基于.NET的鐵路站場路基邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

霍 磊，楊文成，鄭 玢，喬俊飛，張小虎

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100073）

鐵路站場路基邊坡具有整體規(guī)模大、設(shè)計(jì)原則復(fù)雜、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較多、工程投資在整體項(xiàng)目投資中占比較高的特點(diǎn)[1-2]。尤其是復(fù)雜山區(qū)的鐵路項(xiàng)目，地形地質(zhì)條件差，邊坡防護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)尤為復(fù)雜，整體附屬工程數(shù)量多且不具備一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，人工計(jì)算需要耗費(fèi)大量的人力及時間。因此，在工期較為緊張的設(shè)計(jì)階段，能夠快速準(zhǔn)確地對邊坡附屬工程量以滿足專業(yè)間協(xié)同需求的格式計(jì)算和輸出是有必要的[3]。

當(dāng)前，針對鐵路站場路基邊坡附屬工程數(shù)量的計(jì)算方法通常是依靠人工量取邊坡長度信息后對其判斷處理，手動計(jì)算后整理輸出。而鐵路站場路基橫斷面具有坡面多、分級多及坡率多等特點(diǎn)，此外，需要統(tǒng)計(jì)的材料類別繁多，如植草、空心磚、客土、骨架鑲邊、骨架踏步、瀝青麻筋等[4-6]。進(jìn)行邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算時，需要人工量取橫斷面中每一面坡每個等級的邊坡長度，并根據(jù)邊坡填土高度判斷采用何種設(shè)備及防護(hù)措施，手動填入相應(yīng)的表格進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出各自的工程量后，調(diào)整格式進(jìn)行資料提取。該方法整體效率低，對于斷面多且密的項(xiàng)目極易產(chǎn)生誤差甚至錯誤。

綜上，本文基于VB.NET程序框架，對AutoCAD進(jìn)行了二次開發(fā)，研發(fā)一套鐵路站場路基邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算軟件（簡稱：本文軟件）。實(shí)現(xiàn)了站場路基邊坡信息自動提取和快速計(jì)算，可輸出符合專業(yè)間協(xié)同需求的工程數(shù)量成果文件。

1 軟件開發(fā)思路

本文以鐵路站場路基邊坡信息快速提取為切入點(diǎn)，通過自動化處理鐵路站場路基橫斷面圖，在AutoCAD中提供全面而高效的邊坡附屬工程數(shù)量快速計(jì)算的解決方案。軟件開發(fā)思路如圖1所示。

圖1 軟件開發(fā)思路

（1）路基邊坡信息提取：利用特征識別技術(shù)，從橫斷面圖中準(zhǔn)確提取出路基邊坡的關(guān)鍵信息，包括斷面里程、邊坡幾何特征等，并以數(shù)據(jù)庫格式存儲。

（2）數(shù)量計(jì)算及整理：內(nèi)置邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算方法，基于提取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動化計(jì)算，并以規(guī)范化、協(xié)同化的格式存儲。

（3）用戶界面設(shè)計(jì)：封裝提取及計(jì)算過程，設(shè)計(jì)用戶界面，提供簡單直觀的操作流程和交互方式，使用戶能夠自定義計(jì)算方法以滿足項(xiàng)目實(shí)際需求。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 路基邊坡信息提取

某鐵路站場中心位置路基橫斷面如圖2所示，圖中，里程信息為“DK29+480”。本文軟件根據(jù)橫斷面圖中獨(dú)有的文字屬性、顏色屬性及含有“DK”字符串等特征，進(jìn)行內(nèi)容提取并存儲至數(shù)據(jù)庫中；同時，根據(jù)路基邊坡獨(dú)有的直線屬性、顏色屬性及坡度屬性等特征，提取其頂點(diǎn)坐標(biāo)等基礎(chǔ)信息，并基于基礎(chǔ)信息計(jì)算邊坡長度、坡度及方向等幾何信息，存儲至數(shù)據(jù)庫中。

圖2 站場路基橫斷面

2.2 工程數(shù)量計(jì)算及整理

路基邊坡防護(hù)種類繁多，包括骨架鑲邊、植草、紫穗槐、客土、碎石墊層、挖槽土及土工格柵等。依據(jù)鐵路工程建設(shè)通用參考圖《鐵路路基邊坡防護(hù)（一般地區(qū)）圖號通路（2015）4401-1》確定部分計(jì)算指標(biāo)[7]，相關(guān)計(jì)算指標(biāo)及算法如表1所示。表中，S為路基邊坡面積，單位：m2；L為路基邊坡長度，單位：m。

表1 工程數(shù)量指標(biāo)及計(jì)算方法

計(jì)算后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理，以規(guī)范化、滿足專業(yè)協(xié)同需求的格式進(jìn)行存儲和輸出，從而為項(xiàng)目提供詳盡、精確的工程數(shù)量與規(guī)格信息。

2.3 交互界面設(shè)計(jì)

受設(shè)計(jì)階段、鐵路標(biāo)準(zhǔn)及所處地區(qū)等條件的影響，鐵路站場路基邊坡附屬工程的設(shè)計(jì)及相應(yīng)的計(jì)算指標(biāo)有所不同[8]。因此，在計(jì)算過程中用戶需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際，實(shí)時修改計(jì)算指標(biāo)、特征參數(shù)等。本文軟件交互界面設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 軟件交互界面

交互界面的內(nèi)容包括輸入端、輸出端及啟動項(xiàng)，用戶可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際，在輸入端對計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行自定義，運(yùn)行完畢后，計(jì)算結(jié)果將在輸出端顯示，同時可導(dǎo)出滿足專業(yè)間協(xié)同需求的成果文件。

3 功能及實(shí)現(xiàn)

3.1 信息提取與存儲

獲取每個路基斷面的邊坡長度并與里程信息相對應(yīng)是信息提取及存儲功能的關(guān)鍵。鐵路站場路基橫斷面圖紙中，每個里程的橫斷面圖形包含了大量的圖形、文字等元素，將這些元素按照特征屬性篩選并提取出路基邊坡信息的步驟如下。

（1）以圖形類型、顏色特征為篩選條件，過濾、刪除圖形元素中的文字、地面線及股道等元素，僅保留路基體外邊線，如圖4所示，此時圖形中的元素類型僅包含多段線元素，并且整個路基邊線為一個整體。

圖4 第1次過濾篩選后圖形包含元素

（2）將路基邊線元素打斷，使得路基邊坡變?yōu)楠?dú)立的直線元素；再以坡度作為篩選條件，過濾掉其他直線，此時模型空間中的元素僅包含路基邊坡元素，如圖5所示，灰色部分表示被篩除的元素。

圖5 第2次過濾篩選后圖形包含元素

（3）在模型空間分別提取邊坡直線元素的起/終點(diǎn)坐標(biāo)存入數(shù)組作為過程參數(shù)，并利用坐標(biāo)信息計(jì)算邊坡長度、邊坡坡度及邊坡方向，再次存入數(shù)組并刪除過程參數(shù)，將計(jì)算結(jié)果與里程對應(yīng)，并排序后存入數(shù)據(jù)庫中。

通過以上步驟可實(shí)現(xiàn)從包含復(fù)雜元素的路基橫斷面圖中按照里程順序提取并存儲邊坡信息的功能，為之后邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算提供準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)，從而代替人工量取工作，更大程度地消除偶然誤差造成的影響。

3.2 多級邊坡識別計(jì)算

在復(fù)雜山區(qū)鐵路的設(shè)計(jì)過程中，高填方路基與深挖方路塹工況較為普遍，路基邊坡往往需要分級設(shè)置，在邊坡信息的提取過程中需要將同一坡面不同等級的邊坡長度進(jìn)行累加計(jì)算，本文軟件將同一坡面不同等級的邊坡長度自動識別并進(jìn)行累加計(jì)算。存在多級邊坡的橫斷面如圖6所示，經(jīng)過過濾篩選后，圖面注釋及地面線等無關(guān)元素已篩除，左側(cè)坡面為兩級邊坡，右側(cè)坡面為單級邊坡。

圖6 含多級邊坡的橫斷面示例

圖6中，不同坡面端點(diǎn)間距最短為D，即路基表面的寬度；屬于同一坡面的相鄰邊坡端點(diǎn)間最小間距為d，即邊坡平臺的寬度。依據(jù)文獻(xiàn)[9]《鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10099-2017），邊坡平臺寬度不大于路基頂面寬度。基于這一理論，多級邊坡識別計(jì)算步驟如下。

（1）根據(jù)鐵路站場路基設(shè)計(jì)原則預(yù)先設(shè)定最小間距d的值，作為判定基準(zhǔn)。

（2）分別計(jì)算各相鄰獨(dú)立邊坡直線端點(diǎn)間的最小距離，將其與d進(jìn)行比較，若最大距離不大于d，則將兩個獨(dú)立邊坡直線判定為同一坡面，同時對長度進(jìn)行累加，否則判定為不同的坡面。

（3）將路基邊坡信息存入數(shù)組，并將計(jì)算結(jié)果與里程對應(yīng)，排序后存入數(shù)據(jù)庫中。

3.3 成果文件生成

不同階段、不同標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目路基邊坡附屬工程設(shè)計(jì)原則通常不一致[10-12]，各數(shù)量類型計(jì)算指標(biāo)也不同，為避免對源代碼的反復(fù)修改，須滿足軟件用戶對計(jì)算指標(biāo)、篩選類等輸入端參數(shù)的自定義修改需求，其主要的實(shí)現(xiàn)步驟如下。

（1）應(yīng)用VB.NET程序框架下的窗體功能對用戶界面進(jìn)行排版設(shè)計(jì)，主要包含輸入端、輸出端、運(yùn)行按鈕及標(biāo)簽注釋等。

（2）在運(yùn)行按鈕內(nèi)寫入編寫的代碼，包含提取方法、數(shù)量計(jì)算方法及導(dǎo)出協(xié)同格式數(shù)據(jù)庫的方法等。

（3）將代碼中內(nèi)置的各類路基邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算指標(biāo)參數(shù)，連接到窗體界面輸入端建立的輸入文本框中進(jìn)行顯示。

（4）在代碼中將各分段內(nèi)路基邊坡附屬工程數(shù)量的計(jì)算結(jié)果求和，求和結(jié)果連接到輸出端建立的輸出文本框中進(jìn)行顯示。

（5）生成解決方案，以.exe格式保存。

用戶需要根據(jù)界面注釋進(jìn)行環(huán)境配置，將站場路基橫斷面圖紙文件與軟件保存至預(yù)先設(shè)置好的路徑之下，打開軟件設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算指標(biāo)等參數(shù)，運(yùn)行軟件即可進(jìn)行全過程計(jì)算，最終導(dǎo)出的數(shù)量成果協(xié)同格式文件如表2所示，該文件格式符合鐵路站場專業(yè)與其他專業(yè)的協(xié)同需求[13-15]。

表2 數(shù)量成果協(xié)同格式文件示意

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的鐵路站場路基邊坡附屬工程數(shù)量計(jì)算軟件基于AutoCAD軟件二次開發(fā)，利用路基邊坡信息提取、多級邊坡識別計(jì)算、通用界面設(shè)計(jì)及封裝等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對站場路基邊坡附屬工程數(shù)量的快速計(jì)算和輸出，輸出成果格式符合站場專業(yè)與接口專業(yè)的協(xié)同需求。通過在多個鐵路項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用驗(yàn)證表明，本文軟件可大幅度降低設(shè)計(jì)人員的工作量，減輕了人為誤差的影響，提高了設(shè)計(jì)精度和效率，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。