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地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)校核的CAD系統(tǒng)研究

   2006-04-28 中國(guó)路橋網(wǎng) 佚名 11240
摘 要 對(duì)地鐵限界設(shè)計(jì)、校核工作進(jìn)行了分析、研究,提出了一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行該項(xiàng)工作的新思路,并詳細(xì)介紹了適合這種新方法的CAD 系統(tǒng)的建立過(guò)程及設(shè)計(jì)方法。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國(guó)家整體實(shí)力的提高,我國(guó)各大城市相繼建造了地下鐵道。為避免地下鐵道的車輛、設(shè)備、隧道的斷面形狀和尺寸五花八門造成的混亂,使之統(tǒng)一為幾種形狀和尺寸,上海鐵道大學(xué)受建設(shè)部的委托編寫出版了《城市地下鐵道限界標(biāo)準(zhǔn)》[1 ] (簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》),規(guī)定凡新建的城市地下鐵道、與地下鐵道連成網(wǎng)的地面及高架鐵道均應(yīng)符合該《標(biāo)準(zhǔn)》,即要進(jìn)行地鐵限界的納入校核。眾所周知,對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)講,這是一項(xiàng)繁鎖、細(xì)致、工作量大的工作。本文就此根據(jù)地鐵限界標(biāo)準(zhǔn),提出了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、校核地鐵限界的新思路,并詳細(xì)介紹了CAD 系統(tǒng)的建立與實(shí)現(xiàn)的方法。
1  地鐵限界設(shè)計(jì)、校核及其CAD 系統(tǒng)的建立過(guò)程
1. 1  地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、校核
根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》,地鐵限界包括地鐵車輛限界、地鐵設(shè)備限界和地鐵建筑限界三大部分,每部分又分第一類甲型,第一類乙型和第二類三種,對(duì)于建筑限界每種又可分為矩型、圓型、馬蹄型以及車站高架等幾種。第一類地鐵限界適用于第三軌受電的地下鐵道,第二類地鐵限界適用于架空線受電的地下鐵道。新建的城市地下鐵道、與地下鐵道連接成網(wǎng)的地面及高架鐵道應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn);已建的地下鐵道有條件的可按本標(biāo)準(zhǔn)靠近;按本標(biāo)準(zhǔn)施工的地下鐵道維修改建等也應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)。地鐵限界設(shè)計(jì)、校核的傳統(tǒng)工作方法是: 手工計(jì)算、設(shè)計(jì)地鐵限界,獲取控制點(diǎn)信息后繪制限界圖與同樣是手工繪制的標(biāo)準(zhǔn)限界圖比較校核。由于地鐵限界種類繁多,這種工作方法不但工作量大,而且不宜修改,特別是對(duì)于曲線區(qū)段,因不同的曲線半徑將對(duì)應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)限界圖,已不能很好地適應(yīng)當(dāng)前需要,為此設(shè)計(jì)了CAD 系統(tǒng)。
1. 2  CAD 系統(tǒng)的建立過(guò)程
本文開(kāi)發(fā)的“地鐵限界設(shè)計(jì)、校核CAD 系統(tǒng)”是供新建、維修、改建城市地下鐵道時(shí)校核所設(shè)計(jì)的車輛限界、設(shè)備限界、建筑限界是否符合標(biāo)準(zhǔn)用的。該CAD 系統(tǒng)建立過(guò)程如下:
① 根據(jù)地鐵限界的設(shè)計(jì)、校核任務(wù),制訂任務(wù)書。
② 分析任務(wù)特征。按地鐵車輛限界、地鐵設(shè)備限界直線區(qū)段、曲線區(qū)段、地鐵建筑限界直線區(qū)段、曲線區(qū)段等劃分成5 組。
③ 編制地鐵限界圖。按照地鐵限界標(biāo)準(zhǔn),分組建立地鐵圖形庫(kù),為CAD 應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
④CAD 系統(tǒng)支持軟件的選用,如系統(tǒng)軟件、圖形軟件等選用較成熟、應(yīng)用較廣的軟件。
⑤ 應(yīng)用軟件的研制。根據(jù)支持軟件提供的條件按應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
2  CAD 系統(tǒng)信息結(jié)構(gòu)及其各模塊的功能和實(shí)現(xiàn)
2 . 1  CAD 系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)
圖1 所示為地鐵限界CAD 系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)。這是一種人機(jī)交互方式實(shí)現(xiàn)的信息結(jié)構(gòu),它表明地鐵限界CAD 作業(yè)過(guò)程是由傳統(tǒng)工作方式在計(jì)算機(jī)參與下演變而來(lái)的。圖1 中間部分為地鐵限界設(shè)計(jì)、校核流程。人機(jī)交互過(guò)程步驟如下:
① 輸入原始信息。信息來(lái)源于車輛、設(shè)備、建筑工程圖,形成斷面控制點(diǎn)坐標(biāo)。
② 類型選擇。選擇設(shè)計(jì)、校核的類型并計(jì)算或生成斷面控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件。
③ 根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件自動(dòng)生成地鐵限界圖。
④ 從圖形庫(kù)中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)地鐵限界圖與之比較、觀察并測(cè)量計(jì)算,判斷是否完全納入標(biāo)準(zhǔn)限界圖之中。
⑤ 符合要求則輸出計(jì)算結(jié)果和設(shè)計(jì)地鐵限界圖; 不符合要求則修改原始數(shù)據(jù)后返回③,重新校核或退出系統(tǒng)。

圖1  地鐵限界CAD 系統(tǒng)的信息結(jié)構(gòu)
2 . 2  系統(tǒng)各模塊的功能及其實(shí)現(xiàn)
本文所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的CAD 系統(tǒng)由4 個(gè)模塊2 個(gè)庫(kù)構(gòu)成。4 個(gè)模塊為: 人機(jī)界面設(shè)計(jì)、地鐵車輛限界設(shè)計(jì)、地鐵限界圖的自動(dòng)繪制及校核、文檔處理。2 個(gè)庫(kù)為: 標(biāo)準(zhǔn)地鐵限界圖形庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)。下面將這些模塊的功能及其實(shí)現(xiàn)分別作一介紹。
(1) 人機(jī)界面設(shè)計(jì)
人機(jī)界面設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面, 它必須向用戶提供一個(gè)友好的人機(jī)操作環(huán)境, 這個(gè)環(huán)境應(yīng)具有操作的直觀性、靈活性及操作簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。為圖2  菜單結(jié)構(gòu)此,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了級(jí)聯(lián)式全屏幕菜單,中文顯示,菜單結(jié)構(gòu)如圖2 所示。用戶使用時(shí)只需用光標(biāo)鍵或鼠標(biāo)來(lái)選擇功能,十分簡(jiǎn)單易行。

為實(shí)現(xiàn)本模塊功能,選用具有簡(jiǎn)潔、表達(dá)能力強(qiáng)、模塊化結(jié)構(gòu)、可移植性好的Borland C + + 語(yǔ)言編程[2 ] ,采用了由菜單描述數(shù)據(jù)和菜單關(guān)系數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),建立了菜單類、窗口類、選項(xiàng)類、PCX 類及其對(duì)相應(yīng)類進(jìn)行操作的類函數(shù)。
(2) 地鐵車輛限界計(jì)算
本模塊為地鐵車輛限界的計(jì)算,包括限界尺寸的計(jì)算和按照地鐵車輛限界確定新設(shè)計(jì)車輛的最大斷面輪廓兩部分,其計(jì)算方法采用地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法,以得到地鐵車輛限界坐標(biāo)及一些控制點(diǎn)的縮減量,同時(shí)生成數(shù)據(jù)文件,為下一模塊生成限界圖服務(wù)。
(3) 地鐵限界圖的自動(dòng)繪制及校核
本模塊主要是圖形支撐軟件AutoCAD 進(jìn)行的二次開(kāi)發(fā)。其主要功能是根據(jù)斷面控制點(diǎn)數(shù)據(jù)文件在屏幕上自動(dòng)生成限界圖,并進(jìn)行了必要的標(biāo)注。圖3 為該模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖3  模塊結(jié)構(gòu)
實(shí)現(xiàn)本模塊的關(guān)鍵在于高級(jí)語(yǔ)言與AutoCAD 的接口。AutoCAD 提供了一種從正文文件中讀出和執(zhí)行命令組的工具,利用這種工具可以執(zhí)行預(yù)定的命令序列,這個(gè)工具就是SCRIPT 文件[ 3 ] ,其格式類似于DOS 操作系統(tǒng)中的批處理,即:命令1  選擇項(xiàng) 命令2  選擇項(xiàng) ?  命令n  選擇項(xiàng)。
因此設(shè)計(jì)接口程序就是利用高級(jí)語(yǔ)言的處理功能,生成AutoCAD 的SCRIPT 文件,然后轉(zhuǎn)化成Auto2 CAD 下的圖形。為此,用Borland C + + 語(yǔ)言設(shè)計(jì)了這個(gè)接口程序。在接口設(shè)計(jì)中,公共數(shù)據(jù)的定義放在嵌入文件GSQL . H 中,在調(diào)用時(shí)用INCLUDE 包含進(jìn)去,并在函數(shù)中用extern 說(shuō)明傳遞數(shù)據(jù),其它的繪圖命令選擇參數(shù),則通過(guò)啞實(shí)結(jié)合來(lái)傳遞。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了幾十個(gè)C 語(yǔ)言函數(shù),調(diào)用這些函數(shù)可以生成具有相應(yīng)AutoCAD 命令的SCRIPT 文件。
(4) 文檔處理
上述各個(gè)模塊所完成的任務(wù)可以說(shuō)是整個(gè)系統(tǒng)最主要和最基本的,文檔處理也是一項(xiàng)重要工作,因?yàn)樗P(guān)系到如何保存,并輸出設(shè)計(jì)、校核工作的結(jié)果,同時(shí)也影響到系統(tǒng)工作效率。文檔處理模塊將對(duì)圖形及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并在打印機(jī)或繪圖儀上輸出,還可根據(jù)需要保留這些圖形及數(shù)據(jù),建立用戶圖形庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù),以便日后調(diào)閱使用。
(5) 標(biāo)準(zhǔn)地鐵限界圖形庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)
建立標(biāo)準(zhǔn)地鐵限界圖形庫(kù)是為校核服務(wù)的,根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》將其涉及的各種限界標(biāo)準(zhǔn)圖全部按比例并編碼繪制后存入計(jì)算機(jī),組成圖形庫(kù),供上述模塊調(diào)用。其實(shí)現(xiàn)方法是根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》,輸入數(shù)據(jù)文件,并調(diào)用模塊(3) 繪制限界圖,經(jīng)標(biāo)注后按一定比例存盤。圖4 為地鐵限界圖。

圖4  地鐵限界圖
3  結(jié)束語(yǔ)
地鐵限界標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、校核系統(tǒng)應(yīng)用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的方法,使用了鏈表形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),從而使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,程序編制容易,節(jié)省內(nèi)存空間,減少運(yùn)行時(shí)間,提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。全部程序用Bor2 land C + + 語(yǔ)言編制,并已應(yīng)用該系統(tǒng)先后為國(guó)內(nèi)一些將要建造地鐵的城市做了一些工作。實(shí)踐證明,本文所提出的方法是高效可行的。


原文作者:徐博銘 周奇才


 
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