巧用CAD等軟件解決小型水利工程設(shè)計中的小問題

丁榮輝

【摘要】文中的設(shè)計計算方法是基于小型水利工程和簡易測量手段提出的，對于大中型或重點水利工程，多利用地形圖和CASS等軟件進行輔助設(shè)計，但作為基層水利工作者，利用本文提出的方法解決渠道、鄉(xiāng)村公路等小型工程設(shè)計計算問題將會更加簡便易行，并且滿足相關(guān)精度要求。

【關(guān)鍵詞】AutoCAD軟件；Excel表格；繪制縱、橫斷面圖；制作鋼筋表

在基層從事水利工作的工程技術(shù)人員，經(jīng)常會碰到推求渠道底坡、繪制渠（管）道縱斷面圖、計算渠道土石方挖填工程量或橋涵鋼筋量等小問題，如果采取手工辦法一點一點繪圖和推算會感覺很麻煩，但結(jié)合Excel和AutoCAD等辦公軟件共同使用，則解決這些小問題就顯得十分輕松了。

1、將Excel中的縱斷面測量成果在CAD上繪制成縱斷面圖

1.1 縱斷面測量外業(yè)成果

渠道縱斷面測量的任務(wù)是測出渠道中心線上各里程樁和加樁的地面高程，了解縱向地面高低情況，并繪制縱斷面圖，進而推求設(shè)計渠底線、渠頂（臺）線等。

1.2 AutoCAD軟件中二維坐標(biāo)的使用說明

AutoCAD軟件中的二維坐標(biāo)為（x，y），其中，（1）x為橫坐標(biāo)，代表里程（或平距），y為縱坐標(biāo)，代表高程（或高差）；（2）AutoCAD軟件中二維坐標(biāo)的起點（或原點）為（0，0）；（3）直接將Excel表格中二維坐標(biāo)（單位為m）復(fù)制到AutoCAD上生成的圖形，其比例為1：1，圖上單位為mm（毫米）。

1.3 縱斷面圖的繪制

1.3.1 選取一段某水庫灌溉渠道工程《縱斷面測量成果表》如下。

因為AutoCAD軟件中二維坐標(biāo)之間是用“，”隔開的，故要將上表中“里程（或距離）”與“地面高程”、“設(shè)計渠底高程”、“設(shè)計渠頂高程”展繪成縱斷面線，必須先將它們合成為二維坐標(biāo)。

在英文輸入狀態(tài)下，在Excel表格I4中輸入“=B4&”，”&C4*10”，回車；同理，在J4中輸入“=B4&”，”&E4*10”，回車；在K4中輸入“=B4&”，”&F4*10”，回車，選中I4，J4，K4單元格并拖動復(fù)制所有的二維坐標(biāo)如上表右邊部分。這里，I4等單元格中的y坐標(biāo)均乘以10，主要是為了凸顯地面起伏情況而對高程擴大10倍的。

1.3.2 選中上表中一列需要繪制縱斷面線的坐標(biāo)值（一次只能繪制1條線，故一次只選1列），并復(fù)制在剪貼板上，如選中I4至I13列。

1.3.3 打開AutoCAD，在左下角命令行處輸入Line（畫直線）或Pline（畫多段線），回車，出現(xiàn)提示：“Line from point：”（指定起點）?；蛘撸苯釉诶L圖工具欄上選中Line或Pline圖標(biāo)命令，在左下角命令行中出現(xiàn)提示“Line from point：”，在逗號后先單擊鼠標(biāo)左鍵，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，在快捷菜單中選擇Paste（粘貼）命令，這樣就將Excel表格中合成的一列坐標(biāo)值（如I4至I13）傳遞到了AutoCAD中，并自動成1條縱向“地面線”。其余“設(shè)計渠底線”等依此法繪制。

1.3.4 根據(jù)渠道縱斷面的制圖要求，在AutoCAD中“地面線”各里程端點處作垂直構(gòu)造線（Xline）或垂直線。為節(jié)約紙張和便于閱讀，圖上高程可不從零開始繪制，故在地面線下合適位置制作表格，并整理成包含“里程”、“地面高程”、“設(shè)計底板高程”、“設(shè)計渠項高程”、“挖（+）填（-）”、“設(shè)計坡降”等渠道參數(shù)信息表，如下圖，即繪制完成渠道縱斷面圖。

1.3.5 小結(jié)：1、類似地，管道縱斷面、道路縱斷面圖等均可以采用此法繪制；2、為能突出顯示地面起伏情況，也可使高程比例尺保持1：1不變（即Excel表中高程數(shù)據(jù)均不作調(diào)整），將里程（距離）比例尺縮小10～50倍。比如縮小10倍時，具體操作為：在前述1.3.1中的I4單元格內(nèi)輸入“=B4*0.1&”，”&C4，回車，其它單元格J4、K4也依此操作，然后按1.3.3的方法展繪各列坐標(biāo)值，再將3條縱斷面線擴大10倍，即可得到里程小于高程10倍的渠道縱斷面圖。

2、在CAD上將橫斷面測量成果繪制成橫斷面圖

橫斷面測量的任務(wù)，是測出垂直于縱向的各中心樁兩側(cè)的地面高低情況，并繪制成橫斷面圖，進而求出各樁橫斷面上開挖線內(nèi)的挖填面積，最后近似算出渠道挖填工程量，本項工作分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)。

2.1 橫斷面外業(yè)測量及成果

進行橫斷面測量時，需垂直于渠道縱向并以中心樁為起點，向左、向右測出地形變化點之間的距離和高差，并計錄入《橫斷面測量手薄》中。測量時，可以使用水準(zhǔn)儀測出高差配合皮尺量出距離（或用視距法直接測距）。本文采用皮尺配合直尺量取兩點間的平距和高差，如表3。

表中為前述1.3.1某水庫灌溉渠道工程K0+850處的手工測量橫斷面數(shù)據(jù)。

2.2 橫斷面的繪制和使用

2.2.1 中樁標(biāo)記

一般地，在一件工程中，經(jīng)現(xiàn)場實測的橫斷面圖通常較多，為避免混淆和方便閱圖，特提出在繪制橫斷面圖時插入中樁標(biāo)記。

按制圖要求，把中樁標(biāo)記設(shè)定成一個圖上邊長為0.5（mm）的倒正三角形，并自動標(biāo)記在橫斷面圖中心樁處。通過計算，其在CAD上的畫法是由4個二維坐標(biāo)（0，0）、（-0.25，0.433）、（0.5，0）、（-0.25，-0.433）連線而成的一個閉合的倒正三角形。上述4個坐標(biāo)也可以按《手薄》計錄格式記成 。

2.2.2 利用Excel表格處理《手薄》成果

1.設(shè)起點為原點，坐標(biāo)即為（0，0），將《橫斷面測量手薄》中地形變化點的平距和高差自左向右逐點錄入Excel表格中的B列和C列。注意：中樁左側(cè)的數(shù)據(jù)錄完后，加入中樁標(biāo)記的后3個坐標(biāo)值（因為起點已錄入，中樁是插入的，故只錄后3個點），然后再錄入《手薄》右側(cè)的數(shù)據(jù)，如下表所示。

2.因為橫斷面圖是一條連續(xù)的地面線，其坐標(biāo)軌跡是逐點累進形成的，所以必須先從起點開始，并將后一個點的平距和高差在前一個點的基礎(chǔ)上分別累加，包括3個中樁標(biāo)記點也是如此，直到累加到《手薄》右側(cè)的最后一個點。

在Excel表格中，單元格D3“=B3”，E3“=C3”，F(xiàn)3“=D3&”，”&E3”；在D4中輸入“=D3+B4”，在E4中輸入“=E3+C4”，選中D4、E4單元格拖動復(fù)制D列和E列，然后選中F3單元格拖動復(fù)制F列形成二維坐標(biāo)。選中上表中合成的F列二維坐標(biāo)，并復(fù)制在剪貼板上。

3.按前述1.3.3的方法操作就得到了一條起點為原點、且?guī)в兄袠稑?biāo)記的地面線（橫斷面圖），其比例為1：1，圖上單位為mm（毫米）。

2.2.3 在橫斷面圖上計算挖填工程量（仍以本文1.3中《縱斷面測量成果表》為例）

首先，在AutoCAD中按1：1比例尺畫出渠道開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面圖。

第二，在中樁標(biāo)記處三角形頂點處畫一條水平線，對照前述《縱斷面測量成果表》里程樁號為K0+850的設(shè)計底板高程，向下平移這條水平線1.313（mm），即為設(shè)計渠底開挖深。

圖中，平移距離=地面高程-設(shè)計底板高程+渠底厚度=93.906-92.793+0.2=1.313mm。

第三，選中渠道開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面圖底部中點，將此圖復(fù)制到平移后的水平線端點，延伸或修剪后形成與橫斷面地面線相包圍的渠道開挖斷面圖，如圖4。

最后，使用AutoCAD中帶有的測量工具，得出渠道開挖或回填面積，從而列表計算出整條渠道的開挖回填工程量（此處從略）。

3、利用Excel表格在CAD上制作鋼筋表

在工程設(shè)計過程中，經(jīng)常需要將結(jié)構(gòu)圖上設(shè)計使用的各種材料制作成鋼筋表或材料用量表，這項工作極為繁雜，下面介紹的方法將使其有所簡化。

3.1 用Excel表格制作《材料理論重量表》

先在一張Excel表格上將經(jīng)常用到的“一級鋼筋”、“二級鋼筋”、“工字鋼”等材料理論重量整理成下表5。

3.2 用Excel表格制作《鋼筋表》或《材料用量表》

再在另一個Excel表格上設(shè)計1張《**工程鋼筋表》，表中包括“編號”、“型式”、“凈重”等內(nèi)容，如表6。

表5中的“編號”、“直徑”、“根長”、“根數(shù)”4項內(nèi)容需根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計進行統(tǒng)計錄入，而“總長”、“凈重”、“損耗5%”、“合計”4項內(nèi)容則可以通過Excel表格的強大功能來完成，如上表中：1、“總長”F4“=ROUND（D4*E4/100，2）”，其作用是計算單根材料總長，并對得數(shù)進行四舍五入，同時保留小數(shù)點后兩位數(shù)字；2、“凈重”G4“=F4*IF（ISERROR（VLOOKUP（C4，材料理論重表！$A$3：$B$19，2，）），""，VLOOKUP（C4，材料理論重量表！$A$3：$B$19，2，））”，是一個結(jié)合了“邏輯判斷”、“檢測一個值是否為錯誤值”和“數(shù)據(jù)查找”三個函數(shù)進行嵌套的復(fù)合函數(shù)，來共同找出C4內(nèi)容與《材料理論重量表》中“型號”相匹配的“單位重量”，并與“總長”相乘；3、“損耗5%”H4“=ROUND（G4*5%，2）”，作用是在凈重基礎(chǔ)上計算損耗，函數(shù)釋義同前；4、“合計”I4“=G4+H4”。5、選中“F4”、“ G4”、“ H4”、“ I4”并拖動復(fù)制至第11行，然后用“SUM函數(shù)”求出“共計”數(shù)，就算出了各種材料的參數(shù)。

3.3 把制作好的《鋼筋表》復(fù)制到CAD中制作《鋼筋表》

將3.2中制作好的《鋼筋表》或《材料用量表》復(fù)制到AutoCAD中，并根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，在“型式”一欄中畫上各種材料的簡易圖形，就完成了《鋼筋表》的制作。

4、結(jié)論

4.1 經(jīng)測試，

WPS軟件Excel表格中的函數(shù)及數(shù)據(jù)完全可以復(fù)制到CAD中并生成圖形。

4.2 第1、2章均是用測量尺寸（m）直接在CAD生成圖形，而圖上尺寸單位為mm，亦即圖上尺寸單位與Excel表格中的實際尺寸單位相差1000倍。但是，一旦熟練掌握其技巧，則無論是對Excel表格中的數(shù)據(jù)進行擴大或縮小，或是對AutoCAD上生成的圖形進行縮放都是可行的。通常地，都是保持Excel表格中的數(shù)據(jù)不變，而對AutoCAD上生成的圖形進行縮放。

4.3 在本文第2章中，若要增加描述土石分界線等內(nèi)容也不困難，關(guān)鍵是要理清分界線的起點和終點在《手薄》中的插入位置，其余操作方法是一樣的。

4.4 利用Excel數(shù)據(jù)在CAD上作圖和制作鋼筋表等等，都只是對現(xiàn)有辦公軟件綜合運用的一些嘗試，它們更多的功能有待進一步發(fā)掘，這將給我們的工作和生活帶來更多的便利。

參考文獻：

[1]張慕良，葉澤榮.水利工程測量.中國水利水電出版社，2003.11，ISBN 7-80124-377-3/TV·208.

[2]（日）日花弘子/編著.恒盛杰資訊/譯.Excel函數(shù)與公式辭典.中國青年出版社/中國青年電子出版社，2007.2，ISNB 978-7-5006-7078-0.