基于AutoCAD二次開發的壓力管道單線圖測繪系統

向小勇 吳從容 張松平 葉劍文

（廣州特種承壓設備檢測研究院，廣州510663）

壓力管道單線圖對壓力管道整個行業包括設計單位、安裝單位、使用單位、監察機構和檢驗機構都很重要，能夠準確快速繪制壓力管道單線圖具有重要的意義[1]。目前一般是通過現場手工記錄數據繪制草圖，然后回辦公室后用CAD等軟件繪制單線圖。這種做法動強度大繪圖效率低，并且現場繪制與軟件繪制脫節，容易造成錯漏[2]。

AutoCAD作為一款成功的計算機輔助軟件在機械、建筑、電子等領域的工程繪圖得到了廣泛的應用，但不是專門針對壓力管道單線圖的，因此在實際使用過程中有許多不便之處。目前AutoCAD二次開發的方法較多，如Visual Lisp、VBA、ObjectARX和基于.NET托管的開發方法。AutoCAD的.NET API提供了一系列托管的外包類，使開發人員可在.NET框架下，使用任何支持.NET的語言，如VB.NET,C#和Managed C++等對AutoCAD進行二次開發[3-4]。本研究采用基于.Net API的AutoCAD二次開發方法，對壓力管道單線圖測繪系統進行研究，實現在測量現場就可以生成單線圖，提高壓力管道單線圖的繪制效率。

1 測繪系統方案

1.1 測繪系統工作原理

在現場測繪壓力管道單線圖，需要知道管路的終點相對于起點的長度和方向、管路元素的位置等數據。即數據的獲取以及單線圖的繪制2大部分。總體技術方案如下：設計一個測繪裝置，包括數據測量和單線圖繪制2部分，如圖1所示。

圖1 測繪系統外部結構Fig 1 External structure of surveying andmapping system

數據由測繪儀獲取，單線圖繪制部分在平板電腦上完成。測繪儀和平板電腦安裝在具有水平調整基座的三角架上，方便現場安裝測繪。測繪儀和平板上的繪圖系統通過串口通訊完成數據的傳輸。測量部分向繪圖部分提供方位角、俯仰角和距離等數據，繪圖部分根據這些數據通過CAD軟件的二次開發接口在CAD中繪圖。

有一些比較規則的管路，可以通過目測得到長度和方向，則無需經過測量來獲取數據，直接在繪圖軟件上輸入數據即可完成繪圖。

圖2是壓力管路單線繪圖系統工作原理，系統由測量儀器和單線圖繪圖系統2部分組成。

從圖2可以看出，單線繪圖系統主要由繪圖數據獲取模塊和CAD二次開發模塊組成。對于單線圖的CAD二次開發部分，需要外部提供長度和方向2個數據。如果長度和方向可以目測得到，則通過界面輸入，否則通過測量儀器分別測量2個位置的坐標來計算2個位置之間的長度和方向。在獲取到目標位置距離起點位置的長度和方向之后，通過CAD二次開發接口，在CAD中繪制管線。在繪制完管線之后，根據管路元素在管線的位置添加管路元素，并且將管線和管路元素劃分為管路集合進行管理，最終生成壓力管道單線圖。

1.2 獲取繪圖數據

對于不能目測得到的長度和方向數據，需要通過測量儀器來獲取見圖3。

測量儀器主要包括了1個水平軸編碼器、1個俯仰軸編碼器，1個激光測距儀，1個AHRS（Attitude and Heading Reference System，姿態航向參考系統）。在測量過程中使用水平軸編碼器的角度和俯仰軸編碼器的角度分別作為激光測距儀的水平旋轉角度和俯仰角度，激光測距儀測量目標的距離。數據通過串口通訊模塊和平板上的繪圖系統。

測量和繪圖的時候將單線圖中的方向和笛卡爾坐標軸的方向對應起來，在本系統設計中，以正東方向作為笛卡爾坐標系的x軸正方向，以正北方向作為坐標系的z軸正方向，以正上方作為坐標系的y軸正方向。通過測量儀器獲取回來的水平旋轉角度、俯仰角度和目標距離可以計算該目標位置在該坐標系下的坐標值，根據兩點坐標可以計算它們之間的距離以及矢量方向[5-6]。

1.3 壓力管道單線圖的組成及其實現方式

根據GB/T 6567.1～5—2008以及實際操作中的壓力管道單線圖，先把單線圖的組成如圖4所示劃分，以此可以根據劃分進行繪圖系統的設計[7]。1個單線圖文件對應1個管路系統。1個管路系統由1個或者多個管路集合組成；1個管路集合由管路一覽表、管路注釋以及1條或者多條管路組成。1條管路管線和管路元素組成；管線有1條或者多條直管線組成；管路元素進一步劃分為管件、閥門、控制元件、傳感元件、設備等幾類（分類方法以GB/T 6567.1～5—2008為依據）。

在AutoCAD中，以直線表示直管線，以塊文件表示管路元素、管路注釋和管路一覽表。因此，基于AutoCAD的壓力管道單線圖的研發通過Visual Studio 2010開發平臺開發界面，通過計算單線圖數據，然后調用AutoCAD二次開發接口進行畫線和添加塊的操作。在C#語言環境下，可以直接引用acdbmgd.dll和acmgd.dll這2個動態庫來進行AutoCAD的二次開發。

圖2 系統工作原理Fig 2 System work principle

圖3 測量儀器硬件Fig 3 Hardware of measuring instrument

圖4 壓力管道單線圖的組成Fig 4 The composition of pressure piping single line diagram

繪制直線的方法為給定圖紙上起點和終點的坐標，創建“Line”類型的對象，然后將該直線添加到模型空間，關鍵代碼如下：

Line l=new Line(stPoint,edPoint);//創建“Line”類型的對象，即直線

Database Db=HostApplicationServices.Working-Database;//獲取當前的數據庫

using(Transaction trans=Db.TransactionManager.StartTransaction())

{Db.AddToModelSpace(l);//添加實體到模型空間trans.Commit();//完成實物提交}

對于添加塊的操作，使用了調用CAD指令的方法，即AcadDocument類的SendCommand方法，管件的代碼如下：

AcadDoc.SendCommand(“-insert ”);//AcadDoc是CAD當前激活的文檔，insert是插入塊指令

AcadDoc.SendCommand(fileName+“ ”+x+“,”+y+“,”+z+“ ”+“1 ”+“1 ”+“0 ”)；//指定塊的文件名以及插入的位置，完成塊的插入。

2 單線圖繪圖系統的開發

單線圖繪圖系統主要包括管線的繪制、管路元素的繪制和管路集合的管理等幾個部分。

2.1 繪制管線

繪制管線的關鍵在于獲取目標位置相對于起點的距離和方向，根據數據是使用測量儀器測量還是目測得到的可以分為自動連續測繪方式和手動連續繪制方式，繪制管線的界面如圖5所示。

分別說明如下：

1)自動連續測繪方式。在界面上先勾選“測量”復選框，啟動測繪儀器獲取數據，首先選擇管線的起點，使用測量儀器測量目標位置數據后，由繪圖數據獲取模塊計算得到目標位置相對起點位置的距離和方向（在界面上自動顯示長度和選擇方位選項），然后點擊“繪制管路”按鈕通過CAD二次開發接口繪制直線，并以該目標位置為起點，重復上述步驟，直到完成連續管線的繪制。

2)連續繪制方式。去除勾選界面的“測量”復選框。首先選擇管路的起點，然后估算管路目標點距離起點的長度以及管路的走向方位，然后在界面上輸入長度和選擇方位，點擊“繪制管路”按鈕通過CAD二次開發接口繪制直線，并以該目標位置為起點，重復上述步驟，直到完成連續管線的繪制。

圖5 繪制管線界面Fig 5 Interface of line drawing

2.2 添加管路元素

以添加塊文件的方式添加管路元素。首先根據標準將管路元素繪制成CAD的dwg塊文件，保存在指定的文件夾。設計添加管路元素的操作界面，管路元素按標準GB/T 6567.1～5—2008的說明進行分類，如圖6（a）所示。針對實際使用某種使用管路元素的頻率，將最常用的管路元素設置為放在“默認”列，將上一次使用的管路元素放在“上一次”列，如果需要其他管路元素，則通過“其他”按鈕進行選擇，“上一次”列會根據當前的選擇進行更新。“默認”列通過設置面板進行設置，如圖6(b)所示，通過對每一類管路元素設置“默認類型”和“默認連接方式”來實現。

圖6 管路元素界面Fig 6 Interface of line element

管路元素的添加方法為：在CAD圖上選擇管路對應的線，在添加管路元素界面上選擇需要添加的管路元素按鈕之后，再回到繪圖界面選擇要插入管路元素的位置。系統會根據管路的方向以及管路元素的名稱從系統中選擇對應的管路元素塊插入。

2.3 管路集合管理

繪制完管路和添加完管路元素之后，需要將管路及管路元素劃分到不同的集合方便管理，如圖7所示。

圖7 管路集合管理界面Fig 7 Management interface of line collection

比如選中管路集合中的起始管路或者結束管路，按自動編號按鈕，則會將不同管路元素按管路的走向進行編號；按管路標注按鈕之后，通過設置標注的數據，則可用手在CAD圖上指定插入標注的位置；選中管路集合之后，自動在界面顯示管路總長度、焊點數等數據。在管路繁多的情況下，可以通過設置集合分層顯示來切換不同的顯示內容，如顯示管路或者顯示標注等。

3 結束語

基于AutoCAD二次開發的壓力管道單線圖測繪系統，使用方法簡單，可以在管道安裝及檢驗現場獲得管道上各目標點的精確位置并自動繪制單線圖，也可以根據需要利用系統提供豐富的管路元素塊文件對管路單線圖進行編輯，提高了壓力管道單線圖的繪圖效率，具有一定的使用價值。

[1]楊永信.淺談壓力管道單線圖[J].中國特種設備安全,2007,24(3):21-23.

[2]陳孝富.淺談壓力管道單線圖及其在檢測中的應用[J].機電信息,2010(12):216.

[3]李玉強.基于ObjectARX.NET的AutoAD二次開發及應用[J].山西建筑,2007,7(4):361-362.

[4]方毅.基于C#與AutoCAD的斷面圖繪制程序設計與應用[J].地理空間信息,2012,10(5):143-145.

[5]謝存禧,張鐵.機器人技術及其應用[M].北京:機械工業出版社,2005.

[6]John JCraig.機器人學導論[M].3版.北京:機械工業出版社,2006.

[7]GB/T 6567.1～5—2008技術制圖[S].