Excel在港珠澳大桥疏浚工程质量评定中的应用

2015-12-19李炜郑伟

中国港湾建设 2015年7期

李炜，郑伟

（中交广州航道局有限公司，广东广州 510220）

0 引言

超深值与超宽值不仅是港珠澳大桥岛隧工程疏浚施工单位质量控制的重要指标，也是业主单位、监理单位对疏浚工程进行质量评定与验收的重要指标。按现行JTS 257—2008《水运工程质量检验标准》，在疏浚工程竣工自检与验收提交的成果资料中，“水下基槽开挖断面测量验收记录”是必不可少的一项[1]，也是工作量最大的一项，由此统计平均超深超宽值。

统计超深值与超宽值是一项极其繁琐而又简单重复的工作，目前常用的方法是根据测深数据文件，采用Hypack或南方CASS等软件建立TIN模型，生成断面图并输出成DWG/DXF格式，然后在AutoCAD中分别对每个断面上一定间距的各点（下文称为“评定点”）进行超深值与超宽值的量取。然而这种人工量取与统计的方法不仅费时间而且容易出错。本文结合港珠澳大桥岛隧工程疏浚工程量大的特点，探讨如何优化疏浚工程质量评定方法，以提高工作效率。

1 软件选择与基本思路

岛隧工程的基槽开挖设计断面复杂，不仅横向边坡坡率多达 3个（1∶2、1∶2.5、1∶3 或 1∶5 的组合），而且基槽纵向底部呈W形，设置了2.98%、1.443%、-0.023%等多个坡率的缓坡组合，而南方CASS很难建立这样复杂的航道设计模型，所以选择Hypack软件用于测深数据的处理与断面图的输出。

1.1 思路一

在Hypack软件输出断面图时，选择输出各评定点的里程（DBL）、设计标高（Depth/Tmp）与泥面标高，并且借助软件可以方便地将CAD中的这些文字信息读取成文本信息。

按照超深超宽的定义，根据DBL进行判断，位于槽底的高程直接用于计算超深值，即：超深值=泥面标高-设计标高，而位于边坡的高程用于计算超宽值，需要进一步判断其具体位置。可以视DBL为横坐标轴X，高程为纵坐标轴Y，边坡则可以表示成为分段函数，且每段函数均可以表示成Y=kX+b，那么超宽值为ΔX=X-X1=（Y1-b）/k-X1，其中（X1，Y1）分别为评定点的DBL和泥面的标高。

该方法实现的重点与难点是，根据DBL判断评定点位于边坡的具体位置并求取对应的直线方程斜率k与Y轴截距b。而Excel具有强大的数据处理与运算能力，可以根据这些文本信息计算出质量评定中的超深值与超宽值[2-3]。

1.2 思路二

按质量评定要求的点间距，利用Hypack软件对测深数据按测线排序，输出所有评定点对应的XYZ数据，即得到了所有评定点的平面坐标与高程信息，然后根据设计断面信息，即原始测线文件信息（*.LNW），利用Excel VBA进行判断并确认每个断面所对应的评定点数据。

既然已经获得了每个断面的设计信息和断面上评定点的XYZ数据，就可以按照思路一，根据评定点的DBL计算输出这些评定点的超深值与超宽值。

图1 计算模板Fig.1 The computation template

实质上，思路二是思路一的进一步优化，无需将横断面图上的文字信息逐一转换成文本信息，省去了思路一中繁琐的转换工作，并且可以实现所有断面的超宽值与超深值的批量计算。

该法实现的主要重点与难点是，将所有评定点对应的XYZ数据按断面及评定点进行顺序分类。

2 统计超深超宽值的步骤

2.1 方法一

2.1.1 数据准备

根据原始测线文件和原测深数据文件，利用Hypack软件生成横断面图，一并输出注记信息（包括DBL、设计标高和泥面标高）。

由于两侧边坡的超宽值分别以左右坡脚点作为起点进行统计，所以需要按质量评定点的间距分别以左右坡脚点为起点输出横断面图。该方法需要输出3份横断面图DXF文件，分别是：1）以左坡脚点为起点仅输出设计变形点的横断面图（以下称“DXF1”）；2）以左坡脚点为起点按评定点间距输出横断面图（以下称“DXF2”）；3）以右坡脚点为起点按评定点间距输出横断面图（以下称“DXF3”）。

2.1.2 制作表格与输入公式

1）制作表格

计算模板的制作表格如图1所示。

2）数据输入

按断面进行输入，每个断面对应一个Excel工作表。利用“报表转绘王”软件，将DXF1中断面信息读取并粘贴至单元格B2∶J4；将DXF2中左边坡与槽底信息、以及DXF3中右边坡信息读取并粘贴至B9∶AQ11。

3）公式输入

在单元格B5中输入公式=（B3-C3）/（B2-C2），在单元格C5中输入公式=B3-B5*B2，在B6∶J6中粘贴公式，完成边坡分段函数的斜率k和截距b的计算。

在 B12 中输入公式=IF（OR（B9＜0，B9＞SGS2），""，B11-B10），在C13∶AQ13中粘贴公式，完成槽底超深值的计算。

2.2 方法二

2.2.1 用户界面设计

程序界面如图2所示。

图2 程序用户界面Fig.2 The program′suser interface

该程序设计分为7个工作表：sheet1用于存储原始测线文件；sheet2用于存储从原始测线文件初步提取的信息，包括DBL、Tmp；sheet3用于存储原始测线文件中各测线的起点、左坡脚点、右坡脚点和终点的坐标；sheet4用于存储评定点对应的XYZ数据；sheet5用于存储设计断面信息；sheet6用于存储超深值计算结果；sheet7用于存储超宽值计算结果。

2.2.2 数据准备

该方法需要的数据或给定的条件有：

1）原始测线文件；

2）评定点间距；

3）评定点对应的XYZ数据。

为获得评定点XYZ数据，需将原始测线文件中的每条测线都分解成三段，即：左坡脚点与起点、左坡脚点与右坡脚点、右坡脚点与终点，然后再按新生成的测线进行排序。

2.2.3 程序步骤

第一步、测线信息读取。

该功能主要完成：读取原始测线文件的相关信息，并存储至相应的工作表，方便进行统计超深超宽值时调用；提取出新测线起始点坐标，以便生成新的测线文件。

1）提取原始测线信息

提取原始测线信息，包括：测线序号、桩号、起始点坐标，保存至数组c中，且每条测线对应数组c中的一行。

将提取的测线信息输出至sheet2中。同样将原始测线文件中的DBL、Tmp信息提取输出至sheet2中，分别保存至数组dbl和数组dep。

2）求取新测线信息

在提取原始测线信息时，已经提取并保存有原测线的起始点坐标。为生成新测线，只需要计算出原测线的左右坡脚点坐标。

第二步、统计超深超宽值。

1）计算斜率与截距

编制Excel VBA代码，由软件自动计算。

2）评定点分类

超深评定点需满足以下两个条件：①评定点与左坡脚点的距离=评定点间距×（评定点序号-1）；②评定点与右坡脚点的距离等于左坡脚点DBL与评定点DBL之和。

超宽评定点分类需区分左右边坡，左边坡超宽评定点需满足以下两个条件：①评定点与左坡脚点的距离=评定点间距×（评定点序号-1）；②评定点与起点的距离+评定点与左坡脚点距离=左坡脚点DBL。右边坡超宽评定点需满足以下两个条件：①评定点与右坡脚点的距离=评定点间距×（评定点序号-1）；②评定点与起点的距离-评定点与左坡脚点的距离=右坡脚点DBL。以此编制其核心代码。

3 实际应用分析

以该工程某一管节竣工自检测量成果为例，分别以常见方法和本文提出的两种方法统计超深超宽值。取其中一个典型断面数据，各超深超宽值见表1。

表1 精度分析Table 1 The precision analysis

可见，手工量取与方法一计算的超深超宽值差异很少，最大不超过1 cm，可以认为两种方法的结果完全一致，而与方法二计算的超深超宽值却存在一定偏差，最大差值约3 cm。

经分析，形成这种差值的原因是，Hypack软件在输出断面图时，记录沿断面内插点的信息，且断面线由这一系列离散点（内插点）连接而成，而这些离散点并不是评定点。所以通过断面图进行超深值和超宽值的统计时，需要通过这些离散点内插出评定点的位置。手工量取和方法一均是直接从断面线中读取，所以结果一致；而方法二是直接对评定点XYZ数据进行精确计算，仅一次内插（生成TIN模型），结果相对精确。