、三维模型和动画调用。快速查询由模糊搜索功能和结构化数据显示组成，当用户输入设备名称时程序利用查询语句：SELECT sb_name FROM sb WHERE sb_name LIKE% text_input%，实时查询数据库以更新设备列表。设备信息结构化显示采用了DataGridView表格控件，包含设备型号、单位等基本信息以及三维模型状态、设备基础图状态等附加信息。其中基本信息根据数据库查询结果显示，三维模型和设备基础图状态由程序自动检测指定目录下是否存在对应设备的三维模型文件和设备基础图纸，若检测存在，则模型导出、三维动画、设备基础三项功能可用。模型导出功能可将软件预置的设备三维模型文件复制到用户指定目录，可用三维软件打开。设备的详细技术规格书由richTextBox富文本控件加载.rtf格式文件实现。三维动画显示窗口利用axWindowsMedia Player视频控件实现动画视频的播放，如图8所示。
图8 三维动画显示窗口
4 结语本软件在研究了地铁车辆段工艺设备和车间配置要求的基础上，建立了地铁车辆段沈阳SEO工艺设备数据库，设定了厂架修和定临修2类车辆段的车间、设备配置模板。具有图形化交互界面，可方便地按模板创建车辆段百度排名设计项目，直观地查询、编辑项目数据，还提供了设备规格、动画显示以及三维模型导出等地铁车辆段工艺设备辅助设计功能。为了数据库中设备信息的维护方便和一致性，软件利用PHP语言在新浪云平台开发了设备信息查询功能的网络版[10，11]，并通过限制访问ip进行数据安全防护。软件应用于长沙地铁3号线洋湖垸车辆段工艺设计中，该段定位为厂架修段，占地面积26.6 ha，与车辆检修相关的车间有23个，工艺设备共计297项，分5个集成包招标。通过软件的应用有效避免了传统设计手段下存在的差错碰漏问题，设计效率提高约25%。地铁车辆段除与车辆检修相关车间外，还包含综合维修中心、供电车间等设施，考虑到车辆段设计项目的整体性，软件还需要扩展上述内容。另外，部分设备的配置与车辆段的检修工作量有关，所以软件需要扩展计算工作量并动态配置设备的功能[12，13]。最后，由于软件中存储了车辆段车间和工艺设备的信息，将来通过扩展部分功能，也可应用于车辆段交付运营后的设备维保中[14，15]。
参考文献：
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收稿日期：2015-11-25； 修回日期：2015-12-03
基金项目：中铁第四勘察设计院集团有限公司科研项目(2014D14)
作者简介：阿占文(1989—)，男，助理工程师，2014年毕业于华中科技大学机械电子专业，工学硕士，E-mail：295893627@qq.com。
文章编号：1004-2954(2016)06-0147-04
中图分类号：U231
文献标识码：A
DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.030
Development of Computer-aided Design Software for Metro Depot Process Equipment DesignA Zhan-wen
(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，China)
Abstract：To achieve standardized design of metro depot process equipment，improve design quality and efficiency，process equipment database is built with MySQL and a graphical user interface is developed with Visual C # based on the study of process equipment configuration requirements. A 3D model of key depot equipment is established in the software to fulfill depot design with the template set in the software and to configure automatically workshop and process equipment. The software has the following features: project management，three-dimensional model exporting，animation viewing，viewing and editing of equipment information. The software can be used in the design of metro depot process equipment．
Key words：Urban rail transit; Depot; Process equipment; MySQL datrabase; Computer-aided design software
