桥梁勘察设计辅助软件设计研究

2020-09-23张亚州孔凡弦

建材世界 2020年4期

张亚州,孔凡弦

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉 430052)

随着我国经济的快速发展，以及桥梁建造、设计技术的逐渐成熟，越来越多的标准化、装配式桥梁被应用于新线桥梁、改扩建桥梁项目中。装配式桥梁具有施工方便、施工质量易控制的优点。

在桥梁的勘察设计过程中，桥梁勘察、设计软件发展迅速，目前较为成熟的有桥梁大师、桥梁通、桥梁专家系统等。这类软件可以快速生成桥型布置图、平面图等信息，可以极大地提高生产效率。然而由于项目实际情况、需求的多样性，目前还没有软件能将桥梁勘察设计过程中的所有任务集成到软件中，并且由于各个设计院具有自己的绘图默认习惯，软件无法满足各个单位的个性化需求[1]。为提高桥梁勘察设计效率，将生产力从繁重、重复的工作中解脱出来，一些勘察设计人员借助excel、autolisp等软件制作了与自己工作密切相关的小插件，提高了生产效率[2-4]。然而excel与cad交互性较差，且许多任务如绘制桥梁分联示意图等，需要在cad中生成或改变新图元等工作，无法简单采用excel完成。Autolisp为autocad的内置编程语言，与cad交互性较好，但是需要一定编程基础，且其可视化效果较差。

鉴于以上原因，作者基于MATLAB语言[5]设计了一款桥梁勘察设计软件，主要处理勘察、设计阶段的重复性工作，简单、快速、准确完成计算、绘图任务。软件设计有GUI截面[6]，且采用参数化设计[7]，可以更大程度地适用于不同类型、不同要求的计算、绘图任务。

1 软件总体设计

软件实现的三大功能：测量资料的转换，根据跨径提测量资料，画分联示意图。软件根据对数据的处理阶段可以分为三个模块：前处理、分析计算、后处理模块。前处理主要是获取数据，这里主要采用了两种，一种是通过读取excel文件的方式获取其中的数据，另一种是通过在gui界面上根据用户输入获取数据。分析计算模块为软件的核心功能，该模块根据不同的要求进行编写，主要为对数据的处理、计算等，需要注意的是该模块需要根据功能分析做好规划，这也是需要向有经验的员工请教的地方，软件需要完成什么样的任务，如何做更为便捷。最后是后处理模块，该部分主要功能是将计算结果进行输出，该部分需要对其他软件的接口数据进行充分调研。

2 软件功能介绍

2.1 测量数据处理模块

在项目定测阶段，桥梁设计人员需要与测量单位互相提供要求及成果，然而由于使用软件的差别，测量环境的影响等，测量单位提供的测量结果往往无法直接导入到桥梁设计软件中，如设计桥梁时，需要中桩地面线，以及左右各n米的地面线，然而由于无法每次都精准地测量到左右n米处的地面高程，或者由于环境条件制约，只能测其左右位置地面高程，因此，本软件提供了一种对原始测量数据的处理模块。主要实现：

1)根据测量单位提供的相对距离绝对高程测量数据，将其转换为相对距离相对高程(即抬杆法)格式。

2)根据测量单位提供的相对距离绝对高程测量数据，采用内插法(相似三角形原理)输出左右n米纵断面线，并生成scr脚本文件，导入到cad中。

2.2 测量资料模块

在外业勘察期间，往往需要多专业的配合，专业之间通过互提资料单等方式提出测量要求和提供测量成果。桥位地形测量便是其中一项。在桥梁布孔之后，需要测量桥墩处的地形资料，并且当跨径较大时，还需要根据要求进行加测。本模块实现的功能即是根据跨径和起始点桩号，提供写有测量桩号的excel文件。

2.3 分联示意图模块

在多数桥梁绘图软件(如JSL-桥梁专家系统)中，生成的图纸并无桥梁分联示意图，且当桥梁的跨径较大、桥孔较多时，分联示意图的绘制将花费较多时间，本模块实现根据跨径等信息生成可被autocad直接读取的脚本文件，在软件中，用户可以指定支座信息包括类型和型号。

2.4 用户界面(GUI)

该软件的界面如图1所示，文本框为可输入信息，其中灰色已存在的文字为默认设置。软件采用MATLAB进行编写，该软件具有对用户友好，且可对多种格式的数据进行读写，这一点在多软件之间的交互非常重要。

3 软件编制原理

3.1 模块1的实现原理

在模块1，即测量资料的格式转换中，主要分为两个功能：将测试所得的地形数据由相对距离绝对高程转成相对距离相对高程和根据相对距离计算左右一定距离的高程。在这个问题中需要准确识别每个横断面的测点数量，这也是采用excel软件较难处理的问题。在MATLAB可以采用元胞数组，元胞数组在读取excel文件后，对excel内的每一个位置均读入变量内的一个元胞，可以采用以下语句选择非零元胞(即剔除空白处)：

Da =xlsread(strh,Sheet{kk});

Ca =sum(Da(i+1,:)>0);

在确定每个断面的测点数之后，即可采用后续的逻辑关系计算抬杆法。

在计算左右各n米处纵断面线时，步骤是先找到一组数据Di,Di+1，使Di

3.2 模块2的实现原理

模块2实现的功能为根据给出的跨径组合，输出测量资料。该部分采用MATLAB软件的优点主要为可以根据提供的资料快速、自动形成excel文件。在软件中可以设定两个测量断面之间的最大间距，也可以根据常用的跨径设定确定的测量形式(%后为注释内容，不编译)：

maxspn=10; %最大间距

sp25=[8 8 9]; %25 m跨径的分法

sp35=[8 9 9 9]; %35 m跨径的分法

3.3 模块3的实现原理

模块3的功能是根据提供的跨径信息，在cad中画出分联示意图。Autocad提供了脚本文件的交互方式，即以.scr格式的文件加载到Autocad中。

在一组分联图中，共有分联线、支座标识、支座型号、支座类型、桥墩编号、伸缩缝型号等信息，软件的解决方案为：根据用户输入，确定一个分联线的起点，并以此为原点，计算其他元素距该起点的相对位置，然后根据该相对位置确定其他元素各绘图组码值。在确定完各绘图元素的组码后，生成.scr文件供autocad调用绘图。下列代码为matlab写出.scr文件的操作。

fid=fopen('fenlian.scr','w+');

fprintf(fid,'(command "text" (list %.3f %.3f) "" "90" "D80型伸缩缝") ',zz2(1),zz2(2));

fclose(fid);