基于AutoCAD二次開發(fā)技術的城市軌道交通剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件設計

黃齊來，慈明洋

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100044）

隨著城市軌道交通高速發(fā)展，以剛性接觸網(wǎng)為牽引網(wǎng)制式的項目日益增多，設計任務顯著加重。剛性接觸網(wǎng)沿線架設，若依靠AutoCAD手工繪圖，工作效率低且易出錯。自動化輔助繪圖軟件可提升繪圖效率和準確性，解決工期緊任務重的難題。

目前，CAD二次開發(fā)已有較為廣泛的應用，在電氣化鐵路柔性接觸網(wǎng)設計中已有成熟的輔助繪圖軟件[1-2]。趙海軍等人應用AutoLISP開發(fā)了針對剛性接觸網(wǎng)的平面布置軟件，能夠自動計算和繪制錨段[3]。田升平對地鐵剛性接觸網(wǎng)平面設計軟件進行優(yōu)化，采用ObjectARX進行開發(fā)[4]。而隨著項目經(jīng)驗的積累，設計人員在總結了設計要點并儲備大量的標準錨段數(shù)據(jù)后，提出剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件以標準錨段數(shù)據(jù)庫為基礎，實現(xiàn)參數(shù)化和標準化地自動繪圖，簡化軟件算法，降低軟件開發(fā)難度。本文基于AutoCAD二次開發(fā)技術，采用ObjectARX開發(fā)環(huán)境，設計一款剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件。根據(jù)用戶選擇的標準錨段，軟件即可通過數(shù)據(jù)庫接口調取坐標并進行自動化繪圖，從開發(fā)難度和繪圖流程方面進行優(yōu)化，提高了剛性接觸網(wǎng)的設計效率和準確性。

1 剛性接觸網(wǎng)標準錨段數(shù)據(jù)庫的建立

隨著工程設計經(jīng)驗積累，接觸網(wǎng)專業(yè)已儲備大量原始數(shù)據(jù)，具有成熟的標準錨段設計資料。通過歸納剛性接觸網(wǎng)各種長度和形式的標準錨段，將常用標準錨段懸掛點布置坐標分別預存儲，整理成可直接調用的數(shù)據(jù)源文件，即可建立標準化的錨段數(shù)據(jù)庫，為輔助繪圖軟件的開發(fā)提供基礎條件和輸入?yún)?shù)。

1.1 標準錨段形式分析

剛性接觸網(wǎng)平面布置圖由多個連續(xù)的標準錨段組合而成，錨段間通過錨段關節(jié)進行連接。剛性接觸網(wǎng)采用Π型匯流排垂直懸掛，標準錨段長度根據(jù)匯流排制造長度進行設計。為方便運輸和安裝，匯流排單位制造長度為每根12 m，錨段兩端分別設一根7.5 m的匯流排終端頭[5]。標準錨段長度S可表示為S=12 n+2×7.5（n為匯流排根數(shù)）。錨段長度一般不大于250 m，按此規(guī)律標準錨段長度依次設計為243 m、231 m、219 m等規(guī)格。

同時，為保證受電弓磨耗均勻，剛性接觸網(wǎng)在一個錨段范圍內(nèi)呈類“之”字形布置，在錨段中部設置中心錨結。采用全波模式的標準錨段設置，原理如圖1所示[6]。由圖1可知，同一長度的標準錨段可能為圖1中錨段Ⅰ或錨段Ⅱ兩種形式。此外，錨段間的連接形式按功能又可分為絕緣錨段關節(jié)和非絕緣錨段關節(jié)，兩種關節(jié)對應的平行匯流排中心線間距分別為200 mm和300 mm。因此同一長度的標準錨段在數(shù)據(jù)庫內(nèi)應預設4種不同形式作為輸入?yún)?shù)，分別如圖2 中A、B、C、D所示。數(shù)據(jù)庫中每種標準錨段按此4種形式預存懸掛點平面布置的坐標，具體布置應滿足剛性接觸網(wǎng)對跨距、拉出值的要求，工程項目中已有充分的研究和應用，不再贅述。

圖1 標準錨段示意圖

1.2 數(shù)據(jù)庫類型

為保證出圖的自動化、標準化和可重用性，剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件支持讀寫外部數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進行調用。AutoCAD二次開發(fā)可采用3種方式建立用于參數(shù)化設計的標準數(shù)據(jù)庫：用程序或內(nèi)部數(shù)組方式管理、以數(shù)據(jù)文件方式管理和數(shù)據(jù)庫形式。鑒于剛性接觸網(wǎng)標準錨段數(shù)量不多，為方便實現(xiàn)，采用以數(shù)據(jù)文件方式管理數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)庫接口形式

由于現(xiàn)有的標準錨段資料以Excel表格為主，且Excel應用廣泛，易于管理，用戶可以自由方便地擴充數(shù)據(jù)源，通過COM類庫外部操作實例對象可脫離Excel運行，開發(fā)成本較低，因此，本文采用Excel作為數(shù)據(jù)庫[7]，采用Excel COM組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取，同時，預留與綜合數(shù)字化辦公系統(tǒng)軟件集成的接口。

圖2 標準錨段的4種類型

2 軟件開發(fā)平臺選擇

AutoCAD二次開發(fā)是根據(jù)設計者用途進行的客戶化定制開發(fā)技術。基于AutoCAD的二次開發(fā)工具主要有3種：VisualLisp、VBA和ObjectARX。其中，VisualLisp與VBA較簡單，開發(fā)速度較快。但控制深度相比ObjectARX稍顯不足。ObjectARX是在ADS基礎上發(fā)展起來的一種C++語言編程環(huán)境，具有完全面向對象的AutoCAD接口，可以直接創(chuàng)建對象，修改屬性和AutoCAD的數(shù)據(jù)庫。同時ObjectARX可以與AutoCAD共享同樣的內(nèi)存空間。ObjectARX開發(fā)平臺主要包括AcRx、AcEd、AcDb、AcGi及AcGe 5個類庫，并且能夠利用MFC類庫建立Windows的軟件操作界面。其功能強大，支持自定義實體，可以很好地運用各種面向對象技術進行底層開發(fā)[8]。

本文基于Visual Studio 2008平臺，結合Object-ARX 2010開發(fā)工具，可運行在AutoCAD 2010-2011版本的圖形平臺。

3 軟件設計

3.1 開發(fā)目標

剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件開發(fā)目標按照預繪制內(nèi)容和預實現(xiàn)功能劃分，作為軟件的設計依據(jù)。

3.1.1 預繪制的內(nèi)容

（1）剛性接觸網(wǎng)平面布置圖中懸掛點、匯流排、架空地線等；

（2）錨段關節(jié)和中心錨節(jié)；

（3）錨段、懸掛點的自動編號；

（4）尺寸標注。

3.1.2 預實現(xiàn)的功能

（1）根據(jù)選取的標準錨段參數(shù)自動繪制連續(xù)多個錨段；

（2）自動生成對應編號和標注，且標注字體大小和方向滿足施工圖要求；

（3）自動統(tǒng)計懸掛點、錨段的數(shù)量，并生成統(tǒng)計表格。

3.2 軟件架構設計

剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件采用分布式架構，按功能劃分為交互界面、數(shù)據(jù)庫讀寫、模型空間圖形的提取和添加等4個主要模塊，軟件具體架構圖如圖3所示。軟件架構中未涉及較多的錨段和懸掛點的計算功能，而采用直接讀取標準錨段數(shù)據(jù)庫，避免由輔助繪圖軟件進行大量復雜運算，簡化了軟件算法，提高了軟件繪圖的速度和靈活性，降低開發(fā)難度。

圖3 軟件架構

根據(jù)所搭建的軟件框架，建立主要的自定義功能類，包括：界面類（CArxDialog），讀取類（CExlRD）、獲取類（Cpick），繪圖類（Cdrawing），轉換類（Ctrans）等。其中，界面類負責人機交互功能，解析用戶輸入?yún)?shù)，顯示必要的結論和提示信息；讀取類負責調取數(shù)據(jù)庫內(nèi)容；獲取類和繪圖類分別負責圖紙信息的提取和圖形寫入等功能。自定義類之間通過消息傳遞相互作用，而操作細節(jié)封裝在相應的類中[9]，自定義類間的消息傳遞關系如圖4所示。

圖4 自定義類間關系

3.3 軟件工作流程

軟件工作流程如圖5所示。

用戶在AutoCAD界面下通過自定義指令啟動輔助繪圖軟件，根據(jù)提示在圖紙上選中預繪制的線路和起點，并選取合適的標準錨段長度。輔助繪圖軟件則依次執(zhí)行如下流程：

圖5 軟件工作流程

（1）解析交互界面中選定錨段參數(shù)；

（2）通過數(shù)據(jù)庫接口組件調取相應的標準錨段中各懸掛點的跨距值和拉出值；

（3）按指定跨距值和拉出值依次沿線路方向定位，將懸掛點圖形的實體對象添加到當前模型空間（MODEL_SPACE）塊表記錄中的指定位置；

（4）提取懸掛點處線路的斜率，插入標注并自動按斜率調整方向；

（5）多段線連接懸掛點，繪制匯流排和架空地線；

（6）記錄懸掛點數(shù)據(jù)，自動生成統(tǒng)計表格。

ObjectARX中已封裝了大量的經(jīng)典函數(shù)，可完成對數(shù)據(jù)庫、實體對象的操作和屬性設置，常用的API如表1所示[10]。此外，本文還針對軟件工作流程自定義封裝了多個繪圖過程中常用的API，如定位類API GetPointAtDistInGeCurve()、GetPointoutLengthInGeCurve( )以及繪圖類API Drawcircles( )、AddBlockRf( )、DrawPolyline( )等，以完成對實體（AcDbEntity）的拾取、繪制等操作，豐富了本軟件繪圖調用的靈活性和軟件功能的可擴展性。主要的自定義API及其作用如表2所示。

表1 ObjectARX封裝的典型API表

表2 主要應用的函數(shù)表

3.4 界面設計

ObjectARX二次開發(fā)的界面可利用MFC類庫實現(xiàn)。剛性接觸網(wǎng)設計中需要輸入的設計參數(shù)包括：錨段選型，起始錨段編號，繪圖線路方向，架空地線形式等。軟件主要采用MFC中的輸入框和下拉式菜單兩種控件形式設計，界面簡潔直觀，軟件設計的界面如圖6所示。

4 軟件應用實例

對軟件測試分別進行黑盒測試與白盒測試，對軟件繪圖功能、各模塊工作流程及數(shù)據(jù)庫讀寫進程進行測試，同時在鄭州市城郊鐵路工程的實際繪圖中進行應用。通過測試，軟件工作流程合理，能夠完成所需的輔助繪圖功能。用戶只需按照界面提示依次選取線路及合適的標準錨段，并輸入起始錨段編號、架空地線形式等設計參數(shù)，輔助繪圖軟件便可自動生成剛性接觸網(wǎng)平面布置圖，并完成錨段關節(jié)處理、圖層劃分、標注和編號等工作，且將對應的工程數(shù)量表保存至指定根目錄下。利用輔助繪圖軟件繪制的剛性接觸網(wǎng)平面布置圖的懸掛點、錨段關節(jié)、自動生成的統(tǒng)計表格及標準錨段平面布置圖分別如圖7a～7e所示。根據(jù)實際應用中反饋的問題，經(jīng)過進一步優(yōu)化和修改，軟件已達到了較高的自動化水平。

圖6 人機交互界面

5 結束語

本文以剛性接觸網(wǎng)平面布置圖繪制為需求，基于AutoCAD二次開發(fā)技術設計一款剛性接觸網(wǎng)輔助繪圖軟件。根據(jù)剛性接觸網(wǎng)平面布置原則建立標準錨段數(shù)據(jù)庫，軟件通過調用標準錨段數(shù)據(jù)庫內(nèi)的懸掛點坐標，實現(xiàn)標準化的自動繪圖。

軟件以Visual Studio 2008為開發(fā)平臺，應用C++語言及ObjectARX開發(fā)工具編寫程序。軟件直接通過數(shù)據(jù)庫接口讀取的方式實現(xiàn)參數(shù)化的自動繪圖，避免復雜運算，簡化算法，降低軟件開發(fā)難度。

圖7 繪制效果圖

通過軟件測試及在鄭州市城郊鐵路工程中的實際應用，軟件能夠滿足施工圖設計要求，較大提升設計效率和準確性。

目前，本軟件尚無法應用于柔性接觸網(wǎng)，后續(xù)應積累并建立柔性接觸網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)庫，以支持其平面布置繪制。同時編寫軟件說明，為與綜合數(shù)字化辦公系統(tǒng)軟件集成提供接口。