基于EXCEL VBA的隧道斷面超欠挖自動成圖分析

唐友強 （中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶 400030）

1 批量繪圖流程

1.1 超欠挖數(shù)據(jù)計算

使用計算程序?qū)⑼鈽I(yè)使用全站儀采集的平面坐標數(shù)據(jù)轉換為對應的里程、偏距值，取偏距和高程到內(nèi)軌頂?shù)牟钪禐椴杉c在斷面坐標系中的橫、縱坐標，并以此坐標與各個圖元的相對位置找到與之對應的圖元，計算點到對應圖元的垂點坐標得到超欠挖數(shù)據(jù)。

1.2 EXCEL與AutoCAD的通信

EXCEL具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，而AutoCAD具有完善的繪圖功能。通過建立EXCEL與AutoCAD的通信將兩者的優(yōu)點結合起來，可以把大量數(shù)據(jù)中所蘊涵的信息提取出來，以非常直觀的方式進行展示。EXCEL與AutoCAD的通信是基于ActiveX自動化界面技術，這種完全面向?qū)ο蟮募夹g為應用程序提供了一個數(shù)據(jù)中轉站，可實現(xiàn)多種程序之間的數(shù)據(jù)共享[1]。

1.3 批量繪圖計算

根據(jù)斷面圖的圖元組成類型及對應的圖元數(shù)據(jù)，如半徑、角度、距離等確定繪制標準斷面的AutoCAD命令。斷面圖繪制時需要將相近里程的采集點繪制在同一斷面上，并在圖上標注里程。由此，可使用EXCEL VBA判斷語句，根據(jù)計算得到的里程得出需要繪制的標準斷面的數(shù)量以及每個斷面的平均里程。利用EXCEL VBA循環(huán)命令按次序?qū)藴蕯嗝鎴D的橫坐標遞增一合適常數(shù)，進而畫出間距相等的多個標準斷面圖。同理，可將由超欠挖數(shù)據(jù)生成的標注命令繪制在對應的標準斷面圖上。

2 程序?qū)崿F(xiàn)

2.1 超欠挖數(shù)據(jù)計算

超欠挖標注是標注出點到標準斷面的垂直距離，為實現(xiàn)批量操作需使用AutoCAD中的對齊式線性標注[2]，此方法需根據(jù)標準斷面計算出垂點坐標。標準斷面通常是由圓弧與直線組成的軸對稱圖形。對于圓弧，可比較采集點、圓弧起點、圓弧終點到圓心連線的斜率，來判斷與點對應的圓弧。對于直線段，可根據(jù)點到直線段所在直線的的垂點是否在直線段上進行判定。

若與采集點對應的為圓弧，則可由式（1）、（2）得到點到圓弧的垂點坐標：

式中：XC，YC是垂點的橫縱坐標；

XR，YR是圓弧圓心的橫縱坐標；

X，Y，是實測點的橫縱坐標；

R是圓弧半徑，S是實測點到圓心的圓心距。若對應圖元為直線則先根據(jù)直線兩端點坐標求出直線方程，再根據(jù)式（3），（4）求出點在直線段上的垂點坐標：

式中：XC，YC是垂點的橫縱坐標；

X，Y是實測點的橫縱坐標；

a、b、c分別為直線方程中X，Y的系數(shù)和常數(shù)項。

2.2 EXCEL與AutoCAD的通信

EXCEL與AutoCAD的通信是把AutoCAD類型庫加載到EXCEL VBA程序中[3]。其具體操作是打開EXCEL VBA 程序編輯界面，點擊[工具]/[引用]，勾選[AutoCAD 2018 Type Library]，如圖 1。

勾選完成后需要使用如下代碼打開AutoCAD：

Set acadApp=GetObject(，"AutoCAD.Application")'為EXCEL分配一個AutoCAD應用

圖1

2.3 超欠挖斷面圖批量生成

斷面批量生成流程為：

①將數(shù)據(jù)按里程大小排序，根據(jù)里程差值確定斷面數(shù)量；

②畫出對應數(shù)量的標準斷面，并標注相關信息；

③求出每個斷面的平均里程，并按順序標注在標準斷面圖上；

④以對齊線性標注形式將計算得到的超欠挖數(shù)據(jù)按里程標注在對應的標準斷面圖上。

因篇幅所限現(xiàn)將部分代碼展示如下：

3 實例分析

渝懷二線鐵路新圓梁山隧道全長11172m，是渝懷二線鐵路頭號控制性工程，隧道最大埋深約774m，穿越3處溶洞，5條斷層，地質(zhì)構造異常復雜，施工難度大。施工過程中為了在保證施工質(zhì)量的前提下降低施工成本，需要在隧道初期支護完成后進行斷面超欠挖繪圖，并根據(jù)所繪圖形制定下一步施工計劃。

首先根據(jù)隧道里程確定襯砌類型為Ⅲb-W，將襯砌的標準斷面數(shù)據(jù)錄入到EXCEL表格中，其中主要有三個圓弧的半徑與圓心角，兩條直線段由起點到終點的坐標差。然后將外業(yè)使用全站儀采集的初期支護斷面數(shù)據(jù)導入EXCEL表格，截取部分數(shù)據(jù)，如圖2所示，點擊“超欠挖批量成圖”得到超欠挖斷面圖，部分斷面超欠挖圖如圖3所示。

與現(xiàn)有方法相比，此方法具有以下優(yōu)點：

①成圖效率高，根據(jù)里程，一次可自動生成多個超欠挖斷面圖；

②超欠挖直觀，使用“點位標注”和“對齊線性標注”，能直觀的反應出斷面的超欠挖情況；

③斷面信息完整。使用“文字注記”將各種信息自動標注在斷面圖上，便于查閱使用。

圖3