巧用CAD等软件解决小型水利工程设计中的小问题

丁荣辉

【摘要】文中的设计计算方法是基于小型水利工程和简易测量手段提出的，对于大中型或重点水利工程，多利用地形图和CASS等软件进行辅助设计，但作为基层水利工作者，利用本文提出的方法解决渠道、乡村公路等小型工程设计计算问题将会更加简便易行，并且满足相关精度要求。

【关键词】AutoCAD软件；Excel表格；绘制纵、横断面图；制作钢筋表

在基层从事水利工作的工程技术人员，经常会碰到推求渠道底坡、绘制渠（管）道纵断面图、计算渠道土石方挖填工程量或桥涵钢筋量等小问题，如果采取手工办法一点一点绘图和推算会感觉很麻烦，但结合Excel和AutoCAD等办公软件共同使用，则解决这些小问题就显得十分轻松了。

1、将Excel中的纵断面测量成果在CAD上绘制成纵断面图

1.1 纵断面测量外业成果

渠道纵断面测量的任务是测出渠道中心线上各里程桩和加桩的地面高程，了解纵向地面高低情况，并绘制纵断面图，进而推求设计渠底线、渠顶（台）线等。

1.2 AutoCAD软件中二维坐标的使用说明

AutoCAD软件中的二维坐标为（x，y），其中，（1）x为横坐标，代表里程（或平距），y为纵坐标，代表高程（或高差）；（2）AutoCAD软件中二维坐标的起点（或原点）为（0，0）；（3）直接将Excel表格中二维坐标（单位为m）复制到AutoCAD上生成的图形，其比例为1：1，图上单位为mm（毫米）。

1.3 纵断面图的绘制

1.3.1 选取一段某水库灌溉渠道工程《纵断面测量成果表》如下。

因为AutoCAD软件中二维坐标之间是用“，”隔开的，故要将上表中“里程（或距离）”与“地面高程”、“设计渠底高程”、“设计渠顶高程”展绘成纵断面线，必须先将它们合成为二维坐标。

在英文输入状态下，在Excel表格I4中输入“=B4&”，”&C4*10”，回车；同理，在J4中输入“=B4&”，”&E4*10”，回车；在K4中输入“=B4&”，”&F4*10”，回车，选中I4，J4，K4单元格并拖动复制所有的二维坐标如上表右边部分。这里，I4等单元格中的y坐标均乘以10，主要是为了凸显地面起伏情况而对高程扩大10倍的。

1.3.2 选中上表中一列需要绘制纵断面线的坐标值（一次只能绘制1条线，故一次只选1列），并复制在剪贴板上，如选中I4至I13列。

1.3.3 打开AutoCAD，在左下角命令行处输入Line（画直线）或Pline（画多段线），回车，出现提示：“Line from point：”（指定起点）。或者，直接在绘图工具栏上选中Line或Pline图标命令，在左下角命令行中出现提示“Line from point：”，在逗号后先单击鼠标左键，然后单击鼠标右键，在快捷菜单中选择Paste（粘贴）命令，这样就将Excel表格中合成的一列坐标值（如I4至I13）传递到了AutoCAD中，并自动成1条纵向“地面线”。其余“设计渠底线”等依此法绘制。

1.3.4 根据渠道纵断面的制图要求，在AutoCAD中“地面线”各里程端点处作垂直构造线（Xline）或垂直线。为节约纸张和便于阅读，图上高程可不从零开始绘制，故在地面线下合适位置制作表格，并整理成包含“里程”、“地面高程”、“设计底板高程”、“设计渠项高程”、“挖（+）填（-）”、“设计坡降”等渠道参数信息表，如下图，即绘制完成渠道纵断面图。

1.3.5 小结：1、类似地，管道纵断面、道路纵断面图等均可以采用此法绘制；2、为能突出显示地面起伏情况，也可使高程比例尺保持1：1不变（即Excel表中高程数据均不作调整），将里程（距离）比例尺缩小10～50倍。比如缩小10倍时，具体操作为：在前述1.3.1中的I4单元格内输入“=B4*0.1&”，”&C4，回车，其它单元格J4、K4也依此操作，然后按1.3.3的方法展绘各列坐标值，再将3条纵断面线扩大10倍，即可得到里程小于高程10倍的渠道纵断面图。

2、在CAD上将横断面测量成果绘制成横断面图

横断面测量的任务，是测出垂直于纵向的各中心桩两侧的地面高低情况，并绘制成横断面图，进而求出各桩横断面上开挖线内的挖填面积，最后近似算出渠道挖填工程量，本项工作分为外业和内业。

2.1 横断面外业测量及成果

进行横断面测量时，需垂直于渠道纵向并以中心桩为起点，向左、向右测出地形变化点之间的距离和高差，并计录入《横断面测量手薄》中。测量时，可以使用水准仪测出高差配合皮尺量出距离（或用视距法直接测距）。本文采用皮尺配合直尺量取两点间的平距和高差，如表3。

表中為前述1.3.1某水库灌溉渠道工程K0+850处的手工测量横断面数据。

2.2 横断面的绘制和使用

2.2.1 中桩标记

一般地，在一件工程中，经现场实测的横断面图通常较多，为避免混淆和方便阅图，特提出在绘制横断面图时插入中桩标记。

按制图要求，把中桩标记设定成一个图上边长为0.5（mm）的倒正三角形，并自动标记在横断面图中心桩处。通过计算，其在CAD上的画法是由4个二维坐标（0，0）、（-0.25，0.433）、（0.5，0）、（-0.25，-0.433）连线而成的一个闭合的倒正三角形。上述4个坐标也可以按《手薄》计录格式记成 。

2.2.2 利用Excel表格处理《手薄》成果

1.设起点为原点，坐标即为（0，0），将《横断面测量手薄》中地形变化点的平距和高差自左向右逐点录入Excel表格中的B列和C列。注意：中桩左侧的数据录完后，加入中桩标记的后3个坐标值（因为起点已录入，中桩是插入的，故只录后3个点），然后再录入《手薄》右侧的数据，如下表所示。

2.因为横断面图是一条连续的地面线，其坐标轨迹是逐点累进形成的，所以必须先从起点开始，并将后一个点的平距和高差在前一个点的基础上分别累加，包括3个中桩标记点也是如此，直到累加到《手薄》右侧的最后一个点。

在Excel表格中，单元格D3“=B3”，E3“=C3”，F3“=D3&”，”&E3”；在D4中输入“=D3+B4”，在E4中输入“=E3+C4”，选中D4、E4单元格拖动复制D列和E列，然后选中F3单元格拖动复制F列形成二维坐标。选中上表中合成的F列二维坐标，并复制在剪贴板上。

3.按前述1.3.3的方法操作就得到了一条起点为原点、且带有中桩标记的地面线（横断面图），其比例为1：1，图上单位为mm（毫米）。

2.2.3 在横断面图上计算挖填工程量（仍以本文1.3中《纵断面测量成果表》为例）

首先，在AutoCAD中按1：1比例尺画出渠道开挖标准断面图。

第二，在中桩标记处三角形顶点处画一条水平线，对照前述《纵断面测量成果表》里程桩号为K0+850的设计底板高程，向下平移这条水平线1.313（mm），即为设计渠底开挖深。

图中，平移距离=地面高程-设计底板高程+渠底厚度=93.906-92.793+0.2=1.313mm。

第三，选中渠道开挖标准断面图底部中点，将此图复制到平移后的水平线端点，延伸或修剪后形成与横断面地面线相包围的渠道开挖断面图，如图4。

最后，使用AutoCAD中带有的测量工具，得出渠道开挖或回填面积，从而列表计算出整条渠道的开挖回填工程量（此处从略）。

3、利用Excel表格在CAD上制作钢筋表

在工程设计过程中，经常需要将结构图上设计使用的各种材料制作成钢筋表或材料用量表，这项工作极为繁杂，下面介绍的方法将使其有所简化。

3.1 用Excel表格制作《材料理论重量表》

先在一张Excel表格上将经常用到的“一级钢筋”、“二级钢筋”、“工字钢”等材料理论重量整理成下表5。

3.2 用Excel表格制作《钢筋表》或《材料用量表》

再在另一个Excel表格上设计1张《**工程钢筋表》，表中包括“编号”、“型式”、“净重”等内容，如表6。

表5中的“编号”、“直径”、“根长”、“根数”4项内容需根据结构设计进行統计录入，而“总长”、“净重”、“损耗5%”、“合计”4项内容则可以通过Excel表格的强大功能来完成，如上表中：1、“总长”F4“=ROUND（D4*E4/100，2）”，其作用是计算单根材料总长，并对得数进行四舍五入，同时保留小数点后两位数字；2、“净重”G4“=F4*IF（ISERROR（VLOOKUP（C4，材料理论重表！$A$3：$B$19，2，）），""，VLOOKUP（C4，材料理论重量表！$A$3：$B$19，2，））”，是一个结合了“逻辑判断”、“检测一个值是否为错误值”和“数据查找”三个函数进行嵌套的复合函数，来共同找出C4内容与《材料理论重量表》中“型号”相匹配的“单位重量”，并与“总长”相乘；3、“损耗5%”H4“=ROUND（G4*5%，2）”，作用是在净重基础上计算损耗，函数释义同前；4、“合计”I4“=G4+H4”。5、选中“F4”、“ G4”、“ H4”、“ I4”并拖动复制至第11行，然后用“SUM函数”求出“共计”数，就算出了各种材料的参数。

3.3 把制作好的《钢筋表》复制到CAD中制作《钢筋表》

将3.2中制作好的《钢筋表》或《材料用量表》复制到AutoCAD中，并根据结构设计图，在“型式”一栏中画上各种材料的简易图形，就完成了《钢筋表》的制作。

4、结论

4.1 经测试，

WPS软件Excel表格中的函数及数据完全可以复制到CAD中并生成图形。

4.2 第1、2章均是用测量尺寸（m）直接在CAD生成图形，而图上尺寸单位为mm，亦即图上尺寸单位与Excel表格中的实际尺寸单位相差1000倍。但是，一旦熟练掌握其技巧，则无论是对Excel表格中的数据进行扩大或缩小，或是对AutoCAD上生成的图形进行缩放都是可行的。通常地，都是保持Excel表格中的数据不变，而对AutoCAD上生成的图形进行缩放。

4.3 在本文第2章中，若要增加描述土石分界线等内容也不困难，关键是要理清分界线的起点和终点在《手薄》中的插入位置，其余操作方法是一样的。

4.4 利用Excel数据在CAD上作图和制作钢筋表等等，都只是对现有办公软件综合运用的一些尝试，它们更多的功能有待进一步发掘，这将给我们的工作和生活带来更多的便利。

参考文献：

[1]张慕良，叶泽荣.水利工程测量.中国水利水电出版社，2003.11，ISBN 7-80124-377-3/TV·208.

[2]（日）日花弘子/编著.恒盛杰资讯/译.Excel函数与公式辞典.中国青年出版社/中国青年电子出版社，2007.2，ISNB 978-7-5006-7078-0.