基于C++的橋梁鉆孔樁坐標(biāo)計算程序開發(fā)與應(yīng)用

陳炯偉 李付偉

（中鐵大橋局集團(tuán)第一工程有限公司，河南 鄭州 450000）

1 引言

隨著科技的進(jìn)步，社會的發(fā)展，近年來橋梁建設(shè)尤其長距離橋梁建設(shè)越來越多。 與此同時，施工機(jī)械也在不斷發(fā)展，使得施工進(jìn)度越來越快，這就要求施工測量人員有高效率數(shù)據(jù)處理能力， 計算結(jié)果質(zhì)量高， 以確保施工質(zhì)量。 大部分橋梁施工坐標(biāo)是通過EXCEL 編制公式計算或用卡西歐fx-5800P 編寫坐標(biāo)計算程序，效率低，數(shù)據(jù)質(zhì)量得不到保證[1]。 筆者結(jié)合多年的施工經(jīng)驗，研究了一種斷面定義算法， 并利用C++開發(fā)環(huán)境開發(fā)了一套橋梁坐標(biāo)計算軟件，在施工中應(yīng)用高效而準(zhǔn)確。

2 數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)

平曲線最基本的線型元素是圓曲線和緩和曲線，在線路坐標(biāo)計算中每個施工測量人員必須掌握線型元素知識，它是計算的核心[2]。 在本軟件中用最基本的線型計算參數(shù)和計算公式作為數(shù)學(xué)模型。

2.1 緩和曲線基本要素計算公式

（1）切線角公式

β 為緩和曲線長l 所對應(yīng)的中心角。

（2）緩和曲線角公式

（3）緩和曲線的參數(shù)方程

2.2 圓曲線基本知識

β=180°/π×L/R（L=βπR/180°），弧長公式中β 為圓心角。 △X=sinβ×R，△Y=（1-cosβ）×R，C=弦長，X=X1+cos（α±β/2）×C，Y=Y1+sin（α±β/2）×C，β 代表偏角，即弧上任一點所對的圓心角。 β/2 是所謂的偏角（弦長與切線的夾角）?！鱔、△Y 代表增量值，X、Y 代表準(zhǔn)備求的坐標(biāo)，X1、Y1 代表起算點坐標(biāo)值，α 代表起算點的方位角，R 代表曲線半徑。

2.3 直線基本知識

式中，X0、Y0為起點坐標(biāo)，L 為里程差，C 為切線方位角。

3 開發(fā)語言的選用

C++語言支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計， 與C 相比提供了更好的類型檢查機(jī)制， 提供了更好的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)[3]；C++語言與其他面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言相比，最重要的優(yōu)點是程序的執(zhí)行效率高；C++可以最充分地利用面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）的優(yōu)勢。 OOP 可以用模塊化方法進(jìn)行編程，從而避免每次從頭開始。 構(gòu)件還可以擴(kuò)展，通過繼承生成具有新功能的新構(gòu)件。 軟件利用了C++面向?qū)ο髲?qiáng)大的語法功能類，類中的數(shù)據(jù)具有隱藏性，類還具有封裝性，也具有代碼的重用性，定義類有利于代碼的有效管理，而且C++語法簡單易用，開發(fā)效率高[4]。 在代碼編寫中定義了data 類和Qxcalculate 類， 所有的成員變量和方法都在該類中實現(xiàn)。 開發(fā)平臺選用Visual C++6.0 功能強(qiáng)大的可視化軟件開發(fā)工具。

4 軟件模塊與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法

本軟件中模塊：文件管理模塊，曲線參數(shù)輸入模塊，數(shù)據(jù)錄入模塊，計算模塊。

為了更有效地處理數(shù)據(jù)，設(shè)計出好的算法，編寫出結(jié)構(gòu)清晰而且效率高的程序，必須研究數(shù)據(jù)的特性、數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系及其對應(yīng)的存儲表示， 并利用這些特性和關(guān)系設(shè)計出相應(yīng)的算法和程序， 好的算法， 使程序效率較高。

本程序定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

（1）曲線參數(shù):public struct Pqxcs。

（2）孔跨定義:public struct Qlccs。

（3）斷面定義:public struct ZzzwDuanMianCs。

（4）數(shù)組（Array）。

軟件開發(fā)的數(shù)據(jù)錄入中數(shù)據(jù)格式的驗證采用語言中的正則表達(dá)式， 正則表達(dá)式是一種高效的數(shù)據(jù)匹配驗證方法，可對錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性驗證。 正則表達(dá)式是一種文本模式，包括普通字符（例如a 到z 之間的字母）和特殊字符（稱為“元字符”）。 模式描述在搜索文本時要匹配一個或多個字符串。

軟件中正則表達(dá)式的驗證代碼：

//正則表達(dá)式1

//正則表達(dá)式2

軟件計算坐標(biāo)的主要算法： 本軟件主要采用斷面定義法來計算橋梁下部結(jié)構(gòu)坐標(biāo)（鉆孔樁，承臺，墩身），將同種樁型斷面定義為一種編號。 首先計算設(shè)計線路中心線坐標(biāo)X、Y，再計算參考線中線（待求點位所在中線）坐標(biāo)X、Y。 在施工中實際情況是，有些設(shè)計線路中線與線路中線不重合（如雙線設(shè)計）。 本軟件所有參數(shù)為設(shè)計線路參數(shù)，并在計算過程中設(shè)有線間距輸入對話框，線路中線在設(shè)計線路左（右）側(cè)，線間距輸入正（負(fù)）距離，軟件會自動判讀歸算到計算點的參考中心線上。 考慮到有緩和曲線的線路計算中坐標(biāo)精度問題， 算法采用在第二緩和曲線計算先通過第一緩和曲線的起點坐標(biāo)（X，Y），起點方位角（C）計算交點（JD）坐標(biāo)（X，Y），再通過交點坐標(biāo)（X，Y），轉(zhuǎn)角（β），切線長（T）計算第二緩和曲線終點坐標(biāo)（X，Y）和方位角（C），然后通過里程（K）反推計算中線坐標(biāo)（X，Y），這樣計算得到的中線坐標(biāo)精度非常高。 其主要函數(shù)定義代碼如下。

第二緩和曲線坐標(biāo)計算函數(shù)實現(xiàn)代碼如下：

圓曲線坐標(biāo)計算函數(shù)實現(xiàn)代碼如下：

通過編輯計算點距中線（中心點）的橫向偏距Hoff，縱向偏距Voff，斷面編號來計算坐標(biāo)。 本軟件考慮到在實際工程橋梁設(shè)計中參考線與線路中心線有任意夾角（一般設(shè)計90°）的情況，在算法當(dāng)中定義了墩切線計算，可計算實際任意角的參考切線方位角， 使得軟件在計算中具有通用性。 實現(xiàn)代碼如下：

計算公式：先設(shè)一標(biāo)志量，fangweizb。 如果Voff＞0，則

5 軟件界面

具體包括軟件啟動封面設(shè)計，軟件框架設(shè)計，按鈕設(shè)計，面板設(shè)計，菜單設(shè)計，標(biāo)簽設(shè)計，圖標(biāo)設(shè)計，滾動條及狀態(tài)欄設(shè)計，安裝過程設(shè)計。

6 計算坐標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

以實際工程項目中一段數(shù)據(jù)為實例進(jìn)行計算， 平曲線參數(shù)如下。

孔跨定義文件，鉆孔樁，承臺，墩身斷面定義文件可通過EXCEL 編輯，計算結(jié)果如下。

?

軟件通過實際施工中項目部分?jǐn)?shù)據(jù)得出的結(jié)果與用其他方法計算的結(jié)果對比如下表所示， 觀察差值可知數(shù)據(jù)計算結(jié)果準(zhǔn)確無誤。

軟件計算坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)對照表

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7 結(jié)論

在工程施工測量中橋梁計算及圖紙復(fù)核是必不可少的工作， 對施工設(shè)計圖的審核即是對設(shè)計單位設(shè)計成果的質(zhì)量控制， 也能糾正參與建設(shè)活動的各方的不規(guī)范行為。 而且圖紙審核是在施工圖設(shè)計文件之后，交付施工之前，基本上可以杜絕設(shè)計圖的設(shè)計質(zhì)量隱患，有效避免各種損失，保證建設(shè)的質(zhì)量。 現(xiàn)在施工設(shè)備及工藝越來越先進(jìn)，施工速度越來越快，要求測量人員快速而準(zhǔn)確地計算出現(xiàn)場測量放樣數(shù)據(jù)。 本軟件在計算中采集的數(shù)據(jù)量較少，使用者把主要工作放在圖紙復(fù)核和計算要素統(tǒng)計上，主要整理墩中心里程、夾角、要計算的斷面，整個計算集成化，自動進(jìn)行運(yùn)算，速度快，不需要人工參與，給施工測量人員帶來極大方便。

［1］張正祿.工程測量學(xué)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005-10-01.

［2］熊春寶.測量學(xué)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，1996.

［3］譚浩強(qiáng).C++程序設(shè)計［M］.中國鐵道出版社，2006-3-1.

［4］（美）（MarkAllenWeiss）維斯.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析C++描述E［M］.人民郵局出版社，2007.