敖　翔

(呼和浩特鐵路局，呼和浩特　010010)

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基于AutoCAD_VBA的無縫線路一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)

敖翔

(呼和浩特鐵路局，呼和浩特010010)

摘要：該系統(tǒng)利用AutoCAD VBA API成熟的內(nèi)部封裝機(jī)制，將大量查表計(jì)算工作和參數(shù)運(yùn)算整合到程序模塊內(nèi)，將多個(gè)分步計(jì)算公式在程序內(nèi)部進(jìn)行推導(dǎo)合并，并利用可視化編程工具形成用戶界面。使用戶輸入最少的參數(shù)完成整部計(jì)算，加快計(jì)算速度，減少錯(cuò)誤。該系統(tǒng)還包含繪圖模塊，運(yùn)行VBA宏指揮CAD自動(dòng)繪制無縫線路單元軌節(jié)布置圖。經(jīng)過多個(gè)無縫線路設(shè)計(jì)項(xiàng)目驗(yàn)證，結(jié)果證明該系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。

關(guān)鍵詞：無縫線路；鎖定軌溫；CAD VBA; 自動(dòng)繪圖

在國家加強(qiáng)西部鐵路基建投資的大背景下，西部鐵路交通事業(yè)正步入高速發(fā)展階段。隨著鐵路無縫化的進(jìn)一步深入，大量的新建線路、既有線改造需要鋪設(shè)無縫線路[1]，勘測設(shè)計(jì)任務(wù)十分艱巨。

目前，勘察設(shè)計(jì)行業(yè)最主要的圖形輔助設(shè)計(jì)軟件為AutoCAD平臺(tái)，是Autodesk(歐特克)公司開發(fā)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，主要用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)，經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)已經(jīng)成為國際上最為流行的圖形輔助設(shè)計(jì)工具。它采用開放的架構(gòu)體系，各行業(yè)用戶可以根據(jù)自身特點(diǎn)，進(jìn)一步開發(fā)更適合于專業(yè)的應(yīng)用插件，以滿足各行業(yè)自身的勘察設(shè)計(jì)需求。AutoCAD 二次開發(fā)接口[2-3]提供了種類豐富的編程語言，如基于C#的ARX、基于VB的VBA、基于腳本的Lisp等，用戶可以據(jù)自身實(shí)際情況決定選用哪種API進(jìn)行開發(fā)定制。

Visual Basic for Applications(簡稱VBA)是新一代標(biāo)準(zhǔn)宏語言，是基于Visual Basic for Windows發(fā)展而來。它與傳統(tǒng)的宏語言不同，其具有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)概念和方法。VBA不但繼承了VB簡便、可視化的開發(fā)機(jī)制，而且還具有與VB相似的語言結(jié)構(gòu)，它們的集成開發(fā)環(huán)境IDE(Integrated Development Environment)也幾乎相同。但VBA專門針對(duì)AutoCAD、Office等應(yīng)用程序進(jìn)行優(yōu)化。可輕松訪問AutoCAD 、Excel內(nèi)部數(shù)據(jù)，尤其善于在兩種程序間進(jìn)行交互開發(fā)。VBA編程效率非常高，是理想的輔助設(shè)計(jì)軟件開發(fā)工具。

1編程思路

計(jì)算程序利用VBA[4]成熟的內(nèi)部封裝機(jī)制，將大量查表工作和參數(shù)運(yùn)算整合到程序內(nèi)部模塊內(nèi)，將多個(gè)分步計(jì)算公式在程序內(nèi)部進(jìn)行合并推導(dǎo)，并利用可視化編程工具形成用戶界面，大大簡化計(jì)算過程，加快計(jì)算速度，減少錯(cuò)誤。而后利用程序計(jì)算形成的內(nèi)部數(shù)據(jù)表，指揮VBA自動(dòng)繪制無縫線路[5]單元軌節(jié)布置圖。

2鎖定軌溫計(jì)算流程(圖1)

圖1　鎖定軌溫計(jì)算流程

2.1　無縫線路穩(wěn)定性分析

無縫線路作為新型的軌道結(jié)構(gòu)，它在結(jié)構(gòu)上限制了鋼軌的伸縮，當(dāng)溫升較大時(shí)，鋼軌內(nèi)存積巨大的溫度壓力可能造成鋼軌臌曲，須由穩(wěn)定性分析[6-7]來確定無縫線路允許溫升標(biāo)準(zhǔn)。

計(jì)算模型假定軌道框架為置于連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁。

定曲率法統(tǒng)一公式

允許溫升計(jì)算公式

2.2　無縫線路強(qiáng)度分析

無縫線路的鋼軌在冬季溫降較大時(shí)承受較大的溫度拉力。進(jìn)行無縫線路的強(qiáng)度檢算，目的就是要控制鋼軌所承受的溫度拉力，使之處于容許限度之內(nèi)，避免發(fā)生斷軌事故。

計(jì)算模型假定軌道框架為置于連續(xù)彈性基礎(chǔ)上的等截面無限長梁。

軌底荷載應(yīng)力計(jì)算公式

允許溫降計(jì)算公式

2.3　鎖定軌溫的計(jì)算

無縫線路鎖定軌溫是決定鋼軌溫度力水平的基準(zhǔn)。正確合理的設(shè)計(jì)鎖定軌溫是保證無縫線路運(yùn)營安全的前提。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合允許溫升、允許溫降兩方面因素，鎖定軌溫設(shè)計(jì)采用T0鎖定軌溫計(jì)算公式

其中，Tmax,Tmin為調(diào)查搜集的現(xiàn)場歷年最高氣溫、最低氣溫；Δt升、Δt降分別為允許溫升、允許溫降。

2.4　實(shí)現(xiàn)原理(圖2)

圖2　無縫線路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原理

3單元軌節(jié)布置流程(圖3)

圖3　單元軌節(jié)布置流程

3.1　長軌條長度計(jì)算

通過起訖里程相減獲得長軌條長度(相減后須處理斷鏈數(shù)據(jù))。長度整除單元軌節(jié)標(biāo)準(zhǔn)長度1 997.36，除不盡獲得余數(shù)，余數(shù)不得小于200 m，否則重新計(jì)算并配軌，計(jì)算程序[8]如下：

Dim qidian As Single’聲明起點(diǎn)里程

Dim zhongdian As Single’聲明終點(diǎn)里程

Dim changdu As Single’聲明長軌條長度

Sub danyuan()’計(jì)算單元軌節(jié)個(gè)數(shù)及陪軌長度

qidian=TextBox1.Text

zhongdian=TextBox2.Text

changdu=qidian-zhongdian+(DL(duanlian))

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)

peigui=changdu Mod 1997.36

If peigui <200 Then

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)-1

peigui=(changdu-geshu * 1997.36) / 2

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)+1

Else

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)

peigui=changdu Mod 1997.36

End If

End Sub

3.2　繪制鎖定軌溫標(biāo)注

鎖定軌溫標(biāo)注首先根據(jù)輸入的起訖軌溫，獲得起點(diǎn)、終點(diǎn)單元軌節(jié)需要標(biāo)注的數(shù)據(jù)，再根據(jù)上一模塊計(jì)算出的單元軌節(jié)個(gè)數(shù)，保證相鄰單元軌節(jié)軌溫相差不超過±3 ℃。

Sub guiwen() '計(jì)算鎖定軌溫標(biāo)注

qdguiwen=TextBox3.Text

zdguiwen=TextBox4.Text

wencha=Abs(qdguiwen-zdguiwen)

If wencha > 3 Then

If wencha / geshu > 3 Then

MsgBox "請(qǐng)重新計(jì)算軌溫"

End if

Else

geshu=geshu / 2

End If

geshu=geshu

End Sub

3.3　繪制斷鏈標(biāo)注

將斷鏈數(shù)據(jù)處理為文字型數(shù)組，在常用dwt模板文件中新建塊參照，由于塊參照文件的可編輯特性，可通過文字型數(shù)組的.count屬性獲得斷鏈數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，在經(jīng)過vba處理附加至每個(gè)斷鏈塊參照中。見圖4。

圖4　斷鏈塊插入示意

4算例

錫林浩特至多倫鐵路鋪設(shè)無縫線路工程位于藍(lán)多段為錫多線南端部分位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟境內(nèi)，起點(diǎn)為正藍(lán)旗，終點(diǎn)為多倫，線路經(jīng)過正藍(lán)旗、多倫縣。線路和軌道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分別見表1、表2。

表1　線路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

表2　軌道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在強(qiáng)度檢算模塊(圖5)、穩(wěn)定性檢算模塊(圖6)輸入相應(yīng)軌道參數(shù)后，計(jì)算得出最終鎖定軌溫為正藍(lán)旗端(16±3) ℃、多倫端(13±3) ℃。由于藍(lán)多鐵路全線均為簡支梁橋，無需針對(duì)每座橋單獨(dú)建模進(jìn)行無縫線路檢算。在強(qiáng)度和穩(wěn)定性檢算中，橋上附加縱向力[9-10]已予以考慮，對(duì)全線鎖定軌溫檢算無影響。單元軌節(jié)布置圖繪制界面如圖7所示。

圖5　強(qiáng)度檢算模塊

圖6　穩(wěn)定性檢算模塊

圖7　單元軌節(jié)布置圖繪制界面

在單元軌節(jié)布置圖繪制界面錄入相關(guān)參數(shù)后點(diǎn)擊繪圖，后臺(tái)繪圖模塊自動(dòng)處理之前計(jì)算的軌溫、軌長數(shù)據(jù)，同時(shí)合并處理斷鏈數(shù)據(jù)，利用VBA-API[11-12]指揮CAD成圖。最終圖紙效果見圖8。

圖8　無縫線路單元軌節(jié)布置圖成圖

5結(jié)語

無縫線路一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一個(gè)綜合性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高的輔助設(shè)計(jì)軟件，其不但能夠完成鎖定軌溫及其相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，還能夠根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD圖紙的自動(dòng)繪制。對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性有一定的使用價(jià)值。經(jīng)過多個(gè)無縫線路設(shè)計(jì)項(xiàng)目驗(yàn)證，結(jié)果證明該系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。

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Development of CWR Integrated Design System Based on AutoCAD_VBA

AO Xiang

(Hohhot Railway Bureau， Hohhot 010010， China)

Abstract：The system uses the proven internal encapsulation mechanism of AutoCAD VBAAPI to integrate a large amount of calculation and the parameter operation into the programming module. Multiple step calculation figures are deduced and combined within the program through the system， and user interface is formed by using visual programming tools to allow the user to input the least parameters to complete the whole calculation and speed up the computation and reduce errors. The system also contains Auto Draft module to run VBA macro and command CAD to draw automatically CWR unit rail plan. The results prove that the system is accurate and reliable after CWR engineering validation.

Key words：CWR; Stress-free rail temperature; CAD VBA; Automatic drawing

作者簡介：敖翔(1984—)，男，工程師，工程碩士。

收稿日期：2015-06-14； 修回日期：2015-06-24

中圖分類號(hào)：U213.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.01.004

文章編號(hào)：1004-2954(2016)01-0019-04