鐵路連續(xù)梁計(jì)算書(shū)模板程序解決方案

邢　雨

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司橋梁院，天津 300142)

橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)，又稱橋梁設(shè)計(jì)算單，是橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程的書(shū)面體現(xiàn)，算單內(nèi)容應(yīng)完整、清楚，格式標(biāo)準(zhǔn)，條理分明，引用數(shù)據(jù)有可靠依據(jù)，計(jì)算結(jié)果應(yīng)與圖紙一致。目前鐵路橋梁算單的制作多采用手工填寫(xiě)編輯的方法，存在格式不統(tǒng)一、編輯效率低、重復(fù)性勞動(dòng)多、易出錯(cuò)等缺點(diǎn)，因此有必要編制一款軟件，便于工程設(shè)計(jì)人員快速制作格式標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容完備的算單。

MATLAB是作為一種計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的軟件，具備強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算功能、作圖功能，以及豐富的實(shí)用工具箱等優(yōu)點(diǎn)[1]。MATLAB GUI作為一種新型的圖形用戶界面(Graphical User Interface，圖形用戶接口，簡(jiǎn)稱GUI)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)控件的靜態(tài)設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě)，極大地簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)的過(guò)程[2]。

MATLAB支持COM(Component Object Model)技術(shù)，可以利用ActiveX控件調(diào)用Word、Excel等Microsoft Office應(yīng)用程序自動(dòng)生成符合要求的標(biāo)準(zhǔn)算單。本文以使用MATALAB開(kāi)發(fā)的“鐵路連續(xù)梁計(jì)算書(shū)模板程序”為基礎(chǔ)，總結(jié)了一些軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中的思路和經(jīng)驗(yàn)[3]。

1　設(shè)計(jì)目標(biāo)

為便于程序開(kāi)發(fā)并保證程序功能的實(shí)用性，首先要明確程序的設(shè)計(jì)目標(biāo)。本程序在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中力求達(dá)到以下目標(biāo)：模塊化，內(nèi)容齊全，功能豐富，易于操作(圖1)。

圖1　設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1　模塊化

模塊化編程，是用主程序、子程序、子過(guò)程等框架把軟件的主要結(jié)構(gòu)和流程描述出來(lái)，并定義和調(diào)試好各個(gè)框架之間的輸入、輸出鏈接關(guān)系。模塊化編程具有相互獨(dú)立性、互換性、通用性等特點(diǎn)，各模塊間功能獨(dú)立，結(jié)構(gòu)清晰。采用模塊化編程有利于降低程序復(fù)雜度，使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)升級(jí)等操作簡(jiǎn)單化。

本程序在設(shè)計(jì)過(guò)程中從兩方面執(zhí)行模塊化編程的原則：(1)頂層設(shè)計(jì)，預(yù)先構(gòu)思主程序中應(yīng)包含的子程序，并逐步編程實(shí)現(xiàn)；(2)歸納整理，對(duì)零散的程序語(yǔ)句進(jìn)行封裝。

1.2　內(nèi)容齊全

為保證程序的適用范圍更加廣泛，以用于不同形式、不同施工方法、不同計(jì)算方法的多種連續(xù)梁算單生成，開(kāi)發(fā)人員在編制程序前應(yīng)事先通過(guò)大量資料搜集和調(diào)研工作，盡可能地豐富各參數(shù)的選項(xiàng)，以保證程序的內(nèi)容齊全。

1.3　功能豐富

程序除了能夠?qū)⑦B續(xù)梁算單不同章節(jié)快速、準(zhǔn)確地生成并組合外，還應(yīng)能夠多文檔進(jìn)行多種形式的編輯，如對(duì)字體、段落、標(biāo)題、圖片、表格等進(jìn)行處理，并能自動(dòng)生成目錄、頁(yè)眉頁(yè)腳等。

1.4　易于操作

程序應(yīng)符合用戶使用習(xí)慣，減少不必要的操作，增加實(shí)用功能。軟件初始界面應(yīng)提供默認(rèn)輸入內(nèi)容、選項(xiàng)或路徑；在前后內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的地方，應(yīng)保證對(duì)應(yīng)(附圖)等。

2　編程方法

使用本程序最終生成的算單是Word文檔，而連續(xù)梁計(jì)算的結(jié)果許多是以Excel文檔的形式進(jìn)行記錄的，因此需要利用MATLAB對(duì)Word、Excel進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建或打開(kāi)Word/Excel服務(wù)器、新建空白文檔、頁(yè)面設(shè)置、寫(xiě)入文字內(nèi)容、插入圖片、圖片編輯等功能。

2.1　利用MATLAB生成并編輯Word文檔

2.1.1創(chuàng)建或打開(kāi)Word服務(wù)器

MATLAB中提供了actxserver函數(shù)用來(lái)創(chuàng)建COM自動(dòng)化服務(wù)器，可通過(guò)該函數(shù)創(chuàng)建或打開(kāi)Microsoft Word服務(wù)器[4]。相關(guān)命令如下：

try

Word = actxGetRunningServer('Word.Application');

catch

Word = actxserver('Word.Application');

end。

2.1.2新建空白文檔

可通過(guò)Word服務(wù)器的Documents接口建立空白文檔。相關(guān)命令如下：

Document = Word.Documents.Add;

Document.SaveAs(filespec_user)。

2.1.3頁(yè)面設(shè)置

Document接口下有一個(gè)PageSetup接口，通過(guò)對(duì)其屬性修改，可進(jìn)行頁(yè)面設(shè)置。相關(guān)命令如下：

Document.PageSetup.TopMargin = 60;%上邊距60磅

Document.PageSetup.BottomMargin = 45;%下邊距45磅

Document.PageSetup.LeftMargin = 45;%左邊距45磅

Document.PageSetup.RightMargin = 45;%右邊距45磅

2.1.4寫(xiě)入文字內(nèi)容

可通過(guò)Word服務(wù)器的Selection接口，Document接口的Content、Paragarphs接口寫(xiě)入文字內(nèi)容。

Content接口的Start屬性用來(lái)獲取設(shè)定文字內(nèi)容的起始位置，End屬性用來(lái)獲取或設(shè)定文字內(nèi)容的終止位置，Text屬性用來(lái)寫(xiě)入文字內(nèi)容，F(xiàn)ont屬性用于字體設(shè)置，Paragraphs屬性用于段落設(shè)置。

利用Word服務(wù)器的Selection接口可以在文檔中選定一個(gè)區(qū)域，并對(duì)所選區(qū)域進(jìn)行相關(guān)操作。其Start屬性用來(lái)設(shè)定光標(biāo)的位置，TypeParagraph是Selection接口的一個(gè)方法，相當(dāng)于回車鍵，Text屬性用來(lái)寫(xiě)入文字內(nèi)容，F(xiàn)ont屬性用于字體設(shè)置，Paragraphs屬性用于段落設(shè)置。

相關(guān)命令如下：

Content.Start = 0;%設(shè)置文檔內(nèi)容的起始位置

title = '第一章';

Content.Text = title; % 輸入文字內(nèi)容

Content.Font.Size = 16 ; % 設(shè)置字號(hào)為16

Content.Font.Bold = 4 ;%字體加粗

Content.Paragraphs.Alignment = 'wdAlignParagraphCenter'; %居中對(duì)齊

Selection.Start = Content.end;%設(shè)定下面內(nèi)容的起始位置

Selection.TypeParagraph;%回車，另起一段

yiju= '設(shè)計(jì)依據(jù)';

Selection.Text = yiju; %在當(dāng)前位置輸入文字內(nèi)容

Selection.Font.Size = 12; %設(shè)置字號(hào)為12

Selection.Font.Bold = 0;%字體不加粗

Selection.MoveDown; %光標(biāo)下移(取消選中)

paragraphformat.Alignment = 'wdAlignParagraphCenter';

%居中對(duì)齊

2.1.5插入圖片

利用InlineShapes接口或Shapes接口的AddPicture方法，可以在Word文檔中插入外部圖片。調(diào)用格式如下：

handles=Document.InlineShapes.AddPicture('外部圖片所在路徑')

handles=Document.Shapes.AddPicture('外部圖片所在路徑')

2.1.6設(shè)置圖片格式

對(duì)于Shapes接口插入的圖片可以設(shè)置其文字環(huán)繞方向等版式，調(diào)用格式如下：

Document.Shapes.Item(i).WrapFormat.Type = 3;

而對(duì)于InlineShapes接口插入的圖片則不能直接利用MATLAB進(jìn)行版式設(shè)置[5]。

2.2　利用MATLAB生成并編輯Execl文檔

2.2.1創(chuàng)建或打開(kāi)Excel服務(wù)器

利用actxserver函數(shù)用來(lái)創(chuàng)建COM自動(dòng)化服務(wù)器，通過(guò)該函數(shù)創(chuàng)建或打開(kāi)Microsoft Excel服務(wù)器。相關(guān)命令如下：

try

% 若Excel服務(wù)器已經(jīng)打開(kāi)，返回其句柄Excel

Excel = actxGetRunningServer('Excel.Application');

catch

% 創(chuàng)建一個(gè)Microsoft Excel服務(wù)器，返回句柄Excel

Excel = actxserver('Excel.Application');

end。

2.2.2新建工作簿

可通過(guò)Excel服務(wù)器的Wordbooks接口建立空白文檔。相關(guān)命令如下：

Workbook = Excel.Workbooks.Add;

Workbook.SaveAs(filespec_user)。

2.2.3獲取工作表對(duì)象句柄

一般情況下，一個(gè)工作簿下包含三個(gè)工作表(WordSheets)，編輯Excel文檔都是在工作表中完成的。可以通過(guò)ActiveSheet接口獲取正在工作的工作表對(duì)象句柄。相關(guān)命令如下：

ActivateSheet=Workbook.ActivateSheet。

2.2.4選取工作表區(qū)域

通常用戶需要在一個(gè)工作表中選取一些區(qū)域，然后在這些區(qū)域里進(jìn)行操作。工作表對(duì)象下的Range方法用于選取工作表區(qū)域，生成Range對(duì)象。相關(guān)命令如下：

h1=Sheet1.Range('A1:H1')。

3　界面展示

程序設(shè)計(jì)了封面、第一章 設(shè)計(jì)依據(jù)及適用范圍、第二章 結(jié)構(gòu)形式、第三章 荷載、材料及施工方案、第四章 縱向計(jì)算、第五章橫向計(jì)算共六大模塊，對(duì)應(yīng)連續(xù)梁算單的六個(gè)章節(jié)(圖2)。

圖2　軟件模塊

3.1　封面

包括工程名稱、適用工點(diǎn)、梁跨信息等需要填寫(xiě)或修改的內(nèi)容；編寫(xiě)時(shí)間自動(dòng)生成，并可編輯(圖3)。

圖3　封面界面

3.2　第一章

包括設(shè)計(jì)依據(jù)和適用范圍兩大部分，采用了面板、編輯框、命令按鈕等控件(圖4)。

圖4　第一章界面

3.3　第二章

包括結(jié)構(gòu)信息、長(zhǎng)度(縱向)信息、寬度(橫向)信息、高度/厚度(豎向)信息、曲梁布置、插入結(jié)構(gòu)圖/橫斷面六個(gè)部分，采用了面板、下拉列表、編輯框、選擇按鈕、命令按鈕等控件(圖5)。

圖5　第二章界面

3.4　第三章

為節(jié)省界面空間，分兩頁(yè)設(shè)置。包括主力、附加力、特殊荷載、材料、施工方案五個(gè)部分，采用了面板、列表框、下拉列表、編輯框、選擇按鈕、單選按鈕、命令按鈕等控件(圖6)。

圖6　第三章界面(第一頁(yè))

3.5　第四章

包括計(jì)算模型、荷載組合及控制工況、計(jì)算結(jié)果三個(gè)部分，采用了面板、列表框、下拉列表、編輯框、選擇按鈕、命令按鈕等控件(圖7)。

3.6　第五章

為節(jié)省界面空間，分三頁(yè)設(shè)置。包括計(jì)算說(shuō)明、計(jì)算荷載及荷載工況、計(jì)算結(jié)果三個(gè)部分，采用了面板、列表框、下拉列表、編輯框、命令按鈕等控件(圖8)。

4　程序的優(yōu)勢(shì)及展望

4.1　優(yōu)勢(shì)

(1)提供標(biāo)準(zhǔn)算單。本程序生成的算單具備統(tǒng)一的格式，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板制作標(biāo)準(zhǔn)算單。標(biāo)準(zhǔn)化是先進(jìn)和高效的象征，可以使資源合理利用，簡(jiǎn)化生產(chǎn)技術(shù)，是自動(dòng)化、電算化的前提。

圖7　第四章界面

圖8　第五章界面(第一頁(yè))

(2)降低算單的出錯(cuò)率。使用程序生成的算單出錯(cuò)率很低，這體現(xiàn)在三方面：①由于主要數(shù)據(jù)是單獨(dú)填寫(xiě)的，因此注意力集中，不易出錯(cuò)；②由于一般性的語(yǔ)言是程序設(shè)定的，不存在錯(cuò)別字的情況；③易于復(fù)查，對(duì)于自查，可以通過(guò)檢查輸入數(shù)據(jù)來(lái)確定，注意要及時(shí)檢查，對(duì)于復(fù)核，只需要復(fù)核重點(diǎn)數(shù)據(jù)即可，不用把精力太放在錯(cuò)別字、格式等低級(jí)錯(cuò)誤上。

(3)提高算單的制作效率。使用程序生成算單效率很高，這體現(xiàn)在三方面：①可以節(jié)省手動(dòng)打字、粘貼文字和圖片、表格等制作算單內(nèi)容的時(shí)間；②程序自動(dòng)調(diào)整字體、段落、標(biāo)題、圖片、表格等格式，可以節(jié)省編輯算單格式所用的時(shí)間；③出錯(cuò)率低，可以減少自查、復(fù)查的時(shí)間。

4.2　展望

(1)增加簡(jiǎn)支梁模塊。由于采用模塊式編程，可對(duì)相關(guān)模塊進(jìn)行修改和調(diào)整，以適應(yīng)簡(jiǎn)支梁算單程序的要求。

(2)輸出英文版算單功能。隨著“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的加快推進(jìn)，我國(guó)承擔(dān)了越來(lái)越多的國(guó)際項(xiàng)目，許多項(xiàng)目需要提供英文版的資料，算單就是其中之一。通過(guò)對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行修改，可以生成拼寫(xiě)正確、語(yǔ)法標(biāo)準(zhǔn)的英文版連續(xù)梁算單，減少文字、語(yǔ)法方面的錯(cuò)誤，大大降低算單的編輯時(shí)間。

(3)計(jì)算與繪圖功能。MATLAB本身具有非常強(qiáng)大的計(jì)算和科學(xué)繪圖功能，可將橋梁計(jì)算的部分內(nèi)容融入到程序之中，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、輸出一體化。