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李方软件
的由来与发展
一．前
奏
1977
年春天，
随着“四人帮”的垮台，
文革的结束，
长期闭关自守的祖国大
门开始打开，
原海军上将司令、
时任交通部长的叶飞领着一帮部老总出国考察归
来，带回了数十
本英国、罗马尼亚、日本等国的道路
CAD
资料。
一
天，交通部公路规划
设计院戴竞总工程师来到同济大学，在与同行们座
谈时说了一句话：
“一张公路纵断面图，
五分钟就画出来了。
你们大学应该先
搞
起来。”我听
得目瞪口呆。当时我
们都是全手工，用直尺、圆规、鸭嘴笔和小
钢笔完成工程图纸的，不计数学计算的时间，
仅画张图也得十几个小时。
因为学校没学生，
我那时除了跑跑图书馆外，
几乎成天闲着。
于是开始琢
磨
着能不能搞电算。可是当时国内道路
CAD
< br>还
是空白，设法把交通部老总们出
国考察带回的资料借来，
不正是学习国外经验的极好途径吗！
据知，
考察团成员
王世锐总工程师是陈本端教授在美国留学时
的同窗好
友，我便拜托他找王总，
最
后竟然将他们带回国的足有两尺厚的英文资料从北京全部借来了上海。
为了参
阅方便，许多教师当时也有空，我便请他们帮助翻译成中
文，不管是谁，大教
授陈本端也好，
后来的院士项海帆
也罢，
只要英语基础好的，
都成了我的无偿助
< br>手，大约一个多月时间，“蚂蚁啃骨头”，凡觉得有用的，
BIPS
、
HOPS
，这些
当时已属
世界先进道路
CAD
系统的资料，就都变成了厚厚的中文稿。<
/p>
有了参考资料我的心也就踏实多了。
我
找到同济电算的祖师爷、
桥梁专家石
洞教授，他是我永生难忘的
好朋友、好老师，给了我无私的帮助。我对他说我想
跟他学习试编道路设计程序。
他找了本
《
719
计
算机算法语言》
交给我让我自学，<
/p>
从编小程序启步，
有问题再去找他。
我当
时没经费，
他就让我每周末到电算室看
他预约的时间，我可以到
时候利用他使用机器的空
闲时间上机。那时的计算机
就像小房间那么大，
编程序要先用笔在纸上“写稿”，
< br>然后在黑色的卡纸带上利
用穿孔机按八进位数穿孔，随之借助读带机读入，检查是
否有编写错误或穿孔
错误，并以检查
语法错误的形式打印出来，即所谓通程序。
通
过资料学习，我决定编一套纵断面
优化程序。具体编程则是从横断面面
积计算开始的，
先将由图纸
或实测获得的横断资料进行边坡拟合简化处理，
有幸
的是，效果
出
奇的好，误差很小，其精度经检验能满足初步设计的要求。
我在
这个基础上花了不小的力气，
终于完成了适应于各种不同填
、
挖横断面的面积计
算子程序，旗开得
胜。
经过整整一年的苦战，通过许多
种优化方法编程试验，我终于在
1977
年
9
月
完成了国内第一个道路
CAD
程
序——《道路纵断面优化程序》<
/p>
。在我承担设计
上海佘山上山公路任务时，
曾实际应用了这套程序，
获得了满意的结果，
让佘山
天文台在建造这条旅游公路时，既节
省了投资
和减少原地貌被破坏，又保证了
稀缺石料的供应。
后来浙江省交
通设计院在利用这套程序优化北高峰上山公路和
甘肃省公路设计院利用这套程序优化两条
公
路的原设计时，也都取得了节省投
资的效果。
我想，
靠我一人的力量太
微薄了，
于是给几个大公路设计院与大学道路专业
发函，
无偿地在同济大学开办了“道路设计软件培训班”，
由我一人讲课，<
/p>
内容
从
719
算
法语言（类似
ALGOL
语言）讲到各种语句，再由程序框图讲
到子程序，
又以分析我编的《纵断面优化程序》为例，组织大家编写道路设计程序，为期
长
达三个月。参加的人有：部公规院的王鸣岗和梅芳两人、公路一院的葛起华、公
路二院的秦曾德、陈光贤和谈金鑫等六人、同济大学的张廷楷与景天然两老师、
南京工学院的王富年和相卫老师，
西安公路学院的张雨化教授与钟孝顺老师、<
/p>
重
庆交通学院的高光秀老师、
北京工大的
吴默知等二位老师，
连我一共
19
人。
这算
是我国最早进入道路
CAD
领域“吃螃蟹”的人，由于各种原因，有些后来“改
行”了。
二．在联邦德国期间获得的成果与奠定的基础
我国改革开放的重要标志之一，
是大量向国外选派留学生。
1979
年夏天，
同
济大学留德预备部成立，
我被选入“太学生班”，
41
岁的我开始了为期一年的脱
产德语学习。
19
80
年
9
月，我与高廷耀、项海帆、汪
品仙成为同济第一批幸运儿
被联邦德国“洪堡基金会”批准授予洪堡奖学金赴德从事科学
研究，
相当于博士
后学习，我的课题是《公路平面与纵断面设计
优化方法的研究》
，负责我研究工
作的是德国著名道路工程专家
、
达姆斯塔特工业大学瓦尔特·杜尔特教授。
1981
年
2
月，
我记得是中国农历大年三十抵达的德国。
很有意思的是，
< br>我一见到杜尔
特教授，他就谦虚地对我说：“李教授（其实我当时还是讲师，但在
德国我们被
统称为‘客座
教授’）<
/p>
，
你搞的东西我不懂，
我只是你的‘照料
者’。
以后你有
什么问题尽管找我，
我
帮你解决”。
在他的安排甚至陪同下，
我不仅参观了大量
道路管理部门、设
计部门、研究部门，拜访
了许多大学和那里的专家，搜集了
各种各样难得的、
非常有益的
资料
（比如从联邦德国交通部获赠的、
内容极为丰
富的
《互通式立交设计图
集》
等等）
，
甚至到波鸿大学及国际著
名的“荷伊希·波
斯菲德交通技术公司”各实习了一个月。
当然
更重要的，
是在杜尔特教授的领导
下从事德国道路设计方法的<
/p>
学习和我的课题的研究工作。
在我到达德国的时候，
微机还只有苹果
8
位机，
大学计算机房都是装备的
IBM
带终端的“大型机”。
算法语言用的是
FO
RTRAN
，程序通过卡片穿孔读入计算
机。我不得不再从新学
一门“语言”，不论是程序调试，还是计算成果，都只能
在一叠叠打印纸上表现。
通过长达一年十一个月和比起现在不知艰难多少倍的工作条件下的苦
苦奋
战，在即将满期的时候，我向杜尔特教授交出了一份德文论文：
《利用搜索法与
动态规划法相结合进行公路平面与纵断面设计优化的研究》
。杜尔特教授和我自
己对这项成果都很满意。
其实话说回来，
这样的成果我在国内未必做不出来，
只是当时工作条件不如
国外。因为那时还没有真正的道路
< br>CAD
软件，即使在德国，那时刚进入市场、
才被少数人
使用的还只是小小的“可编程计算器”，
几乎没有公路设计人员使用
它，有人编了一些公路计算公式的小程序，录入磁卡，插入专用的计算器，在设
计道
路计算某些数据时，把它用来作为小工具以提高效率而已。
我
到德国去的最大收获，是见识了当
时在中国还没有的高速公路以及学习
到了德国特有的公路设计方法——曲线形设计法。<
/p>
利用这种方法在设计公路进行
纸上定线时，
通常需用三套透明尺，一是普通带刻度直尺，二是按一定比例制
作、
具有不同半径并带刻度的圆曲线尺，
三是公路设计专用
的回旋曲线尺，
这种
回旋曲线尺同样标了
比例，更重要的，每个尺子只代表一个回旋线参数
A
值，
尺边也有刻度，
表明的是该点处的曲率半径。
具体纸上定线时，
就是根据设计
者
希望选择的线位利用这三套尺子逐段划线连接而成。
连接当然
要考虑衔接处的切
向一
致和曲率连续
性，比如通常直线应该和回旋线原点衔接、回旋线终点曲率
半径应和圆曲线半径相同等等
。
诚然，
和我们熟知的道路设计方法一样，
特殊情
况时是允许
有一些机动的。
关于曲线形设计法，
其实在德国洛伦茨著
《
公路线形与环境
设计
》
一书早有
论述，只是与上述做法
有一些区别。
由于在德国时的研究任务所限，
我并没有对曲线形设计法做很多探索，
只是
了解和熟悉
其设计过程而已。
但就是这个了解和熟悉，
对我后来关于曲线形
设计
法的理论研究及其在“李方软件”中的开发应用起了关键的核心作用。
1982
年
底我结束洪堡
学者的研究任务回国后，
有些公路和铁路设计院请我去对这种陌生
的方法作尽可能详细的介绍。
由于当时我国高速公路还没开始建设，
< br>所以在已习
惯于
直线型设计方
法的中国铁路和公路设计院，都没把这种方法的运用提到日
程上来。但是，这些并没有阻
碍我对曲线形设计法的理论研究。
三．
<
/p>
李方软件
的准备
阶段
1
）
《
公路初步设计程序
GLCBSJ
》的开发与推广
1983
年，也就是我回国后的一年间，主要着力于
我国当务之急的道路
CAD
程序的开发。鉴于当时的软、硬件条
件，程序语言用的是
BASIC
及
Tr
ue
BASIC
。
因为那时航空摄影资料的应用在国内还十分欠缺，
数字地面模型的研究和在
道路设计上的应用也是空白，
我所采用的地形数据来源还只能局限于
各种途径获
得的纸质地形图，数据完全从选定路线范围的带状地形图人工读取。
这里，
应该提及同济大学
1984
年毕业的一名学生
（非常抱歉的是，
现在我连
他的名字也一时想不起来了）
。我当时指导
他的毕业设计，任务就是利用纸质地
形图，按三角网或方格网方法采集带状数据建立地面
模型，根据我
1977
年
编制
的优化程序中的路线设计方法编制一套《公路初步设计程序》
。结果令我非常满
意，
虽然由于编程经验和技巧
的缘故，
离实际应用相差甚远，
但那读取方格网带
状地形图数据建立数字地面模型的具体做法被我后来开发《公路初步设计程
序》
时采纳了，并获得成功。完成的程序被我命名为
GLCBS
J
。
1984
年我在广州的“华南公路协作网”会议和在黄山的全国性公路会议上
做了《利用计算机
进行公路设计》的报告，并将有关
GLCBSJ
的计算理论和程
序
介绍写成文章《公路初步设计微机化》发表在了《公路》杂志上。自此，我便开
始了推广公路计算机应用的全国之行。
第一
个买我程序的是中国人民解放军南京工程兵学院，
连同源程序，
400
元。
第一个应用
GLCBSJ
的
是安徽省
公路设计院。
当时的安徽省正好有“合宁高
速公路”初步设计任
务（开始计划是建一级公路）
，交通厅厅长和设计院院长听
了我
的报告后找到我，被告知任
务必须在一个半月内完成，希望我
务必在拿到
地形测量资料前就去合肥开始前期工作。
我向他们要
了杨勇、
胡刚、
殷岳川等五
名大学生（
后来都成了安徽省以致全国
的道路
C
AD
骨干）
，从
1984
年
8
月底逐步
拿到地形测量
资料，到
10
月中旬，全国第一条用计算机设计的
108
公里的合宁一
级公路安徽段初步设计任务如期
完成了。审定会在
10
月
24
日由副厅长主持召开，
并决定向交通部申请按高速公路进行施工图设计。
在安徽进行
GLCBSJ
推广的同时，我还应湖南省和广东省设计院的要求，去
长沙与广州帮助开发
应用。
那时还没有现代的微机，
比如安徽是可带数个终端的
8
位机
****
，
湖南是
TQ16
，广东是法国进口的
S
OLAR
机。算法语言也不统一，可
见推广应用之艰难，
我记得平均每天我得在计算机旁工作
10
小时
以上。
后来开始
有只用软盘的微机在市场推出，我便亲自帮安徽
和广东省设计院买了第一台微
机，每台
3
万多元。自此，
GLCBSJ
软件日臻成熟，知名度也逐日激
增，许多省都
邀请我去讲课、购买软件。虽然当时的
GLCBS
J
已经从不可编译的
BASIC
改进为
编译
BASIC
，但是许多单位以希望
弄懂原理为由，要求提供源程序，一来当时对
源程序并不在意，
二来碍于面子，
有些“爱纠缠的”也就给了他们。
于是便有缺<
/p>
乏职业道德的事发生了：广东省院的某工把我的
GLCBSJ
拆分成几个部分，改头
换面，
变成了他研发
的程序进行转让，
广告竟发到了我的手里；
山东省某市政院，<
/p>
甚至拿着从我这里买去的
GLCBSJ
直
接向省内有关设计院销售。
。
。
。
。
。
2
）
《公路技术设计程序
GLJSSJ
》的开发与推广
GLJSSJ
< br>程序其实是在
GLCBSJ
推广的同时就开始研发的，<
/p>
但完善和应用则是
在
1985
年合宁高速公路施工图设计前后。
1984
年
10
月中旬合宁一级公路初步设计通过审
定后，
安徽省公路设计院院长
对我说：
“等年底交通部把初步设计通过了马上就要开始施工图设计，
明年务必
< br>再来合肥！”我义不容辞地满口答应了。果然，
1985
年
初接到院长通知，合宁
路改成高速
公路进行施工图设计，
让我赶去合肥。
我当时横断面设计子程序
还没
完成，便想了个捷径：我让设计总负责人施明富总工程师把合
宁高速可能遇到
的横断面结构物草图全部画给我，
我将每一种断面结构编一个小子程序，
直接根
据
需要按桩号分段调用。两天时间画程序框图，三天时间上机调程
序。一个至
今为止最简单、最实用的合宁高速公路横断面专用设计程序就这么完成了。
当然，后来推广的
GLJSSJ
程序还是经过市场调查逐渐改进，能适用于各种
地形和横断面要求的
。
这个程序的发展和在全国推广，
应该归功于现辽宁省交通
厅副厅长、我的得意门生刘政奎。
刘政奎
1983
年从同济大学毕业，是我带的毕业论文。当时我刚从德
国回来，
结合我在德国的研究成果出了个空前绝后的难题给他，
要他在
3
个
月的毕业论文
期间里利用我提供的一张山区地形图，
采用我教给
他的优化方法，
编一个包括平、
纵、横设计与土石方计算的程序
，以土石方工程量为目标函数优化出
回头弯的
最佳位置。
三个月一到，
他按期交给了我一份非常出色
的成果，
完成的论文令我
惊叹，被我推荐发表在当年《同济大学
优秀毕业论文集》上。从中也让我发
现
他是个十分难得的人才，既聪明，又刻苦，将来必有成就。后经我推荐分到了当
时的西
安公路学院任教。
1984
年和
198
5
年，
他又先后两次到安徽和河南，
一
边细
读我的源程序，一边配合我开发软件，帮助我工作。
1986
年
6
月，
我因参加国家七五攻关项目“高等级公路路线
CAD
系统”调动
到了南京工学院
（即现东南大学）
，<
/p>
没有时间再在
GLJSSJ
上下功夫了，
便将全部
源程序送给了刘政奎。他在此后的几年中以他惊人的毅
力，花费了大量的精力，
几乎跑遍全国进行推广与程序完善，
使
不计其数的大小公路与市政设计院第一次
用上了道路
CAD
软件。
四．
第一代
<
/p>
李方软件
的孕育和诞生
< br>
1
）与北方交大王莉的“鸿雁传书”
王莉是
1978
年在北方交大读硕时被
她导师推荐到上海来找我而认识的。
她研
究生毕业留校后被派到
比利时进修了一年，
回国时对方赠送了她一台微机和随机
的
AutoCAD
软件，记得还是
2.0
以下版本，可是在中国人还几乎完全不了解
AutoCAD
是个什么东西的时候，我意识到了这可是个对我非常有用的好工具！
于是
我和王莉商定，由我推导数学模型，她用
Autolisp
语言
编程和计算出结果，
共同探索按曲线形设计理论、利用
Auto
CAD
平台开发道路
CAD
软
件的途径。
那时没有互联网，
唯一的交流方法就是写信，
我们几乎平均每周往来一封信，
虽
如鸿雁传书，但却找不到一句情话，全部是探讨数学模型和程序验证的正
确与
否。
不到一年下
来，
大家手上都有了对方写的厚厚的一叠，
后来因为写文章需要
，
她把我寄给她的全部信件装订好了寄回给我，我竟自己也为之一惊。
< br>
这个阶段我完成的主要成果，就是现在许多道路
CAD
软件中采用的基本模
式法理论，后来发表在了《公路》杂志上。
这项成果是曲线形设计方法在我国道
路
CAD
< br>中得到应用的主要根基之一。
2
）国家七五攻关项目与吴伟的贡献
吴伟是我在同济大学时具体指导的硕士研究生，
我给他选定的论
文题是：
《
利
用动态规划法搜索公路平
面线最佳走廊的研究》
，毕业后早于我一年接受我的建
议来到南
京工学院。
从
1986
年到
1990
年底，
我作为国家七五攻关项目“高等级
公
路路线
CAD
系统”的技术负责人并
不直接参与编程，而具体研制“互通式立交
CAD
”子系统的就
是吴伟。
吴伟在这期间所做的主要工作有：
A
.
在国内率先对回旋线直角坐标计算式的精度进行了详尽的研究和分析。
回
旋线直角坐标计算式是无穷级数，
但此前我国公路设
计中只用
2
至
3
项，
这在互通
式立交设计时，
通常将
使曲线线位产生极大的偏差。
通过研究，
吴伟给出了回旋
线直角坐标计算式在不同项数时的精度曲线，
为此后曲线形设计法在我
国的应用
奠定了重要的基础；
B.<
/p>
基于曲线形设计法编制了用于阿波罗（
Apollo
）
机
的互通式立交设计计
算
程序。
由于时限等原因，
当时的程序
没有交互功能，
也还不能自动计算立交布线
需要输入的某些原始
数据，我则编制了一套辅助程序予以配
合，福建省公路设
计院的陈忠潮工程师也通过研究在某公路专业杂志上发表了一篇文章，
提出了计
算复合曲线模式法中所需某些几何数据的有效方法。
3
）第一代
李
方软件
的诞生
由于阿波罗机应用的滞后和微机的迅速发展与推广，
公路设计人员需要一套
能用于微机的道路与互通式立交
CAD
软件。为了
尽快满足市场要求，在吴伟、
我和现东南大学交通学院常务副院长丁建明教授等人的努力
下，
采用了多种计算
机语言编制成一套应用于微机的
CAD
程序，其功能不仅包括各等级公路的平、
纵
、
横各阶段设计与绘图以外，
还包含了利用曲线形设计方法的互
通式立交设计
子程序。
这个子程序的特点，
其实就是解决了互通式立交平面设计中若用导线法
设计将不能解决或计算误差太大的
难题，同时设计方法简单易行。
这套微机程序系统由于在国内
最早采用了由我对德国曲线形设计法进行总
结和提出的数学模型，后来在道路
CAD
发展中被称为第一代
李方软件
。
鉴于
当时我国高速公路发展还在初级阶段，
这套软件用户仅十
几个省级设计院，
不过
我们不仅推广了这些软件，
而且直到吴伟出国前，
我们还一起设计了河北省、
浙
江省和广东省城区及高速公路上的多座互通式立交。
更重要的是，
它纠正了此前
用手工计算时因回旋
线计算精度过低导致设计计算错误的问题。
五．
<
/p>
第二、三、四代
李方软件
的发展历程
1
）凌九忠与
ICA
D
——“
李方软件”最显赫的里程碑
现江苏
省交通规划设计院总工程师凌九忠是
1989
年考取我的硕士研
究生的。
因为客观条件限制，第一代“李方软件”还不是在
Au
toCAD
平台开发的，但到
1990
年底凌九忠开始进入论文阶段时，
不仅已有微机可提供给他使用，
而且微机
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