随着国民经济的发展,国家整体实力的提高,我国各大城市相继建造了地下铁道。为避免地下铁道的车辆、设备、隧道的断面形状和尺寸五花八门造成的混乱,使之统一为几种形状和尺寸,上海铁道大学受建设部的委托编写出版了《城市地下铁道限界标准》[1 ] (简称《标准》),规定凡新建的城市地下铁道、与地下铁道连成网的地面及高架铁道均应符合该《标准》,即要进行地铁限界的纳入校核。众所周知,对于工程技术人员来讲,这是一项繁锁、细致、工作量大的工作。本文就此根据地铁限界标准,提出了计算机辅助设计、校核地铁限界的新思路,并详细介绍了CAD 系统的建立与实现的方法。
1 地铁限界设计、校核及其CAD 系统的建立过程
1. 1 地铁限界标准设计、校核
根据《标准》,地铁限界包括地铁车辆限界、地铁设备限界和地铁建筑限界三大部分,每部分又分第一类甲型,第一类乙型和第二类三种,对于建筑限界每种又可分为矩型、圆型、马蹄型以及车站高架等几种。第一类地铁限界适用于第三轨受电的地下铁道,第二类地铁限界适用于架空线受电的地下铁道。新建的城市地下铁道、与地下铁道连接成网的地面及高架铁道应符合本标准;已建的地下铁道有条件的可按本标准靠近;按本标准施工的地下铁道维修改建等也应符合本标准。地铁限界设计、校核的传统工作方法是: 手工计算、设计地铁限界,获取控制点信息后绘制限界图与同样是手工绘制的标准限界图比较校核。由于地铁限界种类繁多,这种工作方法不但工作量大,而且不宜修改,特别是对于曲线区段,因不同的曲线半径将对应不同的标准限界图,已不能很好地适应当前需要,为此设计了CAD 系统。
1. 2 CAD 系统的建立过程
本文开发的“地铁限界设计、校核CAD 系统”是供新建、维修、改建城市地下铁道时校核所设计的车辆限界、设备限界、建筑限界是否符合标准用的。该CAD 系统建立过程如下:
① 根据地铁限界的设计、校核任务,制订任务书。
② 分析任务特征。按地铁车辆限界、地铁设备限界直线区段、曲线区段、地铁建筑限界直线区段、曲线区段等划分成5 组。
③ 编制地铁限界图。按照地铁限界标准,分组建立地铁图形库,为CAD 应用软件的设计提供依据。
④CAD 系统支持软件的选用,如系统软件、图形软件等选用较成熟、应用较广的软件。
⑤ 应用软件的研制。根据支持软件提供的条件按应用特点进行二次开发。
2 CAD 系统信息结构及其各模块的功能和实现
2 . 1 CAD 系统的信息结构
图1 所示为地铁限界CAD 系统的信息结构。这是一种人机交互方式实现的信息结构,它表明地铁限界CAD 作业过程是由传统工作方式在计算机参与下演变而来的。图1 中间部分为地铁限界设计、校核流程。人机交互过程步骤如下:
① 输入原始信息。信息来源于车辆、设备、建筑工程图,形成断面控制点坐标。
② 类型选择。选择设计、校核的类型并计算或生成断面控制点坐标数据文件。
③ 根据坐标数据文件自动生成地铁限界图。
④ 从图形库中调用标准地铁限界图与之比较、观察并测量计算,判断是否完全纳入标准限界图之中。
⑤ 符合要求则输出计算结果和设计地铁限界图; 不符合要求则修改原始数据后返回③,重新校核或退出系统。
图1 地铁限界CAD 系统的信息结构
2 . 2 系统各模块的功能及其实现
本文所设计实现的CAD 系统由4 个模块2 个库构成。4 个模块为: 人机界面设计、地铁车辆限界设计、地铁限界图的自动绘制及校核、文档处理。2 个库为: 标准地铁限界图形库、数据库。下面将这些模块的功能及其实现分别作一介绍。
(1) 人机界面设计
人机界面设计是程序设计中的一个重要方面, 它必须向用户提供一个友好的人机操作环境, 这个环境应具有操作的直观性、灵活性及操作简易等特点。为图2 菜单结构此,本系统设计了级联式全屏幕菜单,中文显示,菜单结构如图2 所示。用户使用时只需用光标键或鼠标来选择功能,十分简单易行。
为实现本模块功能,选用具有简洁、表达能力强、模块化结构、可移植性好的Borland C + + 语言编程[2 ] ,采用了由菜单描述数据和菜单关系数据组成的数据结构,建立了菜单类、窗口类、选项类、PCX 类及其对相应类进行操作的类函数。
(2) 地铁车辆限界计算
本模块为地铁车辆限界的计算,包括限界尺寸的计算和按照地铁车辆限界确定新设计车辆的最大断面轮廓两部分,其计算方法采用地铁限界标准推荐的方法,以得到地铁车辆限界坐标及一些控制点的缩减量,同时生成数据文件,为下一模块生成限界图服务。
(3) 地铁限界图的自动绘制及校核
本模块主要是图形支撑软件AutoCAD 进行的二次开发。其主要功能是根据断面控制点数据文件在屏幕上自动生成限界图,并进行了必要的标注。图3 为该模块的结构图。
图3 模块结构
实现本模块的关键在于高级语言与AutoCAD 的接口。AutoCAD 提供了一种从正文文件中读出和执行命令组的工具,利用这种工具可以执行预定的命令序列,这个工具就是SCRIPT 文件[ 3 ] ,其格式类似于DOS 操作系统中的批处理,即:命令1 选择项 命令2 选择项 ? 命令n 选择项。
因此设计接口程序就是利用高级语言的处理功能,生成AutoCAD 的SCRIPT 文件,然后转化成Auto2 CAD 下的图形。为此,用Borland C + + 语言设计了这个接口程序。在接口设计中,公共数据的定义放在嵌入文件GSQL . H 中,在调用时用INCLUDE 包含进去,并在函数中用extern 说明传递数据,其它的绘图命令选择参数,则通过哑实结合来传递。在此基础上设计了几十个C 语言函数,调用这些函数可以生成具有相应AutoCAD 命令的SCRIPT 文件。
(4) 文档处理
上述各个模块所完成的任务可以说是整个系统最主要和最基本的,文档处理也是一项重要工作,因为它关系到如何保存,并输出设计、校核工作的结果,同时也影响到系统工作效率。文档处理模块将对图形及相关数据进行整理,并在打印机或绘图仪上输出,还可根据需要保留这些图形及数据,建立用户图形库和数据库,以便日后调阅使用。
(5) 标准地铁限界图形库和数据库
建立标准地铁限界图形库是为校核服务的,根据《标准》将其涉及的各种限界标准图全部按比例并编码绘制后存入计算机,组成图形库,供上述模块调用。其实现方法是根据《标准》,输入数据文件,并调用模块(3) 绘制限界图,经标注后按一定比例存盘。图4 为地铁限界图。
图4 地铁限界图
3 结束语
地铁限界标准设计、校核系统应用了结构化程序设计的方法,使用了链表形式的数据结构,从而使整个系统结构紧凑,程序编制容易,节省内存空间,减少运行时间,提高了系统运行效率。全部程序用Bor2 land C + + 语言编制,并已应用该系统先后为国内一些将要建造地铁的城市做了一些工作。实践证明,本文所提出的方法是高效可行的。
原文作者：徐博铭 周奇才
