bentley.pdf

GEODEZJA TOM 12 ZESZYT 2 2006

Micha³ Strach*

WYKORZYSTANIE APLIKACJI FIRMY BENTLEY

DO PROJEKTOWANIA TRANSPORTU KOLEJOWEGO**

1. Wprowadzenie

W ostatnich latach obserwuje siê dynamiczny rozwój linii kolejowych. Dotyczy on

przede wszystkim modernizacji i przebudowy istniej¹cej sieci kolejowej, ale równie¿ bu-

dowy nowych linii, przeznaczonych dla poci¹gów rozwijaj¹cych du¿e prêdkoœci. W Polsce

drogi kolejowe tworz¹:

—

krajowa sieæ linii kolejowych,

—

lokalne sieci tramwajowe,

metro.

Jednak najwiêksze znaczenie dla transportu szynowego maj¹ linie kolejowe. Ich sieæ

wymaga dostosowania do aktualnych oraz przysz³ych potrzeb przewozowych, zwi¹zanych

przede wszystkim z miêdzynarodowymi przewozami tranzytowymi i po³¹czeniami du¿ych

krajowych aglomeracji miejskich.

W naszym pañstwie rozwój infrastruktury kolejowej jest finansowany g³ównie ze œrod-

ków Unii Europejskiej, przede wszystkim z funduszu ISPA ( Instrument for Pre Accession )

oraz funduszy strukturalnych, a tak¿e z bud¿etu pañstwa. £¹cznie w latach 2002–2007 na

inwestycje realizowane w ramach programu ISPA wydanych zostanie oko³o 2800 milionów

z³otych, z czego ISPA pokryje 70 procent, a pozosta³¹ czêœæ bud¿et pañstwa [1]. Korzystaj¹c

z funduszy Phare oraz ISPA, PKP zmodernizowa³y ju¿ do prêdkoœci 160 km/h liniê E-20,

bêd¹c¹ fragmentem II korytarza paneuropejskiego Pary¿ – Berlin – Warszawa – Miñsk –

Moskwa. Intensywnie przebudowywana jest magistrala E-30 (fragment III korytarza pan-

europejskiego: Drezno – Wroc³aw – Lwów– Kijów) na odcinkach Opole – Wroc³aw– Legnica

oraz Legnica – Wêgliniec – Zgorzelec. W kolejnych latach bêd¹ modernizowane nastêpne

odcinki. Wszystkie linie dostosowywane s¹ do prêdkoœci poci¹gów pasa¿erskich równej

160 km/h (towarowych 100÷120 km/h). Tylko Centralna Magistrala Kolejowa dziêki swej

geometrii jest przystosowywana do prêdkoœci 250 km/h. Istnieje plan wybudowania su-

perszybkiej kolei z Berlina do Moskwy (przez Poznañ, £ódŸ, Warszawê) po roku 2020.

Zak³ada siê, ¿e na trasie tej poci¹gi bêd¹ jeŸdzi³y z prêdkoœci¹ 350÷400 km/h.

* Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydzia³ Geodezji Górniczej i In¿ynierii Œrodowiska

** Praca finansowana z badañ statutowych nr 11.11.150.312 w 2005 r.

181

—

182

M. Strach

Podniesienie funkcjonalnoœci sieci linii kolejowych odbywa siê poprzez utrzymywanie

wysokich konstrukcyjnych standardów technicznych, ale i poprawê uk³adów torowych po-

szczególnych linii i wêz³ów. Dziêki postêpowi w dziedzinie elektroniki i informatyki

w ostatnich latach powsta³y nowoczesne i precyzyjne systemy pomiarowe. W œlad za nimi

powsta³o równie¿ specjalistyczne oprogramowanie pozwalaj¹ce w sposób szybki i automa-

tyczny rozwi¹zaæ niemal ka¿dy problem. W zagadnieniach zwi¹zanych z projektowaniem

transportu szynowego mo¿na korzystaæ z wielu komercyjnych aplikacji. Wœród nich znaj-

duj¹ siê takie, jak: VESTRA z modu³em KOLEJ [6], CARD/1 [5] oraz InRoads z modu³em

InRail [4]. Program InRail oferowany jest przez firmê Bentley Systems Inc. Posiada on kom-

pletne, zintegrowane rozwi¹zania dla profesjonalnego projektowania w zakresie kolejni-

ctwa. Dziêki temu cieszy siê najwiêksz¹ popularnoœci¹ w bran¿y kolejowej w œwiecie. W ar-

tykule przedstawiono jego charakterystykê oraz zaprezentowano jego mo¿liwoœci na przy-

k³adzie wykonania projektu regulacji osi toru.

2. Aplikacje firmy Bentley Systems Inc.

przeznaczone do zastosowania w in¿ynierii l¹dowej

Firma Bentley Systems Inc. proponuje kilkanaœcie aplikacji przeznaczonych do zastoso-

wania w in¿ynierii l¹dowej. Mog¹ one byæ wykorzystywane podczas projektowania, bu-

dowy, remontu i zarz¹dzania infrastruktur¹ transportow¹. Najczêœciej s¹ przydatne przy

projektowaniu, modernizacji i przebudowie dróg oraz tuneli, pracach ziemnych i odwad-

niaj¹cych, w hydrologii, modelowaniu konstrukcji mostowych, projektowaniu wêz³ów dro-

gowych i trakcji transportu szynowego oraz w zarz¹dzaniu i utrzymaniu sieci infrastruktu-

ry drogowej. Aplikacje umo¿liwiaj¹ opracowanie dokumentacji, przekrojów pod³u¿nych

i poprzecznych, map warstwicowych, przestrzennego modelu terenu i planowanie przebie-

gu inwestycji. Z ich pomoc¹ mo¿na opracowaæ wszystkie informacje i dokumenty niezbêd-

ne przy projektowaniu i budowie.

Aplikacje Bentleya bazuj¹ na najpopularniejszych na rynku platformach CAD, takich

jak AutoCAD czy Microstation. Wszystkie programy podzielone s¹ na dwa pakiety. Pierwszy

z nich, o nazwie GEOPAK, zawiera siedem programów. Tworz¹ one kompletne, zintegro-

wane rozwi¹zania we wszystkich fazach projektowania in¿ynierskiego. GEOPAK oferuje

unikalne mechanizmy pozwalaj¹ce dostosowywaæ œrodowisko projektowe do indywidual-

nych standardów.

Kolejny pakiet – InRoads – pierwotnie by³ w³asnoœci¹ firmy INTERGRAPH. W kwietniu

2000 r. Bentley kupi³a od INTERGRAPH-a ca³¹ rodzinê aplikacji do zastosowañ w in¿ynierii

cywilnej. Przez lata pakiet programów ewoluowa³ z wersji 7.x, otrzymuj¹c przy ka¿dym no-

wym wydaniu kolejne funkcje i udoskonalenia. Obecnie Bentley oferuje wersjê 8.7 wspó³-

pracuj¹c¹ zarówno z programem AutoCAD (od wersji 2000 i wzwy¿), jak i programem

Microstation (od wersji 8.1 wzwy¿). Pakiet zawiera szeœæ programów. Stanowi¹ one kom-

pletne rozwi¹zania automatyzuj¹ce prace projektowe. Pierwszy z programów o identycznej

nazwie jak ca³y pakiet –- InRoads – posiada funkcje pozwalaj¹ce na tworzenie modelu 3D,

a w oparciu o niego – projektowanie dróg i robót ziemnych. Kolejny program to InRoads

Bridge. Pomaga on w opracowaniu geometrii i precyzyjnym trójwymiarowym modelowa-

Wykorzystanie aplikacji firmy Bentley do projektowania ...

183

niu konstrukcji mostowych. Nastêpnym programem jest InRoads Site, który s³u¿y do pro-

jektowania robót ziemnych i przestrzennego modelowania terenu z wykorzystaniem funkcji

COGO ( COordinate GeOmetry – obliczenie geometrii ze wspó³rzêdnych) (rys. 1).

Rys. 1. Automatyczne generowanie powierzchni korpusu trasy

Aplikacja InRoads Storm&Sanitary dysponuje narzêdziami do zaawansowanego mo-

delowania 3D, analizy i projektowania sieci kanalizacyjnych. Pi¹ty program w pakiecie

o nazwie InRoads Survey umo¿liwia transfer danych z rejestratorów polowych do œrodo-

wiska MicroStation lub AutoCAD z interaktywn¹ edycj¹. Mo¿liwy jest bezpoœredni import

zarówno wspó³rzêdnych, jak i „surowych” obserwacji wykonanych w terenie wszystkimi

popularnymi tachymetrami. Program odczytuje pliki z urz¹dzeñ produkowanych przez

nastêpuj¹ce firmy: Leica/Wild, Nikon, Topcon, Zeiss, Trimble, Geodimeter, Sokkia. Do pro-

gramu mo¿na tak¿e wczytaæ dowolny plik tekstowy ASCII z uprzednim zdefiniowaniem

znaczenia jego treœci. W trakcie importu obserwacji mo¿na te¿ ustawiæ jednostki, poprawki

i odchylenia standardowe niezbêdne do wyrównania wyników pomiarów i wyznaczenia

wspó³rzêdnych mierzonych punktów.

Ostatnim programem z rodziny InRoads jest InRail (rys. 2). Zajmuje on wiod¹c¹ pozy-

cjê wœród konkurencyjnych programów zwi¹zanych z kolejnictwem. InRail posiada zestaw

narzêdzi do trójwymiarowego projektowania nowej trakcji, regulacji istniej¹cej osi toru,

a tak¿e zarz¹dzania i nadzorowania budowy elementów linii kolejowej. Wszystkie funkcje

programu s¹ zgodne z pozosta³ymi aplikacjami pakietu InRoads. Dodatkowo aplikacjê wzbo-

gacono o specjalistyczne narzêdzia do obliczeñ geometrycznych, projektowania torowisk

i pobocza, uk³adania torowisk, raportowania, przegl¹dania i nanoszenia poprawek w celu

zapewnienia wspó³pracy pomiêdzy s³u¿bami utrzymania ruchu i ekipami odpowiedzial-

nymi za utrzymanie nawierzchni. InRail oferuje pe³en zestaw narzêdzi bran¿owych, które

mog¹ byæ stosowane w ramach ró¿nych technologii projektowania, procedur zarz¹dzania

ruchem oraz remontów trakcji szynowej.

Rys. 2. Typowy widok interfejsu graficznego programu InRail

184

M. Strach

Program w najnowszej wersji pozwala na importowanie obserwacji z niemal ka¿dego

Ÿród³a danych, ³¹cznie z maszynami kolejowymi Plaster–Theurer oraz skanerem laserowym

CYRA. Scentralizowana baza stanowi wspólne Ÿród³o danych dla wszystkich produktów

z rodziny InRoads. Takie rozwi¹zanie umo¿liwia p³ynn¹ wspó³pracê pomiêdzy wszystkimi

aplikacjami nale¿¹cymi do pakietu. Dziêki wspólnemu dostêpowi do bazy danych nad

projektemmo¿e pracowaæ wielu u¿ytkowników.

Oprogramowanie zapewnia interaktywne generowanie geometrii trasy. Jest to mo¿-

liwe dziêki narzêdziom rysuj¹cym elementy wed³ug metod i zasad specyficznych dla pro-

jektowania linii kolejowych. Projektant ma do wyboru odcinki prostoliniowe, ³uki ko³owe

oraz pe³ne spektrum zdefiniowanych krzywych przejœciowych: klotoidê, krzyw¹ Blossa,

parabolê szeœcienn¹, sinusoidê itp. (rys. 3).

Rys. 3. Funkcje do lokalizacji i modyfikacji elementów osi toru w planie i profilu

Lokalizacja odcinków wykonywana jest tak¿e podczas regulacji osi. Projektowane

elementy geometryczne toru wstawiane s¹ w zbiór punktów osi. Wykonuje siê to poprzez

wskazanie dwóch punktów dla odcinków prostych i trzech punktów dla ³uków ko³owych.

Punkty mog¹ byæ wybierane w ró¿ny sposób: poprzez wpisanie ich numerów z klawiatury

b¹dŸ wskazanie myszk¹ na punkty na wykresie krzywizn (rys. 4) lub na planie.

Rys. 4. Wykres krzywizn

Wykorzystanie aplikacji firmy Bentley do projektowania ...

185

Ostateczne po³o¿enie danego elementu jest ustalane poprzez jego wpasowanie w zbiór

punktów osi, metod¹ najmniejszych kwadratów. W tej fazie projektowania odcinki proste

i ³uki ko³owe mog¹ byæ modyfikowane pod wzglêdem d³ugoœci. Krzywe przejœciowe two-

rzone s¹ poprzez wskazanie na koñce elementów, miêdzy którymi maj¹ byæ wpasowane. Po

wpisaniu wszystkich odcinków tworz¹cych projektowan¹ oœ toru nastêpuje ich po³¹czenie,

z zachowaniem warunku liniowoœci w punktach wspólnych. Na tym etapie projektu mo¿na

na³o¿yæ warunki zwi¹zane z przebiegiem projektowanej osi. Mo¿liwe jest wymuszenie

po³o¿enia okreœlonego elementu w zadanych punktach, np. mostu ma mostownicach, lub

ominiêcie przeszkody w ustalonej odleg³oœci, dla zachowania wymaganej skrajni, np. pero-

nu na przystanku osobowym, podpory wiaduktu, muru oporowego.

Dla ustalonego przebiegu trasy mo¿na wykonaæ analizê regresji. Odpowiednie funkcje

umo¿liwiaj¹ obliczenia zarówno dla pojedynczych odcinków, jak i ich wielokrotnoœci

tworz¹cej oœ ca³ego toru. Dziêki funkcjom analizy regresji wyniki pomiarów mo¿na wyrów-

naæ przy u¿yciu metody najmniejszych kwadratów. Dotyczy to zarówno elementów po³o¿o-

nych w p³aszczyŸnie poziomej, jak i pionowej (rys. 5).

Rys. 5. Opcje umo¿liwiaj¹ce analizê regresji w planie i profilu

Po ustaleniu najlepszego przebiegu projektowanej osi toru, program InRail generuje

wykresy przesuniêæ (rys. 7). Pomagaj¹ one u¿ytkownikowi w weryfikacji poprawnoœci pro-

jektu regulacji. Wykresy te w jasny sposób wskazuj¹ kierunki i wartoœci przesuniêæ, jakim musi

zostaæ poddana istniej¹ca oœ toru, aby zosta³a doprowadzona do stanu projektowanego.

Oprócz wykresu przesuniêæ, generowany jest dodatkowo plik wynikowy w formacie

tekstowym ASCII (rys. 8).

Plik ten sk³ada siê z czêœci odnosz¹cych siê do kolejno rozpatrywanych elementów

i zawiera:

—

nag³ówek, w którym podane s¹ zasadnicze cechy rozpatrywanego elementu: rodzaj

elementu, jego d³ugoœæ, pocz¹tkowy i koñcowy kierunek zwrotu, wspó³rzêdne koñ-

ców elementu oraz atrybut danej krzywej (dla krzywych przejœciowych promieñ

pocz¹tku i koñca, a dla ³uków promieñ);

—

kolumny zawieraj¹ce informacje dotycz¹ce kilometra¿u i wartoœci przesuniêæ: kilo-

metra¿ lokalny i g³ówny, numery punktów wraz z wartoœciami i kierunkami prze-

suniêæ.

Program InRail umo¿liwia równie¿ wykonanie projektu regulacji osi toru w profilu.

Przy zastosowaniu odpowiednich opcji mo¿liwe jest sporz¹dzenie projektu niwelety na

podstawie pomiarów wysokoœciowych wykonanych w terenie. Podczas projektowania osi

toru w profilu brane s¹ pod uwagê jedynie dwa elementy: odcinek prosty i ³uk ko³owy,

analizowane w p³aszczyŸnie pionowej. W praktyce do wyokr¹glenia za³omów niwelety sto-

suje siê ³uki ko³owe. Przystêpuj¹c do projektowania osi w profilu, nale¿y wyœwietliæ na

ekranie punkty reprezentuj¹ce niweletê istniej¹cego toru. Nastêpnie w zbiór rzêdnych pro-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: