最早的計算工具應該是2000年中國人發展的算盤，但路線設計的計算並非簡 單的四則運算所能因應，故早期對於鐵路路線設計之運算需求，皆應用查表配合 內差之方式，隨著計算機之發展三角函數之計算更為便利，慢慢計算機取代查表 之應用，但計算機之發展僅提升了計算的能力，對於路線設計之大量計算仍依賴 有經驗的工程師執行，隨著後來電腦的發展，程式語言對於反覆性或固定流程之 運算提供更簡便的方式，不只提升了計算能力更加速了計算的工作，近年各種試 算表之應用，讓使用者在不會使用程式語言的情形下，也能很便利應用電腦輔助 於各種之計算工作。路線設計的計算之演進如圖4-1所示。
圖 4-1：路線設計計算方法之演進圖
4.1.2 電腦輔助繪圖
早期的圖說以手繪為主，不論草圖或施工圖，這些手繪圖以二維的平面加上
查表 計算機 程式語言 試算表
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一些圖例，盡可能具體表現出立體空間之資訊，由於圖例之應用，往往需配合專 業之工程師之判讀，隨著後來藍晒機器之應用，工程圖說才能大量複製應用，隨 著電腦的發展，電腦繪圖已逐漸完全取代手繪圖及藍晒圖之應用，早期之電腦繪 圖只是將人工繪圖數位化，其表現方式仍以2D為主，隨著電腦及軟體之演進，各 種3D繪圖應用正快速的發展。電腦輔助繪圖之演進如圖4-2所示
圖 4-2：電腦輔助繪圖之演進圖
電腦輔助繪圖之優點
手工繪圖是一門藝術，需要經過長期的專業訓練，並且有無法重複利用及不 易修改之缺點，由於電腦的普及與電腦繪圖軟體之發展，選擇以電腦製圖軟體來 取代傳統的手工製圖，已經是必然的趨勢，然而使用電腦輔助繪圖有何優點，歸 納如下：
1.簡化繪圖設備，增加工作效率
傳統手工繪圖必須準備各種製圖工具及較大之繪圖空間，如筆、尺、紙張、
繪圖桌等，由於需準備工具較為繁雜，將會降低繪圖之工作效率，配置不妥易使 工作中斷；而使用電腦輔助製圖只須一部個人電腦及安裝適當之電腦輔助繪圖軟 體，即能開始進行繪圖，電腦繪圖可藉由於螢幕上縮放紙張大小，大量減少繪圖 所需之空間，並藉由電腦之設定，變化各種繪圖線形及顏色，取代傳統針筆之不 便，提高繪圖之效率。
2.提升繪圖之修改能力，增加圖資之再利用率
傳統手工繪圖有著修改不易之缺點，對於較大範圍之修改，傳統手工繪圖只 能重繪；電腦輔助繪圖是利用數位之方式將圖資暫存於磁碟中，對於出圖前之任 何形式之修改將很容易進行，且可利用繪圖軟體之各種複製、旋轉、平移、陣列 等編輯功能，重複使用先前已完成之圖資，大幅增加圖資之再利用率。
3.高精度之幾何圖形
手繪 藍晒 電腦繪圖 3D繪圖
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傳統手工繪圖受限於比例尺、圖紙伸縮及製圖工作之限制，無法提供精確的 幾何資訊，雖能以屬性之方式附註尺寸數據，但仍是不便利；電腦輔助繪圖以數 位方式儲存幾何資訊，並能依製圖之需求提供高精度之資訊，且其正確性不隨著 繪圖之時間而損失，屬於高精度之幾何圖形。
4.更為便利之資料保存與管理
傳統手工繪圖以紙圖為大宗，其保存及管理上需要較大空間，且為避免受潮 或受損，需有除濕及防蟲之設施，其保存及管理，不僅大費周章且成效不佳；反 觀電腦輔助繪圖利用數位式電子資料存檔，其儲存空間小，利用索引分門分類管 理亦方便，大大改善了傳統紙圖之保存及管理方法。
5.強化視覺效果
傳統手工繪圖利用繪製不同角度之視圖，藉以表現立體之資訊，對於資訊之 表現仍以2D為主3D為輔；由於電腦繪圖本身即同時具備2D及3D製圖功能，使用者 除了可從中擇一使用外，更可搭配其它視覺模擬軟體，依實際需求轉換外觀實體 彩現或動態模擬展現，以便了解設計成果與實體環境所展現之整體效果。
6.更為美觀圖形輸出
傳統手工繪圖因每個人的技術不同，每張之成果圖皆會有些微之差異，電腦 繪圖可利用繪圖機輸出，對於定義相同之圖元，不論尺寸及顏色皆能精確的輸出，
有助於圖形之美觀。
7.節省大量成本
電腦輔助繪圖除了改善製圖之程序、方法並增加其效率，並提高圖資再利用 之比率，且有助於圖檔之保存及管理，其效益除了於製圖品質之提升，並直接大 幅度降低了製圖成本。
8.資料交換容易
傳統紙圖除了有保存不易之問題外，因其體積及重量較大有運輸不易的缺點，
電腦繪圖其成果以數位方式儲存，隨著電腦網路之發達，使的圖檔資料之交換非
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常容易，相對於傳統繪圖，在資料交換上電腦繪圖有相對優勢。
4.1.3 決策輔助
隨著後續資訊交換標準之發展，STEP、IFC及CIS/2三種資訊交換標準皆採用 物件導向觀念，使設計元件不再是單純的幾何圖形，每個設計元件皆視為一個物 件，並藉由參數化的方式，使物件之設計標準及規範能內建於物件中達到輔助決 策及審查自動化之目的，決策輔助系統必須整合電腦輔助計算、電腦輔助繪圖、
建築資訊模型及設計規範自動審查。
建築資訊模型(BIM)是在建築的生命周期內產生及管理建築資料的程序 (Holness,2008)，一般是在建築的設計及施工期間，使用具有3D、及時及動態建 模功能之軟體增加其效率(Lee et al.,2006)，其過程產生具有建築形狀、空間 關係、地理資訊、建築元件數量及屬性之建築資訊模型。
目前建築的設計及施工仰賴所謂的工程圖檔，圖檔視為契約文件的一部份並 藉以作為後續設施管理之依據，但傳統工程圖檔以2D視圖的方式無法充分描述建 築3D的物件，且容易產生錯誤及遺漏，另一方面圖檔的點、線、面及文字註記之 表達方式無法由電腦直接解讀，目前仍需要專業之人工判讀，而人工判讀對於自 動化將造成障礙。
BIM將設計分解成各式之物件，藉由將物件參數化並定義物件與物件間之關 係使物件具有智慧，因此當一個關聯的物件變更，與其關聯的參數化物件將依據 其內嵌的規則重建。軌道線形為一條沒有寬度的3D連續線段，而平面線形為軌道 設計線的投影，是由直線、曲線及漸曲線各個元件所構成，類似建築是由樑、柱、
牆所構成，且每個元件亦由特定的參數互相關聯，例如，行車速度同時影響曲線 半徑、超高及漸曲線長度，任一曲線半徑改變將影響後續整樁里程坐標。
BIM可將軌道設計元件參數化，並將設計條件及標準內建模型中，任何元件 或參數之修改，將由電腦自動更新模型中元件，並自動檢核新參數是否符合相關 設計規範要求，可大量簡化傳統線型設計之工作。