山區(qū)高速公路可研階段橋隧工程量自動(dòng)判別技術(shù)研究

盧江 袁坤

摘要：目前國(guó)內(nèi)公路勘察設(shè)計(jì)企業(yè)廣泛運(yùn)用ABOUT公司的HintSoft系統(tǒng)、海地公司的Hard系統(tǒng)等道路CAD軟件進(jìn)行高速公路工可路線設(shè)計(jì)，在交互完成圖形設(shè)計(jì)后需要人工整理相應(yīng)的工程數(shù)量，工作繁瑣、效率低且易出錯(cuò)，制約了高速公路項(xiàng)目前期研究工作的質(zhì)量、效率，對(duì)于山區(qū)高速公路的可研階段來(lái)說尤為明顯。本文以HintSoft系統(tǒng)高速公路路線交互設(shè)計(jì)生成的逐樁樁號(hào)、設(shè)計(jì)高程、地面高程和填挖高度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究提出山區(qū)高速公路可研階段橋隧工程量自動(dòng)判別思路及方法，并利用Excel VBA編程實(shí)現(xiàn)，可有效縮短山區(qū)高速公路可研工作周期，并對(duì)道路設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)軟件的進(jìn)一步完善提供一定的參考和借鑒。

Abstract： At present， the domestic highway survey and design enterprises have widely used the HintSoft system of ABOUT company， the Hard system of Haiti company and other road CAD software to carry out the highway engineering route design. After the interactive completion of the graphic design， the corresponding engineering quantity needs to be arranged artificially， the work is tedious， the efficiency is low and the error is easy to be made， and the highway project is restricted. The quality and efficiency of the preliminary research work is especially obvious for the feasibility study stage of mountainous expressway. Based on the pile number of pile by pile， design elevation， ground elevation and height of filling and digging height generated by the interactive design of HintSoft system highway route， this paper puts forward the idea and method for the automatic discrimination of the bridge and tunnel engineering quantity in the research stage of the expressway in the mountain area， and realizes it by Excel VBA programming， which can effectively shorten the research work of the mountainous expressway. It provides a reference for further improvement of road design CAD system software.

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速公路;工可研究;橋隧自動(dòng)判別

Key words： mountain expressway;research on engineering feasibility;automatic discrimination of bridge and tunnel

中圖分類號(hào)：TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）08-0141-03

0 ?引言

以HintSoft高速公路交互設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例，人機(jī)交互設(shè)計(jì)完成1：1w高速公路路線方案后，可獲得項(xiàng)目路線逐樁樁號(hào)、設(shè)計(jì)高程、地面高程和填挖高度等數(shù)據(jù)，是工可階段橋梁、隧道工程量判別的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的高速公路項(xiàng)目工可階段橋隧工程量人工判別的基本邏輯為：填方高度大于10米以上路段需考慮設(shè)置橋梁;挖方深度大于30米以上的路段需考慮設(shè)置隧道。判別流程為：利用道路縱斷面交互設(shè)計(jì)圖識(shí)別記錄填方高度大于10米或挖方高度大于30米的路段起止點(diǎn)樁號(hào)，再根據(jù)段落長(zhǎng)度、填挖方深度等因素確定橋梁孔跨布置形式或隧道進(jìn)出洞位置，之后手動(dòng)填入excel表格形成工可階段項(xiàng)目橋隧工程量估算表格。山區(qū)高速公路地形起伏大，橋隧比例高，上述工可階段人工橋隧判別工作模式量大、繁瑣，效率低且易出錯(cuò)，研究實(shí)現(xiàn)上述橋隧判別工作模式的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化，對(duì)提升山區(qū)高速公路工可研究的質(zhì)量、效率具有重要意義。

1 ?判別基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及預(yù)處理

利用HintSoft系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)完成1：1w工可路線平面、縱面方案后，利用HintSoft系統(tǒng)“calbg”命令即可獲得項(xiàng)目路線逐樁地面高程、設(shè)計(jì)高程、填挖高度等橋隧判別基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于“.sta.out.txt”文件中，為文本格式，數(shù)據(jù)量的大小可根據(jù)計(jì)算精度要求自行設(shè)置。

在滿足高速公路工可階段研究精度要求的前提下，為最大程度的降低橋隧判別計(jì)算工作量，提高判別計(jì)算效率，利用HintSoft系統(tǒng)生成逐樁數(shù)據(jù)時(shí)，僅需精確到整5米樁或整10米樁，“.sta.out.txt”文本文件數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表格中如表1所示。

表1中“/樁號(hào)”列為文本格式，在進(jìn)行判別計(jì)算前需將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，通過循環(huán)查找替換語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。

2 ?判別成果形式

山區(qū)高速公路項(xiàng)目橋隧比例較高，橋隧工程投資在項(xiàng)目建安費(fèi)投資構(gòu)成中占比較大，橋隧工程數(shù)量估算的精度是影響項(xiàng)目投資估算精度的關(guān)鍵因素，根據(jù)《公路工程基本建設(shè)項(xiàng)目投資估算編制辦法》（JTG M20-2011）和《公路工程估算指標(biāo)》的相關(guān)要求，工可階段橋梁工程規(guī)模需確定橋梁中心樁號(hào)、橋梁孔跨布置型式、橋長(zhǎng)、橋?qū)?、橋梁建筑面積、上部結(jié)構(gòu)型式、平均墩高以及下部結(jié)構(gòu)型式等參數(shù)，其中橋梁中心樁號(hào)、橋梁孔跨布置型式、平均墩高三個(gè)參數(shù)是確定其余參數(shù)的基礎(chǔ);隧道工程規(guī)模需確定隧道起訖樁號(hào)、隧道長(zhǎng)度、布置型式、隧道洞身、明洞長(zhǎng)度、管棚長(zhǎng)度等參數(shù)，其中隧道起訖樁號(hào)參數(shù)是確定其余參數(shù)的基礎(chǔ)。因此，本文研究山區(qū)高速公路工可階段橋隧自動(dòng)判別技術(shù)的主要輸出成果為橋梁中心樁號(hào)、橋梁孔跨布置型式、平均墩高以及隧道起訖樁號(hào)參數(shù)共5個(gè)參數(shù)。

3 ?判別流程及EXCEL VBA編程實(shí)現(xiàn)

3.1 判別閾值參數(shù)設(shè)定

本文引言部分介紹了高速公路工可橋隧判別的一般邏輯，為更好地適應(yīng)不同地形區(qū)域的項(xiàng)目運(yùn)用，本文研究增加了判別參數(shù)的設(shè)定環(huán)節(jié)，可設(shè)定橋隧布設(shè)的填挖方閾值參數(shù)以及控制橋梁孔跨布設(shè)的橋長(zhǎng)、最大墩高和平均墩高閾值參數(shù)。山區(qū)高速公路橋梁多為大中橋梁，設(shè)計(jì)施工已基本標(biāo)準(zhǔn)化，多采用30米或40米兩種跨徑，本文研究重要考慮以上兩種橋梁孔跨布置型式。

3.2 識(shí)別填挖交界點(diǎn)，填挖路段分類存儲(chǔ)

圖1為表1中判別基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的圖形表示，黑線為地面線，綠線為項(xiàng)目縱面設(shè)計(jì)線，黑線位于綠線上方表示挖方路段，反之為填方段落，黑線與綠線的交點(diǎn)為填挖交界點(diǎn)。逐一識(shí)別出項(xiàng)目全線各個(gè)填挖交界點(diǎn)樁號(hào)，進(jìn)而可將項(xiàng)目全線化整為零，識(shí)別出項(xiàng)目各個(gè)填挖方路段，并以數(shù)組形式分別存儲(chǔ)。

表1中判斷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)樁號(hào)為整5米樁或整10米樁，一般不存在絕對(duì)的零填挖點(diǎn)，因此，本文研究采用從前往后逐個(gè)搜索的方式尋找填挖交界點(diǎn)，判別邏輯為：若某組數(shù)據(jù)填挖值為正（負(fù)），與其相鄰的下一組數(shù)據(jù)填挖值為負(fù)（正），則認(rèn)為該組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)點(diǎn)為填挖交界點(diǎn)。（圖2）

For i = 2 To a Step 1

If （（Cells（i， 4） > 0 And Cells（i + 1， 4） < 0） Or （Cells（i， 4） < 0 And Cells（i + 1， 4） > 0）） Then

b（c + 1） = i

c = c + 1

Else

End If

Next i

識(shí)別出n個(gè)填挖交界點(diǎn)后，項(xiàng)目全線被填挖交界點(diǎn)逐個(gè)交替分割為n+1個(gè)路段，分填方路段和挖方路段分類存儲(chǔ)。

3.3 循環(huán)判別各個(gè)填挖方路段是否需要布設(shè)橋隧或隧道

從前往后逐個(gè)搜索比較步驟2中存儲(chǔ)的各填挖路段逐樁填挖高程與判別閾值的關(guān)系，某個(gè)填挖路段中任一樁號(hào)點(diǎn)填挖值超出判別閾值，則認(rèn)為該填挖路段需設(shè)置橋梁或隧道，將搜索得到的需設(shè)置橋梁或隧道的路段逐個(gè)分類存儲(chǔ)。

For i = 1 To c Step 1

For j = b（i） + 1 To b（i + 1） - 1 Step 1

Dim e As Integer

Dim f As Integer

Dim n As Integer

e = （Cells（j - 1， 4） >= 0 And Abs（Cells（j - 1， 4）） > k） Or （Cells（j - 1， 4） <= 0 And Abs（Cells（j - 1， 4）） > m）

f = （Cells（j， 4） >= 0 And Abs（Cells（j， 4）） > k） Or （Cells（j， 4） <= 0 And Abs（Cells（j， 4）） > m）

n = （Cells（j + 1， 4） >= 0 And Abs（Cells（j + 1， 4）） > k） Or （Cells（j + 1， 4） <= 0 And Abs（Cells（j + 1， 4）） > m）

If （（Not e） And f And n） Or （e And f And （Not n）） Then

g（w） = j

w = w + 1

End If

Next j

Next i

3.4 計(jì)算橋梁判別輸出參數(shù)

按照步驟3的判別邏輯搜索得到的布設(shè)橋梁各個(gè)路段中，其逐樁填方值呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，靠前或靠后的幾個(gè)樁號(hào)點(diǎn)填方值均較小，需剔除此類樁號(hào)點(diǎn)后得到該填方路段對(duì)應(yīng)的橋梁起止點(diǎn)，之后搜索計(jì)算該橋梁最大墩高和平均墩高，進(jìn)而判別橋梁的孔跨布置型式，墩高和孔跨布設(shè)需進(jìn)行迭代計(jì)算，最終得到橋梁中心樁號(hào)、孔跨布置型式、平均墩高三個(gè)判別結(jié)果參數(shù)。

'初步計(jì)算橋梁長(zhǎng)度

For i = 1 To brs - 1 Step 1

br（i， 5） = Cells（br（i， 2）， 1） - Cells（br（i， 1）， 1）

Next i

'計(jì)算最大墩高和平均墩高

For i = 1 To brs - 1 Step 1

Dim dg（1000） As Single ? '存儲(chǔ)逐樁墩高

Dim dgs As Integer ?'存儲(chǔ)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)

dgs = 1

For j = br（i， 1） To br（i， 2） Step 1

dg（dgs） = Abs（Cells（j， 4））

dgs = dgs + 1

Next j

For j = 1 To dgs - 1 Step 1

If （br（i， 6） <= dg（j）） Then '判最大墩高

br（i， 6） = dg（j）

End If

dg（1） = dg（1） + dg（j）

Next j

'br（i， 7） = dg（1） / （dgs - 1）

Next i

'判別橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑

For i = 1 To brs - 1 Step 1

If （（br（i， 5） >= qc） Or （br（i， 6） >= zddg） Or （br（i， 6） > ez And br（i， 7） > ez）） Then

br（i， 9） = 40

Else

br（i， 9） = 30

End If

Next i

3.5 計(jì)算隧道判別輸出參數(shù)

與橋梁判別相似，步驟3搜索得到的布設(shè)隧道各個(gè)路段中，其逐樁挖方值呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，靠前或靠后的幾個(gè)樁號(hào)點(diǎn)挖方值均較小，不是隧道進(jìn)出洞的準(zhǔn)確位置，需剔除此類樁號(hào)點(diǎn)后得到該挖方路段對(duì)應(yīng)的隧道起止點(diǎn)樁號(hào)。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本文研究以HintSoft系統(tǒng)高速公路路線交互設(shè)計(jì)生成的逐樁樁號(hào)、設(shè)計(jì)高程、地面高程和填挖高度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于Excel VBA編程實(shí)現(xiàn)了山區(qū)高速公路可研階段橋隧工程量的自動(dòng)判別，研究成果已成功運(yùn)用于云南省楚雄至大理、云縣至鳳慶等項(xiàng)目工可研究，較大程度地提升了可研編制效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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