VBA二次開發(fā)AutoCAD技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用

□文 /張海濤

VBA（Visual Basic for Application）是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它的基本語法完全繼承于VB，所以具有語法簡單易懂、編程邏輯清晰的特點(diǎn)，非常適合程序的快速開發(fā)。VBA的強(qiáng)大優(yōu)勢在于將VB的編程環(huán)境與被開發(fā)程序同時(shí)運(yùn)行，利用面向?qū)ο缶幊谭椒ǎ∣OP），在接口的庫中將軟件中的重要部分對象化、參數(shù)化，在VBA中直接調(diào)用軟件中豐富的對象進(jìn)行操作以實(shí)現(xiàn)編程目的。因此，VBA作為一種通用型語言，能廣泛應(yīng)用于Windows下的Office系列軟件、AutoCAD等專業(yè)商業(yè)軟件的二次開發(fā)、Windows腳本編程（VBS）等。

AutoCAD是目前應(yīng)用最為廣泛的交互式計(jì)算機(jī)輔助繪圖與設(shè)計(jì)軟件，其優(yōu)勢在于通用性、多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放的體系結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于土木建筑、裝飾設(shè)計(jì)、機(jī)械工程等領(lǐng)域。雖然AutoCAD功能強(qiáng)大，但在解決一些專業(yè)問題，尤其在需要結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、復(fù)雜圖形繪制時(shí)就會(huì)顯得力不從心，這時(shí)候在程序基礎(chǔ)上對AutoCAD進(jìn)行二次開發(fā)成為解決上述問題的有效補(bǔ)充手段[1]。AutoCAD常見的二次開發(fā)工具包括Auto LISP/Visual LISP、基于ActiveX Automation技術(shù)的VB/VBA、采用C++語言的Object ARX技術(shù)、基于微軟.Net技術(shù)的VB.Net和C#語言開發(fā)。這幾種語言各有優(yōu)劣，具體特點(diǎn)及使用方法可參考相關(guān)介紹[2]。相較而言，VBA具有編程簡單、快速開發(fā)、運(yùn)行效率高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)使其擁有不同于其他二次開發(fā)工具的特殊優(yōu)勢，也使其在各專業(yè)工程人員中的推廣和繼承具有了生命力。

基于VBA的這些優(yōu)勢，二次開發(fā)技術(shù)在橋梁工程中得以廣泛應(yīng)用[3]。本文對AutoCAD和Excel進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，利用Excel獲取CAD圖形數(shù)據(jù)生成橋梁工程專業(yè)計(jì)算軟件橋博的腳本，輔助橋博軟件的建模，提高了工作效率。在此基礎(chǔ)上本文著重介紹了包括VBA理論模塊、程序設(shè)計(jì)方法和關(guān)鍵技術(shù)，為相關(guān)工程的二次開發(fā)提供參考。

1 程序設(shè)計(jì)

1.1 VBA的調(diào)用對象

首先，二次開發(fā)的操作是基于對AutoCAD提供對象（Object）的操作，這些對象的種類非常豐富并且包含各種屬性（Properties）和方法（Methods）。對象本質(zhì)上是一種特殊的變量，可以進(jìn)行定義、賦值、釋放。AutoCAD中的對象按性質(zhì)可以主要?jiǎng)澐譃橐韵聨追N[4]。

1）圖形對象，如直線（Line）、文本（Text）、標(biāo)注（Dimensions）等。

2）樣式設(shè)置對象，如線型（Linetype）、文字樣式（TextStyle）。

3）組織結(jié)構(gòu)，如圖層（Layers）、塊（Blocks）。

4）圖形顯示對象，如視圖（View）和視口（Viewport）。

5）AutoCAD 應(yīng) 用 程 序 （Application） 和 文 檔（Document）。

這些對象基本涉及到了AutoCAD的各方面并可以在VBA的對象瀏覽器中查詢。各對象之間并不是隨意排列，大多數(shù)都存在父對象和子對象的樹形衍生關(guān)系，常用對象見圖1。

圖1 AutoCAD對象

如圖1所示，AutoCAD中的圖形對象基本都囊括在ModelSpace中，比如常用的各類線、文字等，用Add方法可以向AutoCAD的Document對象中添加各種圖元，完成圖形的繪制，而另外一個(gè)重要的對象Utility則集合了一系列的內(nèi)部實(shí)用工具，比如獲取兩點(diǎn)間距（GetDistance）、獲取對象（GetEntity）、獲取坐標(biāo)（GetPoint）等方法函數(shù)，用于獲取圖形中的各類信息。這兩個(gè)基本類可以完成對AutoCAD的大部分常用操作。關(guān)于其余對象的定義、屬性、方法及示例都可以在AutoCAD提供的官方幫助文件里查詢。

1.2 程序的調(diào)用方法

使用VBA開發(fā)軟件可以分為內(nèi)部調(diào)用和外部調(diào)用兩種方式。AutoCAD內(nèi)置了VB的開發(fā)環(huán)境VBE（高版本需要安裝VBA開發(fā)包），可以在VBE中直接開發(fā)VBA，這樣能夠在程序內(nèi)部直接運(yùn)行程序并查看在窗口中的運(yùn)行結(jié)果，這是VBA相較其他開發(fā)語言的優(yōu)勢之一。缺點(diǎn)是內(nèi)置的VBA沒有辦法進(jìn)行封裝，只能將代碼部分通過加密的方式進(jìn)行簡單保護(hù)。

由于在AutoCAD中無法通過內(nèi)部命令的方式直接運(yùn)行內(nèi)部VBA，所以通常會(huì)用LISP給VBA編寫一個(gè)調(diào)用命令，可采用如下形式：

（defun c：CM（）

（command“_vbarun”“cm_vba”）

）

這樣，在加載這個(gè)lsp文件和dvb格式的源文件后，就可以通過在命令行中直接輸入“CM”來內(nèi)部調(diào)用名稱為“cm_vba”的VBA程序。

在另外一些情況下，如果將部分代碼封裝為動(dòng)態(tài)鏈接庫后外部引用或者從其他程序的VBE、VB6.0和Visual Studio等開發(fā)工具進(jìn)行外部控制時(shí)，則需要進(jìn)行外部調(diào)用，首先要在窗口的“工具”-“引用”中調(diào)用基本庫[5]，然后在代碼部分聲明引用對象，獲得軟件的控制權(quán)限。

例如，當(dāng)采用外部創(chuàng)建CAD文件時(shí)，可采用以下代碼，依次獲得對軟件和新建文檔的控制權(quán)：

DimAcadApp as AcadApplication

DimAcadDoc as AcadDocument

Set AcadApp

=CreateObject（“AutoCAD.Application”）

AcadApp.Visible=True

Set AcadDoc=AcadApp.ActiveDocument

外部調(diào)用的缺點(diǎn)是沒有辦法直接在AutoCAD中直接運(yùn)行程序查看結(jié)果且需要考慮程序運(yùn)行過程中輸入、輸出的接口問題。但是外部調(diào)用為AutoCAD與其他程序的交互提供了實(shí)施方法。

1.3 利用VBA與其他程序的交互

AutoCAD的優(yōu)勢在于對圖形的處理，當(dāng)涉及到其他方面的工作時(shí)，單一依賴AutoCAD或者完全靠VB本身的功能與函數(shù)去構(gòu)建復(fù)雜的程序會(huì)拖累整體的運(yùn)行效率。所以，與其他專業(yè)軟件進(jìn)行交互，是VBA的一項(xiàng)重要功能，見圖2。

圖2 VBA交互體系

Excel是微軟公司開發(fā)的專業(yè)辦公軟件，所以O(shè)ffice已經(jīng)內(nèi)置了VBA的開發(fā)環(huán)境[6]。Excel協(xié)助AutoCAD能夠完成數(shù)據(jù)提取、整理、運(yùn)算、輸出等一系列工作，結(jié)合Excel和AutoCAD可以避免大量使用VB窗口及控件，從而節(jié)省復(fù)雜的窗口設(shè)計(jì)工作。關(guān)于Excel的對象結(jié)構(gòu)此處不多做介紹，具體參閱相關(guān)教材與手冊。

在設(shè)計(jì)程序時(shí)，需要選擇VBA基于的軟件主體：如果程序的主要功能是運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，需要從Au-toCAD定向獲取、輸出圖形信息，可以選擇從Excel控制AutoCAD，借用Excel的內(nèi)置功能對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理；如果程序的主要任務(wù)是繪圖，只是借助Excel的末端功能完成簡單數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)傳遞功能等，可以選擇從AutoCAD控制Excel；如果希望編譯獨(dú)立可執(zhí)行程序，可以直接用VB6.0、Visual Studio等開發(fā)工具調(diào)用其他VBA兼容軟件。

1.4 程序的模塊化處理

因?yàn)閂BA語言本身沒有劃分模塊的語法結(jié)構(gòu)，所以在程序設(shè)計(jì)初期就應(yīng)當(dāng)考慮把程序定義成不同模塊，以方便后期對程序進(jìn)行定向維護(hù)和擴(kuò)展，有以下幾個(gè)基本原則可參考。

1）劃分程序的主次，將具體執(zhí)行各部分功能的操作歸納于不同的子程序中，而主程序用于控制所有子程序的運(yùn)算流程，這里將最終腳本輸出函數(shù)Genegrate_Script（）作為主程序，而子程序負(fù)責(zé)各個(gè)部分腳本信息的統(tǒng)計(jì)和生成，見圖3。

圖3 程序模塊

2）將自編的一些通用型功能函數(shù)歸納成各類函數(shù)模塊，方便在不同的子程序中直接使用，也方便向其他程序進(jìn)行移植，比如排序函數(shù)、插值函數(shù)、向量計(jì)算函數(shù)等。

Sub Array_Shrink（ByRefarr As Variant）

'清除多段線中重復(fù)節(jié)點(diǎn)

......

For i=2 Tonum-1 Step 2

tmp_array（m）=arr（i）

tmp_array（m+1）=arr（i+1）

Ifarr（i）=arr（i-2）And arr（i+1）=arr（i-1）Then

ReDimPreserve tmp_array（num-2）

Else

m=m+2

End If

Next i

arr=tmp_array

End Sub

3）VB不具備C++/C#等語言方便定義類的功能，但是依然可以利用Type語句在“模塊”中自定義數(shù)據(jù)類型，可以將一些變量盡量對象化置于模塊中，以方便對同對象變量進(jìn)行識(shí)別，比如此處將箱梁截面定義成對象，包含截面的序號(hào)、坐標(biāo)、插入點(diǎn)屬性。

Public Type bdSection '定義箱梁截面

indexAs Integer '截面序號(hào)

Pt_List As Variant'截面組成坐標(biāo)

InsertPt As Variant'截面插入點(diǎn)坐標(biāo)

End Type

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

以Excel為主體，通過VBA外部控制AutoCAD獲取模型信息，自動(dòng)生成橋博的腳本文件。主程序主要負(fù)責(zé)匯總各部分信息并輸出為橋博腳本dbs類型文本。型式參照以下總體信息部分代碼，引用的是init_ZTXX（）函數(shù)

Print#1,"http://總體信息*************"

Print#1,"GEN.PrjTitle=""橋梁博士腳本"";"

Print#1,"GEN.CalType="&init_ZTXX.CalType&";" '函數(shù)獲取總體信息

Print#1,"GEN.BPrestress="&init_ZTXX.bPrestress&";"

Print#1,"GEN.SelfHumi=0.8;

Print#1,"GEN.Code="&init_ZTXX.Code&";"

Print#1,"GEN.cU="&init_ZTXX.cU&";"

從Excel內(nèi)部控制AutoCAD需要識(shí)別已打開的CAD文件，使用的是GetObject（）函數(shù)，型式如下

DimAcadApp as AcadApplication

DimAcadObj As AcadDocument

Set AcadApp=GetObject（,"AutoCAD.Application"）

Set AcadObj=AcadApp.ActiveDocument

進(jìn)入AutoCAD之后，由于模型空間的圖形類型豐富，需要對選定對象類別進(jìn)行限制，可以用FilterType、FilterData兩個(gè)數(shù)組限定選擇對象為多段線或者直線等圖元類型

DimFilterType（0）As Integer

DimFilterData（0）As Variant

FilterType（0）=0

FilterData（0）="LWPOLYLINE"

Plset.SelectOnScreen FilterType,FilterData

在AutoCAD中通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊獲取坐標(biāo)參考原點(diǎn)，使用Utility下的Getpoint（）函數(shù)，但需要注意由于是外部控制程序，涉及對象語句必須前置主體對象A-cadObj，也就是CAD文件本身：

base_pt=AcadObj.Utility.GetPoint（,"選擇參考基點(diǎn)："）

這里程序會(huì)返回一個(gè)三維雙精度數(shù)組，表示點(diǎn)在三個(gè)方向的坐標(biāo)值。

通過選擇獲得多段線對象后，即可以通過其Coordinates屬性得到多段線上全部的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，返回值為一個(gè)數(shù)組，然后再返回給Excel

Num=Plset.count

For i=0 Tonum-1

Pl_cdn=plObj（i）.Coordinates

Call Array_Shrink（Pl_cdn）

'自定義函數(shù)刪除多段線上重復(fù)節(jié)點(diǎn)

Pl_num= （UBound（Pl_cdn）+1）/2

For j=0 ToPl_num-1

Cells（j+12,4*i+1）.Value=j+1

Cells（j+12,4*i+2）.Value=Round（（Pl_cdn（2*j）-base_pt（0））/1000,3）

Cells（j+12,4*i+3）.Value=Round（（Pl_cdn（2*j+1）-base_pt（1））/1000,3）

Cells（j+12,4*i+4）.Value=0

Next j

Next i

從AutoCAD中得到的圖形信息本質(zhì)就是節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，利用Excel的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能可以方便的對這些坐標(biāo)做自動(dòng)化處理

DimSec_numAs Integer'截面類型數(shù)量

DimSections（）As bdSection'截面類型

Sec_num=WorksheetFunction.CountA （Range（"B4:B100"））

ReDimSections（1 ToSec_num）

這樣就定義了一個(gè)截面對象數(shù)組，包含全部類型截面的坐標(biāo)信息。

3 結(jié)語

VBA編程主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）語法簡單清晰、邏輯性強(qiáng)，能夠協(xié)助工程人員快速掌握并開發(fā)程序，不需要花費(fèi)大量時(shí)間去學(xué)習(xí)復(fù)雜的語法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理方面的知識(shí)；

2）VBA具有通用性，可以用于二次開發(fā)Auto-CAD、Office等一系列軟件，更可以用來聯(lián)合不同功能的軟件進(jìn)行組合編程，實(shí)現(xiàn)功能上的互補(bǔ)；

3）利用二次開發(fā)技術(shù)，在面對需要批量化、重復(fù)性、數(shù)據(jù)處理類的工作時(shí)，能夠明顯提高完成速度。

當(dāng)然，VBA的一些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用和發(fā)展，比如大部分使用者由于是非編程專業(yè)領(lǐng)域出身的工程人員，加之VB語法本身不夠緊湊，很容易寫出龐大繁冗的程序。VBA的類定義功能不全，它的優(yōu)勢在于對接口提供的類庫進(jìn)行直接應(yīng)用而并不是深化創(chuàng)造，使得它在二次開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展性比較受限。

但總而言之，對于工程領(lǐng)域的從業(yè)者來說，VBA實(shí)現(xiàn)的部分功能是一種極為高效簡便的解決方案，本文簡單介紹了其在橋博建模中的一種應(yīng)用方法，可為在其他更廣泛領(lǐng)域內(nèi)的使用提供參考。