AutoLISP在河道CAD中的應用

鄭州市水利建筑勘測設計院 牛國凱 郭 艷

AutoLISP在河道CAD中的應用

鄭州市水利建筑勘測設計院 牛國凱 郭 艷

AutoCAD是當今世界上應用最為廣泛的微機CAD軟件，它的應用遍及工業(yè)、交通、地質(zhì)和氣象等眾多領(lǐng)域。目前，AutoCAD在水利工程中的應用主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是以機代手，進行屏幕設計；另一方面是針對具體的工程設計（具體形式如河道、溝渠、水閘、涵洞等）進行二次開發(fā)，實現(xiàn)參數(shù)化設計。

一、AutoCAD在水利工程中的應用

AutoCAD強大的繪圖功能使得計算機繪制工程圖得到進一步完善。目前對AutoCAD應用最廣的是以機代手，進行屏幕設計，省略了人工描圖過程，從而大大提高了設計速度，且設計圖紙美觀、修改方便。

對于熟練掌握AutoCAD且設計經(jīng)驗豐富的設計者，往往能夠?qū)⒕哂邢嘟问胶蜅l件的設計圖進行歸類。例如，涵洞可分為洞徑0.8m、1.0m、1.2m等幾種類型，事先繪出設計圖紙，形成圖形庫。當設計需要時，只需把滿足條件的圖紙從圖形庫中調(diào)出，修改具體的尺寸、高程等數(shù)據(jù)，即可使用。也就是說，在應用AutoCAD階段，建立圖紙模型庫是提高設計速度的一個好方法。若要使設計速度得到進一步提高，則可以對AutoCAD進行二次開發(fā)：利用AutoLISP語言編程，用DCL語言進行對話框設計，從而形成AutoCAD的二次開發(fā)軟件包，實現(xiàn)參數(shù)化設計。

二、AutoLISP簡介

AutoCAD的二次開發(fā)工具包括AutoLISP、ADSDCL、ASE等工具。其中，AutoLISP語言簡學易懂，DCL對話框美觀實用，因而受到人們的青睞，并得到廣泛應用。

AutoLISP語言是一種嵌入在AutoCAD內(nèi)部的LISP編程語言。LISP（List Processing Language）是一種計算機表處理語言，在人工智能學科領(lǐng)域得到廣泛應用。LISP語言的特點是程序和數(shù)據(jù)都采用符號表達式的形式，也就是說，一個LISP程序可以把另一個LISP程序作為它的數(shù)據(jù)進行處理。因此，使用LISP語言編程靈活方便，就像是進行一個個的函數(shù)調(diào)用。

三、AutoLISP語言編程實例

1.工程概況。十八里河發(fā)源于新鄭市小喬鄉(xiāng)孟莊南溝，河道全長24.8km，流域面積112.3km2，其中鄭州市區(qū)段長10.5km，是鄭州市重要的排洪河道。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對河道的功能也提出了更高要求。鄭州市十八里河生態(tài)治理工程在滿足防洪除澇標準的前提下，達到了合理開發(fā)利用、提高土地利用率、治理河道、防洪除澇、改善人居生態(tài)環(huán)境和提高城市品位的目的。

2.工程設計。根據(jù)《防洪標準》（GB50201-94）、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）和《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98）等有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，十八里河河道治理工程屬于三等工程，堤防級別為二級。根據(jù)《鄭州市城市防洪規(guī)劃》的要求，結(jié)合城市發(fā)展需求，十八里河河道治理防洪標準按照50年一遇的標準設計，除澇標準按照5年一遇的標準設計。為減少土方外運量，在河道兩岸修筑微地形，微地形隔一定距離設置排水口，以方便兩岸排澇。十八里河除了要具有一般河道的防洪、除澇等功能外，還應具有生態(tài)和景觀功能。因此，本次河道軸線的確定以河道現(xiàn)狀中心線為準，宜彎則彎，原則上不進行裁彎取直或改道改線處理。結(jié)合十八里河的河道特點，河道行洪斷面設計采用梯形斷面方案。在滿足行洪斷面要求的基礎上，為適應生態(tài)和景觀的要求，對單一梯形斷面采取子槽開挖、邊坡植草、局部防護等措施，以使治理后的河道斷面自然、美觀、順暢、和諧。

3.AutoLISP語言編程及河道平面設計圖的繪制。在進行河道平面圖設計時，首先在測量的平面帶狀地形圖上勾勒出河道中心軸線，并依次描繪出設計河底線、設計上口線、設計堤頂線等要素。在河道軸線上的每一個拐點處、設定樁號間距確定的整樁號處、圓弧連接的端點和中點處（若河道軸線中包含圓弧段）等關(guān)鍵點，標示出該點的樁號、序號、X坐標、Y坐標、圓弧段圓心坐標和圓弧半徑。本程序可實現(xiàn)上述功能，通過對河道中心軸線CAD實體的獲取，分析其數(shù)據(jù)表，進行數(shù)學計算，繪制相應圖形添加到CAD圖形中，最后生成一個記事本文件。下面匯總列出程序代碼片段：

繪制出的CAD圖片段如圖1所示。

圖1 圖片段

生成的記事本片段如表1所示。

表1 記事本片段

四、AutoLISP的調(diào)試方法

新編寫的程序并不是完全按照用戶編寫的意圖來執(zhí)行的。因此，在獲得錯誤結(jié)果或發(fā)生程序終止的情況下，就需要對程序進行調(diào)試。而在AutoLISP程序調(diào)試中，一般使用Visual LISP提供的調(diào)試器進行調(diào)試，且調(diào)試方法不唯一。以下，給出2種簡單的調(diào)試方法，即全局變量調(diào)試法和內(nèi)部函數(shù)調(diào)試法。

1.全局變量調(diào)試法。在AutoLISP程序中，使用的變量分為局部變量和全局變量2種。局部變量僅僅存在于定義該變量的函數(shù)中，只有在該函數(shù)的運行過程中，變量才能使用。而全局變量則不同，只要未退出AutoCAD環(huán)境，已使用過的全局變量始終保存在內(nèi)存中，隨時可以查詢、修改這些變量的值，所以在程序的調(diào)試階段，可以把程序中的某些關(guān)鍵變量定義成全局變量，在程序運行結(jié)束后，無論是正常退出還是出錯退出，依然可以使用這些全局變量。如，用AutoLISP的PRINC函數(shù)可以查詢變量的值，用SETQ函數(shù)可以修改變量的值。變量定義成全局變量后，在程序出錯中斷運行時，可以通過檢查各個變量的值，了解程序運行的情況，確定問題出在什么地方。

2.內(nèi)部函數(shù)調(diào)試法。AutoLISP內(nèi)部帶有一個調(diào)試跟蹤函數(shù)，使用格式為：TRACE函數(shù)名。這個函數(shù)的作用是給指定的函數(shù)設置跟蹤標志。設置跟蹤標志后，調(diào)用函數(shù)時系統(tǒng)會給出提示。在函數(shù)運行結(jié)束返回時，系統(tǒng)會給出返回結(jié)果。在使用TRACE函數(shù)時，首先要把需要調(diào)試的程序段單獨定義成一個函數(shù)，然后在主程序段中調(diào)用。AutoLISP定義函數(shù)有2種形式：DEFUN函數(shù)名和DEFUNC函數(shù)名。

目前，AutoCAD軟件已經(jīng)在水利工程設計中得到廣泛應用。因此，如何在以機代手、屏幕設計的基礎上更好地實現(xiàn)AutoCAD的二次甚至三次開發(fā)，是水利專業(yè)技術(shù)人員今后的一個重要的發(fā)展方向和研究領(lǐng)域。