徐勝利

（廣東華隧建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州 510000）

隨著科技的進(jìn)步以及社會(huì)發(fā)展的需要，我國(guó)的交通工程也在如火如荼的開(kāi)展。中大型城市在不斷拓展地下空間，建立地鐵隧道和管廊隧道，高速公路、鐵路的山嶺隧道長(zhǎng)度也在不斷刷新記錄?？刂茢嗝娴拈_(kāi)挖關(guān)系著質(zhì)量、成本、工期與安全，是施工過(guò)程中的重要一環(huán)[1]，后期斷面測(cè)量關(guān)系的隧道的凈空是否滿足車(chē)輛通行的要求。

1 實(shí)現(xiàn)隧道超欠挖計(jì)算的原理

我們斷面測(cè)量通常得到的是X、Y、Z 這樣的坐標(biāo)值，通過(guò)線路反算只能得到測(cè)量點(diǎn)到線路中線的垂直、水平偏距，得不到我們需要的斷面超欠挖值，需要手動(dòng)在CAD 上進(jìn)行繪圖逐點(diǎn)標(biāo)注。因此在得到斷面偏距數(shù)據(jù)后，需要利用CAD 二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)隧道超欠挖自動(dòng)標(biāo)注計(jì)算。

隧道斷面往往由直線和弧線（把圓看作弧線的一種）兩部分組成，我們的測(cè)量點(diǎn)首先需要判斷超挖還是欠挖，然后計(jì)算測(cè)量點(diǎn)到直線或者弧線的最短距離就得到我們所需要的超欠挖值，超欠挖面積計(jì)算中超挖面積是實(shí)際開(kāi)挖面積與設(shè)計(jì)開(kāi)挖面積的差集，欠挖面積則是設(shè)計(jì)開(kāi)挖面積與實(shí)際開(kāi)挖面積的差集[2]。

2 利用CAD VBA 實(shí)現(xiàn)的步驟

2.1 讀入測(cè)量數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)斷面采用矩陣方式進(jìn)行存儲(chǔ)[3]，利用矩陣數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)線繪制，從起點(diǎn)開(kāi)始按照順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行線元錄入。當(dāng)線元編號(hào)僅有1，且存在圓心坐標(biāo)和半徑，默認(rèn)圖形形狀為圓，需要多段線繪制兩個(gè)180°的圓弧進(jìn)行拼合。直線和弧線部分起點(diǎn)是當(dāng)前線元起點(diǎn)，端點(diǎn)是下一線元起點(diǎn)，采用多段線繪制并閉合。數(shù)據(jù)格式如表1 所示。

表1 參數(shù)矩陣單元規(guī)劃

測(cè)量斷面采用里程以及當(dāng)前里程斷面的逐點(diǎn)水平和垂直偏距，我們將實(shí)際測(cè)量點(diǎn)的偏距作為X、Y 值在CAD 中繪制采用多段線進(jìn)行繪制并閉合。

2.2 計(jì)算超欠挖具體值

我們將設(shè)計(jì)斷面看作是一個(gè)多邊形，具有封閉屬性，將不同的弧線（圓）作為多邊形的“邊”，通過(guò)循環(huán)計(jì)算點(diǎn)到每條邊的最短距離獲得其中的最小值作為超欠挖值，同時(shí)得到最近點(diǎn)，在最近點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)之間采用對(duì)齊標(biāo)注進(jìn)行可視化。循環(huán)“邊”的代碼如下：

為了計(jì)算最小值，引入直線和弧線邊對(duì)應(yīng)的“影響區(qū)”（兩條虛線之間）概念，“影響區(qū)”的測(cè)量點(diǎn)到“邊”的垂線長(zhǎng)為最短距離，垂足為最近點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

圖1“影響區(qū)”示意圖

判斷點(diǎn)在是否在直線的“影響區(qū)”，如圖2 所示，a2+b2

圖2 直線與測(cè)量點(diǎn)示意圖

判斷點(diǎn)在是否在弧線的“影響區(qū)”如圖3 所示，CAD 中弧線和直線擁有角度的特性，通過(guò)獲取弧線的起點(diǎn)、端點(diǎn)角度和直線OP 的角度分別為∠A、∠B、∠P，（∠P-∠A）×（∠P-∠B）×（∠A-∠B）<0 表示測(cè)量點(diǎn)在“影響區(qū)”外，則測(cè)量點(diǎn)到弧線的一端點(diǎn)最近。反之則在“影響區(qū)”,最短距離就是|OP-R|。核心代碼如下：

圖3 弧線與測(cè)量點(diǎn)示意圖

2.3 判斷超欠挖并計(jì)算面積

超挖還是欠挖判斷則是以測(cè)量點(diǎn)為圓心，以0.01mm 為半徑繪制圓并制作面域，因?yàn)?.01mm 較測(cè)量精度高，不管是0.01mm 的超挖還是欠挖對(duì)實(shí)際結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)，通過(guò)2.2 過(guò)程計(jì)算得到的超欠挖值不為0 時(shí)，可通過(guò)判斷設(shè)計(jì)線面域和測(cè)量點(diǎn)圓面域是否有交集，有交集為欠挖，反之為超挖，通過(guò)設(shè)置紅藍(lán)兩種標(biāo)注顏色區(qū)分超欠挖。核心代碼如下：

3 結(jié)論

利用上述程序完成了新白廣機(jī)場(chǎng)段隧道的斷面測(cè)量超欠挖標(biāo)注，平均每個(gè)斷面30 個(gè)點(diǎn)，利用該程序自動(dòng)標(biāo)注和計(jì)算，驗(yàn)證正確后同時(shí)可移植到Excel VBA 中實(shí)現(xiàn)表格和圖像可視化聯(lián)動(dòng)，見(jiàn)圖4。

圖4 程序執(zhí)行效果圖