基于Visual Lisp燃氣管道水平定向鉆輔助設計軟件

鄭光耀， 吳澤鑫, 危 唯

(佛山市華禪能燃氣設計有限公司，廣東佛山528000)

1 CAD二次開發(fā)技術的運用

CAD二次開發(fā)技術是開發(fā)者根據用戶需求，運用相關的軟件技術，針對特殊用途對CAD類軟件進行個性化定制的領域。岳海云對Auto Lisp語言、ADS開發(fā)系統(tǒng)、Visual Lisp及基于ActiveX Automation技術的VBA(Visual Basic for Application)開發(fā)工具及Object ARX開發(fā)系統(tǒng)作了簡單的介紹，并歸納各類技術的優(yōu)缺點[1]。郭秀娟等人系統(tǒng)而詳細地介紹了Auto Lisp語言的由來、相應的語法及規(guī)則，并提供簡單的實例，在工程設計領域得到了應用[2]。孫路等人通過一典型實例，闡述了基于Visual Lisp語言進行參數化繪圖的實現方法[3]。劉麗等人基于Visual Lisp開發(fā)環(huán)境，實現了市政電氣輔助設計軟件的研發(fā)，界面清晰，功能全面，適用性好[4]；楊瑞宇基于AutoCAD 2004平臺，進行了鐵路信號專業(yè)區(qū)間圖紙的設計與開發(fā)，可快速準確、保質保量地完成設計任務，以滿足各種線路及車站的設計要求[5]?；谝陨蠈嵗P者利用基于Visual Lisp的CAD二次開發(fā)技術，進行了燃氣管道水平定向鉆輔助設計軟件的研發(fā)及應用，并取得了良好的效果。本軟件可適用于AutoCAD 2007～AutoCAD 2018版本，適用面廣。

① Visual Lisp開發(fā)界面

本軟件為燃氣管道水平定向鉆輔助設計軟件，采用CAD二次開發(fā)技術實現。筆者采用的AutoCAD版本為AutoCAD 2014。在AutoCAD軟件界面，于命令行中輸入命令“vlide”，即可進入CAD開發(fā)環(huán)境，AutoCAD二次開發(fā)編輯器見圖1。點擊左上角“新建文件”按鈕，可新建Visual Lisp文件，Visual Lisp文件編輯界面見圖2。

圖1 AutoCAD二次開發(fā)編輯器

圖2 Visual Lisp文件編輯界面

② 程序代碼編輯及模塊調用

在圖2中的編輯界面即可輸入Visual Lisp代碼，其基本語法可參見文獻[2]。當程序編寫完成后保存程序為LSP文件。若程序用DEFUN函數進行定義，則可封裝為可供外部調用的模塊。模塊在被其他文件進行調用時，可通過LOAD函數進行加載，然后在AutoCAD命令行中輸入模塊名即可進行模塊的執(zhí)行，或者在其他文件中輸入模塊名進行調用。

2 軟件功能及實現

① 軟件框架

本軟件分為數據輸入、數據處理及數據輸出3部分，軟件流程見圖3。

圖3 軟件流程

② 數據輸入功能及實現

數據輸入主要包括燃氣管道、定向鉆、地形、交叉管道的數據。對于管徑、壁厚等，軟件采用對話框的形式，由使用者直接通過鍵盤輸入相關數據，并通過Visual Lisp將該類參數設置為全局變量。對于平面圖中的燃氣管道及交叉管線的選取，軟件中主要通過“command”命令調用AutoCAD自帶的圖元選取命令，實現直接按照屏幕上的提示選取的功能。輸入數據界面見圖4，通過鼠標點選圖元見圖5。

圖4 輸入數據界面

圖5 通過鼠標點選圖元

③ 數據處理功能及實現

本文主要基于CJJ/T 250—2016《城鎮(zhèn)燃氣管道穿跨越工程技術規(guī)程》中水平定向鉆鉆孔軌跡的計算方法。鉆進軌跡見圖6。

圖6 鉆進軌跡

圖中R1——入土段曲率半徑，m

R2——出土段曲率半徑，m

L′——軌跡水平投影總長度，m

α——入土角，(°)

β——出土角，(°)

L1、L5——造斜直線段長度，m

L2、L4——曲線段長度，m

L3——水平直線段長度，m

L1′、L5′——造斜直線段水平投影長度，m

L2′、L4′——曲線段水平投影長度，m

L3′——水平直線段水平投影長度，m

H——最大敷管深度，m

具體軌跡計算方法為：

L=L1+L2+L3+L4+L5

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中L——燃氣管道的水平敷設長度，m

造斜是由鉆頭、井下動力鉆具、造斜工具、鉆鋌、鉆桿組成的鉆柱，入井前處于自由彎曲狀態(tài)。其余參數可通過推導得出。通過式(1)～(5)，將實際設計工作中調節(jié)的參數入土點埋深、出土點埋深、入土段總埋深(即最大敷管深度)、入土段曲率半徑、出土段曲率半徑、入土角、出土角設置為變量，以燃氣管道的水平敷設長度L(可通過vlax-curve-getDistAtParam函數獲取燃氣管道的水平長度)為約束，編寫為計算L1～L5及相應曲線參數(如坐標)的函數名為orbit_draw的lisp函數文件，其中利用pline命令即可繪制水平定向鉆的設計軌跡。在軟件中，各控制變量的動態(tài)調節(jié)，主要是通過滑動條控件實現。該控件可通過代碼獲取滑塊的位置對應的值，并實時顯示在相應文本框中。

每次對控件進行調節(jié)后，即調用orbit_draw函數重新繪制軌跡，可使管道的水平定向鉆軌跡也隨之改變，達到了“所見即所得”的效果。滑動條控件見圖7，水平定向鉆軌跡調整前后對比見圖8。使用滑動條控件后，軌跡的調節(jié)更為便捷，精確度更高。

圖7 滑動條控件

圖8 水平定向鉆軌跡調整前后對比

④ 數據輸出功能及實現

確定定向鉆軌跡后，需要將定向鉆軌跡上各點的參數提供給施工單位進行施工。工程上，常使用各鉆桿的深度、坐標、方位角等參數。以每根鉆桿長度3 m為例，程序中每隔3 m取一個點，通過vlax-curve函數獲取該點的深度、坐標、里程信息，將數據導出為Excel表格。

Visual LISP提供了一系列用于創(chuàng)建、操控和關閉ActiveX對象的函數。Visual Lisp中需通過vl-load-com函數加載ActiveX/COM，并編寫接口函數實現與Excel的數據鏈接。與Excel程序連接成功后，經vlxls-app-init函數初始化，通過vlxls-app-new函數新建Excel文件，并將程序中記錄的各點深度等信息逐一寫入各單元格，并設置單元格的文字大小、填充顏色等。寫入完成后，需通過vlxls-app-quit退出該鏈接環(huán)境。導出的Excel表格，極大地方便了數據的統(tǒng)計及匯總。

3 應用實例

以順德碧桂豪園與番禺接通天然氣市政管為例，該工程部分管段采用水平定向鉆敷設。設計管材為PE100 SDR11的PE燃氣管，管道外徑為160 mm，管道壁厚為14.6 mm。經過實地查看，基于勘察單位提供的巖土工程勘察報告及地下管線物探成果，利用本軟件生成水平定向鉆軌跡。

① 數據輸入

a.根據工程現場確定入鉆點位置和出鉆點位置，在建設單位提供的最新地形圖及物探資料的基礎上繪制平面圖方案。通過前期提供的管線物探資料，獲得其他交叉管線的位置及埋深信息并輸入軟件。

b.根據項目實際情況，確定所設計的燃氣管道的參數(管徑、壁厚、材質)、定向鉆工藝中所使用的鉆桿間距、地面標高并輸入至軟件界面。將地形剖面線繪制于平面圖中適當位置，并通過軟件中的圖元選擇按鈕進行選取。在其基礎上通過繪制交叉管線按鈕繪制交叉管線。

c.完成上述步驟后，管道埋深的信息可通過調節(jié)相應滑塊設置，其余參數已由軟件初始化。

② 數據處理

a.數據輸入完成后，點擊“定向鉆軌跡繪制”按鈕，可直接繪制燃氣管道軌跡的剖面圖。若需調節(jié)某參數，則通過該參數對應的滑塊進行調整，軟件可實時修改定向鉆軌跡數據并實時繪制更新后軌跡，實現“所見即所得”的效果。

b.確定管道最終軌跡后，軟件將自動計算每根鉆桿的數據，包括鉆桿所在處軌跡的曲率半徑、方位角、旋轉角、鉆進里程等數據。本工程軟件生成的水平定向鉆軌跡見圖9。

③ 數據輸出

點擊“導出為Excel文件”按鈕，軟件將各鉆桿對應的數據直接導出為Excel文件，并可直接打開。

圖9 生成的水平定向鉆軌跡