基于AutoCAD的土石方計(jì)算斷面自動(dòng)生成程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任續(xù)超，姚 睿

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

1 引言

目前，實(shí)際工程中經(jīng)常會涉及到很多土石方量的計(jì)算，通常工程上采用斷面法計(jì)算土石方量，尤其是在大面積土石方填挖工程中，需要定期反復(fù)地對填挖方區(qū)域進(jìn)行測量并計(jì)算填挖方量[1]，用于工程量的統(tǒng)計(jì)和階段性資金核算。采用斷面法核算土石方量首先需要確定斷面面積和斷面間距，斷面法計(jì)算土石方量中斷面為原始地面線與實(shí)測地面線構(gòu)成的封閉多邊形，通常原始地面線是根據(jù)提取原始地形圖上斷面截線與等高線交點(diǎn)的坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)繪制，由于工程的持續(xù)性施工，土石方量隨工程的進(jìn)展持續(xù)變化，實(shí)測地面線也在不斷變化，因此，實(shí)測地面線的獲取需要定期對實(shí)地地形特征點(diǎn)進(jìn)行測量。斷面法計(jì)算土方量根據(jù)工程區(qū)域的大體形狀要確定各斷面之間的間距以保證土方量計(jì)算的準(zhǔn)確性，面積較大工程中斷面數(shù)量也較多，通過外業(yè)采集數(shù)據(jù)繪制各斷面圖形往往工作量非常大，也十分繁瑣，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此，非常有必要開發(fā)一個(gè)針對實(shí)際工程需要快速提取AutoCAD地形圖中交點(diǎn)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)，并在AutoCAD軟件中自動(dòng)生成斷面的程序，以此提高工程作業(yè)中利用斷面法進(jìn)行土方量核算的效率和準(zhǔn)確性。

2 工程中斷面法土方計(jì)算過程

實(shí)際工程中采用斷面法進(jìn)行土石方量核算時(shí)，各斷面分布都具有一定的規(guī)律性，圖1為某實(shí)際項(xiàng)目中某填方工程區(qū)域的斷面分布圖，其中各斷面分布位置為外圍界限特征拐點(diǎn)的連線且平行分布。

圖1 工程斷面分布圖

若以傳統(tǒng)的斷面線繪制方法繪制原始地面線，需要逐點(diǎn)提取交點(diǎn)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算器根據(jù)坐標(biāo)反算出各點(diǎn)至首點(diǎn)的距離和高差，再根據(jù)計(jì)算出的數(shù)據(jù)在AutoCAD中繪制轉(zhuǎn)折點(diǎn)，最后連接轉(zhuǎn)折點(diǎn)形成斷面地面線，該方法存在的問題是過程性工序繁多，工作量很大，需要大量的時(shí)間且容易出錯(cuò)。圖2為以傳統(tǒng)方法繪制斷面圖的過程圖。

圖2 傳統(tǒng)方法繪制斷面過程圖

實(shí)測地面線與原始地面線繪制方法相同，區(qū)別在于獲取原始數(shù)據(jù)的途徑不同，繪制一個(gè)完整斷面需要將原始地面剖線和實(shí)測地面線分別會合之后，最后以一個(gè)同名點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)確定實(shí)測地面線起始位置，與原始地面線進(jìn)行結(jié)合形成斷面剖面。圖3為某一斷面的繪制成果圖。

圖3 斷面剖面示意圖

斷面法計(jì)算土石方量時(shí)根據(jù)繪制的各斷面剖面確定出土石方工程范圍內(nèi)各斷面的面積，利用公式（1）和公式（2）計(jì)算出土石方量。

式中：S為各斷面的截面面積，K為各斷面的樁號，V為土石方量。

由上述研究可知，斷面的繪制處理工作量極大，由于其工序上存在著明顯的程序化和重復(fù)性流程，因此，在成圖環(huán)節(jié)通過對AutoCAD程序進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)快速成圖，縮小斷面成圖時(shí)間，提高工作效率和準(zhǔn)確性。

3 斷面自動(dòng)生成程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鑒于傳統(tǒng)繪制斷面的復(fù)雜性，為了提高斷面法計(jì)算土方量的工作效率，本研究以Visual C#語言開發(fā)能夠快速提取交點(diǎn)坐標(biāo)并生成斷面圖的程序，其中程序設(shè)計(jì)的核心點(diǎn)在于將AutoCAD地形圖中的交點(diǎn)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)快速提取出來[2]，利用程序批量進(jìn)行計(jì)算得到繪制斷面線所需的高差和距離數(shù)據(jù)，并自動(dòng)在AutoCAD中生成斷面線，程序設(shè)計(jì)流程如圖4所示。

圖4 程序設(shè)計(jì)流程圖

程序功能主要分為兩大模塊，一個(gè)模塊為以圖形生成圖形，另一個(gè)模塊是以數(shù)據(jù)生成圖形。程序界面如圖5所示。

圖5 程序界面圖

程序主要功能可以實(shí)現(xiàn)在AutoCAD中快速提取特征點(diǎn)的坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成斷面截線圖，總體分兩步實(shí)現(xiàn)原始地面線和實(shí)測地面線的生成，再根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)高差值對兩條地面線進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)斷面的快速繪制[3-4]。

第一種為根據(jù)圖形提取數(shù)據(jù)生成圖形，核心步驟為交點(diǎn)坐標(biāo)高程數(shù)據(jù)的拾取，拾取的點(diǎn)必須為斷面截線與等高線的交點(diǎn)，否則所采集的點(diǎn)只有坐標(biāo)沒有高程數(shù)據(jù)，程序會提示數(shù)據(jù)有誤，拾取交點(diǎn)的順序必須依次進(jìn)行不能間斷，且所有斷面的拾取方向需保持一致，這是本程序?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)以及程序編寫的難點(diǎn)，程序會根據(jù)拾取的交點(diǎn)數(shù)據(jù)默認(rèn)以首點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算后續(xù)各點(diǎn)與首點(diǎn)的偏距和高差，并顯示在程序頁面中，以備核對。第二種為根據(jù)編輯好的數(shù)據(jù)文件直接生成圖形，打開格式數(shù)據(jù)文件，程序會自動(dòng)判斷文件中數(shù)據(jù)是否合法并統(tǒng)計(jì)坐標(biāo)個(gè)數(shù)，依次點(diǎn)擊計(jì)算距離、計(jì)算高差、指定基點(diǎn)輸出實(shí)測地面線按鈕，跳轉(zhuǎn)至AutoCAD頁面后選擇成圖基點(diǎn)就會生成斷面。最后根據(jù)程序提示的基準(zhǔn)點(diǎn)高差結(jié)合兩條地面線形成斷面，基準(zhǔn)點(diǎn)高差默認(rèn)為兩條線的首點(diǎn)高差值，程序設(shè)計(jì)了清除數(shù)據(jù)按鈕，待生成一個(gè)斷面后，點(diǎn)擊清除數(shù)據(jù)按鈕初始化程序，可以快速地進(jìn)行下一個(gè)新的斷面圖的生成。

4 程序驗(yàn)證與實(shí)例計(jì)算

為驗(yàn)證程序的正確性，以圖1所示工程為算例，按從下向上的順序提取第一條截線與各等高線的交點(diǎn)數(shù)據(jù)，拾取的坐標(biāo)數(shù)據(jù)會自動(dòng)記錄在坐標(biāo)數(shù)據(jù)文本框中，并顯示拾取交點(diǎn)的個(gè)數(shù)，點(diǎn)擊計(jì)算距離和計(jì)算高差后顯示計(jì)算后的數(shù)據(jù)，根據(jù)坐標(biāo)反算對比，證明距離和高差數(shù)據(jù)計(jì)算正確，如圖6所示。

圖6 程序計(jì)算實(shí)例圖

利用程序分別繪制各斷面線，以本程序繪制圖1所示的9條斷面線大約只需要5 min，9條線所拾取的交點(diǎn)總數(shù)為74個(gè)，繪制一條線所需時(shí)間主要與每條線的交點(diǎn)個(gè)數(shù)有關(guān)，提取一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間大約為4 s，按一條線為7個(gè)點(diǎn)，加上其他時(shí)間繪制一條斷面線的時(shí)間大致為33 s左右。若按照傳統(tǒng)方法分別繪制圖1所示的9條斷面線，所消耗時(shí)間主要分為提取坐標(biāo)過程、計(jì)算過程、圖形繪制過程，不考慮其他因素大約需要2.5 h，相比而言，利用該程序繪制斷面線可以將工作效率提高近30倍，由此可以體現(xiàn)出本程序的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了將大量重復(fù)復(fù)雜工作簡化的目的，對土石方工程而言具有非常實(shí)用的價(jià)值[5]。

5 結(jié)語

本研究針對實(shí)際土石方工程中斷面法計(jì)算方量方法的復(fù)雜性和重復(fù)性，基于AutoCAD平臺并利用Visual C#語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了可以智能提取AutoCAD地形圖中截線與等高線交點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并能夠快速繪制出斷面線的界面化程序，通過與傳統(tǒng)斷面線繪制方法進(jìn)行對比得出，一方面本程序可以將斷面線的繪制效率提高近30倍，節(jié)省了工程核算的時(shí)間，提高了工作效率和準(zhǔn)確性，降低了工程的成本，證明了開發(fā)該程序?qū)?shí)際工程的可行性和必要性;另一方面本程序能夠適用于各種以斷面法計(jì)算土方量的工程，不受地形限制，從而體現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)開發(fā)程序結(jié)合相關(guān)工程軟件解決實(shí)際工程問題的優(yōu)越性。