山区高速公路可研阶段桥隧工程量自动判别技术研究

卢江 袁坤

摘要：目前国内公路勘察设计企业广泛运用ABOUT公司的HintSoft系统、海地公司的Hard系统等道路CAD软件进行高速公路工可路线设计，在交互完成图形设计后需要人工整理相应的工程数量，工作繁琐、效率低且易出错，制约了高速公路项目前期研究工作的质量、效率，对于山区高速公路的可研阶段来说尤为明显。本文以HintSoft系统高速公路路线交互设计生成的逐桩桩号、设计高程、地面高程和填挖高度数据为基础，研究提出山区高速公路可研阶段桥隧工程量自动判别思路及方法，并利用Excel VBA编程实现，可有效缩短山区高速公路可研工作周期，并对道路设计CAD系统软件的进一步完善提供一定的参考和借鉴。

Abstract： At present， the domestic highway survey and design enterprises have widely used the HintSoft system of ABOUT company， the Hard system of Haiti company and other road CAD software to carry out the highway engineering route design. After the interactive completion of the graphic design， the corresponding engineering quantity needs to be arranged artificially， the work is tedious， the efficiency is low and the error is easy to be made， and the highway project is restricted. The quality and efficiency of the preliminary research work is especially obvious for the feasibility study stage of mountainous expressway. Based on the pile number of pile by pile， design elevation， ground elevation and height of filling and digging height generated by the interactive design of HintSoft system highway route， this paper puts forward the idea and method for the automatic discrimination of the bridge and tunnel engineering quantity in the research stage of the expressway in the mountain area， and realizes it by Excel VBA programming， which can effectively shorten the research work of the mountainous expressway. It provides a reference for further improvement of road design CAD system software.

關键词：山区高速公路;工可研究;桥隧自动判别

Key words： mountain expressway;research on engineering feasibility;automatic discrimination of bridge and tunnel

中图分类号：TP319                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）08-0141-03

0  引言

以HintSoft高速公路交互设计系统为例，人机交互设计完成1：1w高速公路路线方案后，可获得项目路线逐桩桩号、设计高程、地面高程和填挖高度等数据，是工可阶段桥梁、隧道工程量判别的基础。在此基础上，传统的高速公路项目工可阶段桥隧工程量人工判别的基本逻辑为：填方高度大于10米以上路段需考虑设置桥梁;挖方深度大于30米以上的路段需考虑设置隧道。判别流程为：利用道路纵断面交互设计图识别记录填方高度大于10米或挖方高度大于30米的路段起止点桩号，再根据段落长度、填挖方深度等因素确定桥梁孔跨布置形式或隧道进出洞位置，之后手动填入excel表格形成工可阶段项目桥隧工程量估算表格。山区高速公路地形起伏大，桥隧比例高，上述工可阶段人工桥隧判别工作模式量大、繁琐，效率低且易出错，研究实现上述桥隧判别工作模式的计算机自动化，对提升山区高速公路工可研究的质量、效率具有重要意义。

1  判别基础数据及预处理

利用HintSoft系统交互设计完成1：1w工可路线平面、纵面方案后，利用HintSoft系统“calbg”命令即可获得项目路线逐桩地面高程、设计高程、填挖高度等桥隧判别基础数据，该数据存储于“.sta.out.txt”文件中，为文本格式，数据量的大小可根据计算精度要求自行设置。

在满足高速公路工可阶段研究精度要求的前提下，为最大程度的降低桥隧判别计算工作量，提高判别计算效率，利用HintSoft系统生成逐桩数据时，仅需精确到整5米桩或整10米桩，“.sta.out.txt”文本文件数据导入Excel表格中如表1所示。

表1中“/桩号”列为文本格式，在进行判别计算前需将其转换为数字格式，通过循环查找替换语句实现。

2  判别成果形式

山区高速公路项目桥隧比例较高，桥隧工程投资在项目建安费投资构成中占比较大，桥隧工程数量估算的精度是影响项目投资估算精度的关键因素，根据《公路工程基本建设项目投资估算编制办法》（JTG M20-2011）和《公路工程估算指标》的相关要求，工可阶段桥梁工程规模需确定桥梁中心桩号、桥梁孔跨布置型式、桥长、桥宽、桥梁建筑面积、上部结构型式、平均墩高以及下部结构型式等参数，其中桥梁中心桩号、桥梁孔跨布置型式、平均墩高三个参数是确定其余参数的基础;隧道工程规模需确定隧道起讫桩号、隧道长度、布置型式、隧道洞身、明洞长度、管棚长度等参数，其中隧道起讫桩号参数是确定其余参数的基础。因此，本文研究山区高速公路工可阶段桥隧自动判别技术的主要输出成果为桥梁中心桩号、桥梁孔跨布置型式、平均墩高以及隧道起讫桩号参数共5个参数。

3  判别流程及EXCEL VBA编程实现

3.1 判别阈值参数设定

本文引言部分介绍了高速公路工可桥隧判别的一般逻辑，为更好地适应不同地形区域的项目运用，本文研究增加了判别参数的设定环节，可设定桥隧布设的填挖方阈值参数以及控制桥梁孔跨布设的桥长、最大墩高和平均墩高阈值参数。山区高速公路桥梁多为大中桥梁，设计施工已基本标准化，多采用30米或40米两种跨径，本文研究重要考虑以上两种桥梁孔跨布置型式。

3.2 识别填挖交界点，填挖路段分类存储

图1为表1中判別基础数据的图形表示，黑线为地面线，绿线为项目纵面设计线，黑线位于绿线上方表示挖方路段，反之为填方段落，黑线与绿线的交点为填挖交界点。逐一识别出项目全线各个填挖交界点桩号，进而可将项目全线化整为零，识别出项目各个填挖方路段，并以数组形式分别存储。

表1中判断基础数据桩号为整5米桩或整10米桩，一般不存在绝对的零填挖点，因此，本文研究采用从前往后逐个搜索的方式寻找填挖交界点，判别逻辑为：若某组数据填挖值为正（负），与其相邻的下一组数据填挖值为负（正），则认为该组数据对应的桩号点为填挖交界点。（图2）

For i = 2 To a Step 1

If （（Cells（i， 4） > 0 And Cells（i + 1， 4） < 0） Or （Cells（i， 4） < 0 And Cells（i + 1， 4） > 0）） Then

b（c + 1） = i

c = c + 1

Else

End If

Next i

识别出n个填挖交界点后，项目全线被填挖交界点逐个交替分割为n+1个路段，分填方路段和挖方路段分类存储。

3.3 循环判别各个填挖方路段是否需要布设桥隧或隧道

从前往后逐个搜索比较步骤2中存储的各填挖路段逐桩填挖高程与判别阈值的关系，某个填挖路段中任一桩号点填挖值超出判别阈值，则认为该填挖路段需设置桥梁或隧道，将搜索得到的需设置桥梁或隧道的路段逐个分类存储。

For i = 1 To c Step 1

For j = b（i） + 1 To b（i + 1） - 1 Step 1

Dim e As Integer

Dim f As Integer

Dim n As Integer

e = （Cells（j - 1， 4） >= 0 And Abs（Cells（j - 1， 4）） > k） Or （Cells（j - 1， 4） <= 0 And Abs（Cells（j - 1， 4）） > m）

f = （Cells（j， 4） >= 0 And Abs（Cells（j， 4）） > k） Or （Cells（j， 4） <= 0 And Abs（Cells（j， 4）） > m）

n = （Cells（j + 1， 4） >= 0 And Abs（Cells（j + 1， 4）） > k） Or （Cells（j + 1， 4） <= 0 And Abs（Cells（j + 1， 4）） > m）

If （（Not e） And f And n） Or （e And f And （Not n）） Then

g（w） = j

w = w + 1

End If

Next j

Next i

3.4 计算桥梁判别输出参数

按照步骤3的判别逻辑搜索得到的布设桥梁各个路段中，其逐桩填方值呈现出先增大后减小的趋势，靠前或靠后的几个桩号点填方值均较小，需剔除此类桩号点后得到该填方路段对应的桥梁起止点，之后搜索计算该桥梁最大墩高和平均墩高，进而判别桥梁的孔跨布置型式，墩高和孔跨布设需进行迭代计算，最终得到桥梁中心桩号、孔跨布置型式、平均墩高三个判别结果参数。

'初步计算桥梁长度

For i = 1 To brs - 1 Step 1

br（i， 5） = Cells（br（i， 2）， 1） - Cells（br（i， 1）， 1）

Next i

'计算最大墩高和平均墩高

For i = 1 To brs - 1 Step 1

Dim dg（1000） As Single   '存储逐桩墩高

Dim dgs As Integer  '存储数据个数

dgs = 1

For j = br（i， 1） To br（i， 2） Step 1

dg（dgs） = Abs（Cells（j， 4））

dgs = dgs + 1

Next j

For j = 1 To dgs - 1 Step 1

If （br（i， 6） <= dg（j）） Then '判最大墩高

br（i， 6） = dg（j）

End If

dg（1） = dg（1） + dg（j）

Next j

'br（i， 7） = dg（1） / （dgs - 1）

Next i

'判別桥梁标准跨径

For i = 1 To brs - 1 Step 1

If （（br（i， 5） >= qc） Or （br（i， 6） >= zddg） Or （br（i， 6） > ez And br（i， 7） > ez）） Then

br（i， 9） = 40

Else

br（i， 9） = 30

End If

Next i

3.5 计算隧道判别输出参数

与桥梁判别相似，步骤3搜索得到的布设隧道各个路段中，其逐桩挖方值呈现出先增大后减小的趋势，靠前或靠后的几个桩号点挖方值均较小，不是隧道进出洞的准确位置，需剔除此类桩号点后得到该挖方路段对应的隧道起止点桩号。

4  结语

本文研究以HintSoft系统高速公路路线交互设计生成的逐桩桩号、设计高程、地面高程和填挖高度数据为基础，基于Excel VBA编程实现了山区高速公路可研阶段桥隧工程量的自动判别，研究成果已成功运用于云南省楚雄至大理、云县至凤庆等项目工可研究，较大程度地提升了可研编制效率和质量。

参考文献：

[1]张强，刘飚.EXCEL2007与VBA编程从入门到精通[M].电子工业出版社，2008.

[2]Excel Home，Excel.VBA实战技巧精粹[M].人民邮电出版社，2013.

[3]彭金涛，王苏平.现代项目管理知识在工可研究项目中的运用[J].公路交通技术，2002（03）.