朱海鵬

（沈陽市市政工程設(shè)計研究院，遼寧沈陽 110015）

0 引言

道路工程計算機輔助設(shè)計應(yīng)用廣泛，其中縱斷面設(shè)計數(shù)據(jù)量大，成圖量多，設(shè)計方法的改進對提升道路設(shè)計工作效率至關(guān)重要，多年來國內(nèi)對縱斷面設(shè)計方法不斷研究，取得了較好的成果。在計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域，AutoCAD.NET API 經(jīng)過十余年的發(fā)展，類庫逐漸完善成熟，新的科技成果應(yīng)該轉(zhuǎn)化為道路設(shè)計的利器。筆者在多年的道路設(shè)計實踐中，編制過多種工作模式的縱斷面設(shè)計程序。本文介紹的是一種基于夾點拖動的縱斷面動態(tài)拉坡新方法。該方法應(yīng)用夾點強制協(xié)議技術(shù)，對縱斷面切線和豎曲線對象的夾點進行重定義，通過簡單直觀的夾點拖動，實現(xiàn)縱斷面快速設(shè)計。

1 道路縱斷面特性分析

道路縱斷面設(shè)計過程包括數(shù)據(jù)準備、縱斷拉坡、成圖輸出等，設(shè)計成果包括縱斷圖、土方橫斷圖、土方量表及多種數(shù)據(jù)表格?？v斷面設(shè)計數(shù)據(jù)量較多，需要編制數(shù)據(jù)文件，在筆者編制的道路設(shè)計軟件中，數(shù)據(jù)文件采用 Excel 格式文件，包括縱斷高程、變坡點、平曲線、交叉口、橋梁墩臺、地質(zhì)概況、橫斷高程、橫斷面分段、橫斷面類型、邊坡分段、邊坡類型、清除表土、扣除土方、用地界線工作表。

縱斷面設(shè)計的成圖格式多種多樣，需要大量的選項設(shè)置來控制，包括標注欄、縱斷面標注、橫斷面標注和圖幅布局設(shè)置?？v斷圖在設(shè)計文件中是分頁裝訂的，因此圖紙分頁的品質(zhì)具有重要作用。筆者編制的道路設(shè)計軟件，將縱斷面拉坡設(shè)計和成品圖表輸出作為兩個獨立模塊，首先通過數(shù)字化模型的縱斷面進行動態(tài)拉坡設(shè)計，確定變坡點方案后再輸出成圖，設(shè)計過程清晰明確，操作簡單。

分析道路縱斷面，主要由縱斷剖面線、高程標注欄、高程格網(wǎng)、高程標尺、附加標注幾部分組成，圖形元素較多，見圖1所示。縱斷剖面線包括原地面線和設(shè)計線兩種，原地面線是現(xiàn)地實測高程的描述，在縱斷面設(shè)計過程中保持固定不變。縱斷面設(shè)計線由一系列直線段和曲線段組成，為實現(xiàn)夾點拖動式的動態(tài)拉坡，軟件將設(shè)計線用切線和豎曲線兩種對象來組合，兩者均為多段線實體。實際工程設(shè)計中，經(jīng)常需要多個設(shè)計線方案比選，縱斷面拉坡圖需要支持多條設(shè)計線并存，最后一次編輯的設(shè)計線為當前設(shè)計線，標注欄高程值及所有圖面標注，反映的是當前設(shè)計線拉坡結(jié)果。特別要注意的是，道路縱斷面縱向比例和橫向比例通常是不一致的，這一特性對編程和應(yīng)用均有較大影響，需要予以特別考慮。道路縱斷面設(shè)計的目的，是在滿足控制點高程要求的情況下，通過平衡沿線土方填挖量，設(shè)計一條技術(shù)經(jīng)濟指標合理、滿足規(guī)范要求的設(shè)計線。

2 AutoCAD.NET 夾點強制協(xié)議

現(xiàn)有的縱斷面設(shè)計動態(tài)拉坡方法，大多是通過一個無模式對話框顯示縱斷面參數(shù)，在表格控件中修改參數(shù)然后更新縱斷面，此法操作繁瑣，效果不直觀。筆者在編制道路設(shè)計軟件時，通過分析研究，應(yīng)用 AutoCAD.NET API 夾點強制協(xié)議，以夾點拖動法實現(xiàn)了縱斷面設(shè)計動態(tài)拉坡。該方法無須調(diào)用命令，直接選取圖形實體，拖動系列特征夾點即可完成操作。

隨著 Windows 操作系統(tǒng)版本升級，基于.NET Framework 技術(shù)的應(yīng)用程序日益普及，AutoCAD.NET API 編程逐漸成為二次開發(fā)的主流方式，其豐富的類庫足以支持各種類型應(yīng)用軟件。新版本AutoCAD.NET 類庫提供了一種強制協(xié)議（Overrule）類型，包括夾點強制協(xié)議（GripOverrule）、圖形強制協(xié)議（DrawableOverrule）等多種類型，強制協(xié)議允許以編程方式重定義圖形實體的默認行為和外觀樣式。本文所述道路縱斷面設(shè)計動態(tài)拉坡，即應(yīng)用夾點強制協(xié)議技術(shù)實現(xiàn)。

夾點強制協(xié)議類（GripOverrule）從基類Overrule 派生，使用時必須創(chuàng)建基于該類的繼承類。在軟件的具體實現(xiàn)中，對應(yīng)于縱斷面切線和豎曲線對象，創(chuàng)建了切線夾點類（ProfileTangentGrip）和豎曲線夾點類（ProfileCurveGrip），兩者均繼承自GripOverrule 類，按規(guī)則要求重寫基類的獲取夾點、移動夾點、拖動狀態(tài)處理等方法。自定義夾點需要獨立的位置和形狀，為此創(chuàng)建一個繼承 GripData類的自定義夾點數(shù)據(jù)類，其中定義了夾點圖形形狀、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)索引、拖動行為目的等用于縱斷面設(shè)計的屬性。

夾點強制協(xié)議必須在程序加載時自動設(shè)置，以便用戶打開圖形文件后即可執(zhí)行動態(tài)拉坡。實現(xiàn)這一目的需要兩種技術(shù)手段，首先在夾點協(xié)議類中定義一個該類的靜態(tài)實例并創(chuàng)建一個圖形實體過濾條件的靜態(tài)方法，然后通過IextensionApplication 接口的 Initialize 方法調(diào)用靜態(tài)方法。自定義夾點支持 AutoCAD 基本操作，按 Shift鍵可選擇多個夾點同時拖動,使用正交模式或拖動時按住 Shift 鍵限定在垂直和水平方向拖動，拖動時按住 Ctrl 鍵的同時按鼠標右鍵可以選擇各種捕捉方式?；趭A點強制協(xié)議的縱斷面設(shè)計動態(tài)拉坡程序，將技術(shù)復(fù)雜性隱藏在幕后，使用者只需專注設(shè)計工作本身，通過簡單的夾點拖動完成大部分縱斷面設(shè)計工作。

3 縱斷面切線夾點

縱斷面切線對象的自定義夾點設(shè)置為三種，變坡點夾點、坡段中點夾點和坡段拉伸夾點，見圖2所示。變坡點夾點位于切線多段線的頂點，形狀為正方形，橫向拖動時修改變坡點樁號，豎向拖動時修改變坡點高程，也可任意拖動位置，變坡點夾點支持快捷菜單，通過菜單中的添加頂點和刪除頂點，可快速執(zhí)行變坡點的添加刪除。坡段中點夾點位于切線線段的中點，形狀為矩形，用于拖動坡段的橫向和豎向位置，可同時拖動多個坡段。坡段拉伸夾點位于坡段的延伸線上，形狀為三角形，夾點拖動時限定變坡點在坡段及其延長線上移動，用于延長或縮短坡段。

圖2 縱斷面切線夾點示意圖

縱斷面切線夾點拖動時，即可以用鼠標定點，也可通過鍵盤輸入數(shù)值在拖拽線方向精確定點，后者需要考慮縱斷面縱橫比例。夾點強制協(xié)議類內(nèi)部，設(shè)置了點位動態(tài)跟蹤機制，當切線夾點拖動時，用瞬態(tài)圖形實時更新切線和豎曲線，直觀反映縱斷面的變化，如果拖動點位超出合理范圍，設(shè)計線圖形自動還原。夾點拖動后，自動執(zhí)行縱斷面更新，包括控制點標注、豎曲線參數(shù)標注和標注欄中的大量數(shù)值。

4 縱斷面豎曲線夾點

縱斷面豎曲線對象的自定義夾點設(shè)置為三個，起點夾點、終點夾點和通過點夾點，形狀均為圓形，見圖3所示，凸曲線與凹曲線夾點相同。起點夾點和終點夾點用于拖動豎曲線切點，用豎曲線切線長度反算半徑，通過點夾點用于拖動豎曲線的穿越點，用支距反算豎曲線半徑。

圖3 縱斷面豎曲線夾點示意圖

縱斷面豎曲線夾點拖動時，也可用鼠標定點和鍵盤輸入兩種方式定點，拖動相鄰豎曲線的端點，可快速實現(xiàn)首尾相接的復(fù)合豎曲線。夾點拖動時，除了用瞬態(tài)圖形實時更新豎曲線，為便于觀察豎曲線切點的變化，軟件在豎曲線端點增設(shè)了標識圓，如果拖動點位超出合理范圍，豎曲線圖形自動還原。在實際應(yīng)用中，可以同時夾選縱斷面切線和多條豎曲線，反復(fù)拖動多種夾點，快速實現(xiàn)預(yù)期設(shè)計效果。

5 縱斷面參數(shù)化設(shè)計

動態(tài)拉坡是道路縱斷面設(shè)計的一種快捷方法，但不是唯一方法，在軟件的具體實現(xiàn)中，包含了諸多參數(shù)化設(shè)計命令?？v斷面切線從數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，適用于修改現(xiàn)有道路，切線從原地面擬合生成，適用于舊路補強設(shè)計，切線從任意多段線轉(zhuǎn)換，對快速實施方案比選十分有用。此外，變坡點和豎曲線的添加、修改、刪除，縱斷面動態(tài)查詢和技術(shù)指標統(tǒng)計等等，均以對話框和命令行方式支持縱斷面參數(shù)化設(shè)計。事實上，僅使用參數(shù)化設(shè)計方法，亦完全可以實現(xiàn)縱斷面設(shè)計。

縱斷面動態(tài)拉坡一般采用鼠標定點的方式進行快速設(shè)計，設(shè)計參數(shù)里的樁號、坡長、坡度和豎曲線半徑大多帶有零數(shù)，而道路設(shè)計的習慣是這些參數(shù)盡可能采用整數(shù)，軟件在縱斷面參數(shù)命令中提供了參數(shù)取整功能，按指定的數(shù)值精度，對縱斷面全線的變坡點里程、縱坡度和豎曲線半徑進行取整運算，見圖4所示?？v斷面設(shè)計完成后，通過導(dǎo)出變坡點命令將設(shè)計結(jié)果導(dǎo)出到數(shù)據(jù)文件，與其它工作表組成完整的數(shù)據(jù)文件，即可輸出格式化的縱斷圖、橫斷圖、土方表等成品圖紙。

圖4 縱斷面參數(shù)化設(shè)計圖示

6 結(jié)語

道路縱斷面設(shè)計從傳統(tǒng)的手工方法到計算機輔助設(shè)計，曾經(jīng)是一個質(zhì)的飛躍，數(shù)字化縱斷面設(shè)計為提高生產(chǎn)力做出了巨大貢獻。科技發(fā)展無止境，筆者在多年的設(shè)計實踐工作中，編制過多種工作模式的縱斷面設(shè)計軟件，從文本格式的數(shù)據(jù)文件到 Excel 表格式數(shù)據(jù)文件，從單純自動成圖到交互式參數(shù)化設(shè)計，歷次進步都融入了計算機科技的發(fā)展成果。近年來 Microsoft Visual Studio 開發(fā)工具發(fā)展很快，AutoCAD 各個升級版本均為 .NET API 類庫增加一些新特性。如何將計算機科技新成果應(yīng)用到道路工程設(shè)計工作中，是個亟待解決的科技成果轉(zhuǎn)化問題。本文所述道路縱斷面設(shè)計動態(tài)拉坡方法研究，提供了一個研究探索的實例，且已取得實際應(yīng)用效果?；趭A點拖動的動態(tài)拉坡設(shè)計，操作簡單，視覺直觀，給道路設(shè)計工作帶來全新感受，實際設(shè)計應(yīng)用中效果良好。

[1] 楊少偉,等.道路勘測設(shè)計[M].北京:人民交通出版社.2004.

[2] 朱照宏,等.道路勘測設(shè)計軟件開發(fā)與應(yīng)用指南[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 符鋅砂.公路計算機輔助設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,2008.