基于AutoCAD_VBA的无缝线路一体化设计系统开发

敖　翔

(呼和浩特铁路局，呼和浩特　010010)



基于AutoCAD_VBA的无缝线路一体化设计系统开发

敖翔

(呼和浩特铁路局，呼和浩特010010)

摘要：该系统利用AutoCAD VBA API成熟的内部封装机制，将大量查表计算工作和参数运算整合到程序模块内，将多个分步计算公式在程序内部进行推导合并，并利用可视化编程工具形成用户界面。使用户输入最少的参数完成整部计算，加快计算速度，减少错误。该系统还包含绘图模块，运行VBA宏指挥CAD自动绘制无缝线路单元轨节布置图。经过多个无缝线路设计项目验证，结果证明该系统准确可靠。

关键词：无缝线路；锁定轨温；CAD VBA; 自动绘图

在国家加强西部铁路基建投资的大背景下，西部铁路交通事业正步入高速发展阶段。随着铁路无缝化的进一步深入，大量的新建线路、既有线改造需要铺设无缝线路[1]，勘测设计任务十分艰巨。

目前，勘察设计行业最主要的图形辅助设计软件为AutoCAD平台，是Autodesk(欧特克)公司开发的自动计算机辅助设计软件，主要用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，经过多年发展现已经成为国际上最为流行的图形辅助设计工具。它采用开放的架构体系，各行业用户可以根据自身特点，进一步开发更适合于专业的应用插件，以满足各行业自身的勘察设计需求。AutoCAD 二次开发接口[2-3]提供了种类丰富的编程语言，如基于C#的ARX、基于VB的VBA、基于脚本的Lisp等，用户可以据自身实际情况决定选用哪种API进行开发定制。

Visual Basic for Applications(简称VBA)是新一代标准宏语言，是基于Visual Basic for Windows发展而来。它与传统的宏语言不同，其具有面向对象的程序设计概念和方法。VBA不但继承了VB简便、可视化的开发机制，而且还具有与VB相似的语言结构，它们的集成开发环境IDE(Integrated Development Environment)也几乎相同。但VBA专门针对AutoCAD、Office等应用程序进行优化。可轻松访问AutoCAD 、Excel内部数据，尤其善于在两种程序间进行交互开发。VBA编程效率非常高，是理想的辅助设计软件开发工具。

1编程思路

计算程序利用VBA[4]成熟的内部封装机制，将大量查表工作和参数运算整合到程序内部模块内，将多个分步计算公式在程序内部进行合并推导，并利用可视化编程工具形成用户界面，大大简化计算过程，加快计算速度，减少错误。而后利用程序计算形成的内部数据表，指挥VBA自动绘制无缝线路[5]单元轨节布置图。

2锁定轨温计算流程(图1)

图1　锁定轨温计算流程

2.1　无缝线路稳定性分析

无缝线路作为新型的轨道结构，它在结构上限制了钢轨的伸缩，当温升较大时，钢轨内存积巨大的温度压力可能造成钢轨臌曲，须由稳定性分析[6-7]来确定无缝线路允许温升标准。

计算模型假定轨道框架为置于连续弹性基础上的等截面无限长梁。

定曲率法统一公式

允许温升计算公式

2.2　无缝线路强度分析

无缝线路的钢轨在冬季温降较大时承受较大的温度拉力。进行无缝线路的强度检算，目的就是要控制钢轨所承受的温度拉力，使之处于容许限度之内，避免发生断轨事故。

计算模型假定轨道框架为置于连续弹性基础上的等截面无限长梁。

轨底荷载应力计算公式

允许温降计算公式

2.3　锁定轨温的计算

无缝线路锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准。正确合理的设计锁定轨温是保证无缝线路运营安全的前提。根据以往设计经验及现场温度数据，结合允许温升、允许温降两方面因素，锁定轨温设计采用T0锁定轨温计算公式

其中，Tmax,Tmin为调查搜集的现场历年最高气温、最低气温；Δt升、Δt降分别为允许温升、允许温降。

2.4　实现原理(图2)

图2　无缝线路设计实现原理

3单元轨节布置流程(图3)

图3　单元轨节布置流程

3.1　长轨条长度计算

通过起讫里程相减获得长轨条长度(相减后须处理断链数据)。长度整除单元轨节标准长度1 997.36，除不尽获得余数，余数不得小于200 m，否则重新计算并配轨，计算程序[8]如下：

Dim qidian As Single’声明起点里程

Dim zhongdian As Single’声明终点里程

Dim changdu As Single’声明长轨条长度

Sub danyuan()’计算单元轨节个数及陪轨长度

qidian=TextBox1.Text

zhongdian=TextBox2.Text

changdu=qidian-zhongdian+(DL(duanlian))

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)

peigui=changdu Mod 1997.36

If peigui <200 Then

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)-1

peigui=(changdu-geshu * 1997.36) / 2

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)+1

Else

geshu=Round(changdu / 1997.36， 0)

peigui=changdu Mod 1997.36

End If

End Sub

3.2　绘制锁定轨温标注

锁定轨温标注首先根据输入的起讫轨温，获得起点、终点单元轨节需要标注的数据，再根据上一模块计算出的单元轨节个数，保证相邻单元轨节轨温相差不超过±3 ℃。

Sub guiwen() '计算锁定轨温标注

qdguiwen=TextBox3.Text

zdguiwen=TextBox4.Text

wencha=Abs(qdguiwen-zdguiwen)

If wencha > 3 Then

If wencha / geshu > 3 Then

MsgBox "请重新计算轨温"

End if

Else

geshu=geshu / 2

End If

geshu=geshu

End Sub

3.3　绘制断链标注

将断链数据处理为文字型数组，在常用dwt模板文件中新建块参照，由于块参照文件的可编辑特性，可通过文字型数组的.count属性获得断链数据表的数据个数，在经过vba处理附加至每个断链块参照中。见图4。

图4　断链块插入示意

4算例

锡林浩特至多伦铁路铺设无缝线路工程位于蓝多段为锡多线南端部分位于内蒙古自治区锡林郭勒盟境内，起点为正蓝旗，终点为多伦，线路经过正蓝旗、多伦县。线路和轨道主要技术标准分别见表1、表2。

表1　线路主要技术标准

表2　轨道主要技术标准

在强度检算模块(图5)、稳定性检算模块(图6)输入相应轨道参数后，计算得出最终锁定轨温为正蓝旗端(16±3) ℃、多伦端(13±3) ℃。由于蓝多铁路全线均为简支梁桥，无需针对每座桥单独建模进行无缝线路检算。在强度和稳定性检算中，桥上附加纵向力[9-10]已予以考虑，对全线锁定轨温检算无影响。单元轨节布置图绘制界面如图7所示。

图5　强度检算模块

图6　稳定性检算模块

图7　单元轨节布置图绘制界面

在单元轨节布置图绘制界面录入相关参数后点击绘图，后台绘图模块自动处理之前计算的轨温、轨长数据，同时合并处理断链数据，利用VBA-API[11-12]指挥CAD成图。最终图纸效果见图8。

图8　无缝线路单元轨节布置图成图

5结语

无缝线路一体化设计系统是一个综合性强、准确性高的辅助设计软件，其不但能够完成锁定轨温及其相关数据的计算，还能够根据计算数据进行CAD图纸的自动绘制。对于提高设计效率和准确性有一定的使用价值。经过多个无缝线路设计项目验证，结果证明该系统准确可靠。

参考文献：

[1]广钟岩，高惠安，卢祖文，等.铁路无缝线路[M].4版.北京:中国铁道出版社，2005.

[2]秦洪现，崔惠岚，孙剑，等.Autodesk系列产品开发培训教程[M].北京:化学工业出版社，2008：1-3.

[3]孙卫强.基于VBA的Auto CAD参数化绘图[J].机械研究与应用，2006(12)：103-105.

[4]曾洪飞，张帆，卢择临.Auto CAD VBA & VB.NET开发基础与实例教程[M].北京:中国电力出版社，2008:291-295.

[5]刘浩，魏贤奎，胡志鹏，等.大跨斜拉桥上无缝线路计算软件开发及应用[J].铁道标准设计，2013(12)：9-14.

[6]于俊红，王平.无缝道岔钢轨温度力与位移影响因素分析[J].铁道标准设计，2002(6)：21-23.

[7]冯青松，雷晓燕.无缝线路稳定性有限元分析[J].铁道标准设计，2004(11)：18-22.

[8]高光来.计算机应用基础[M].呼和浩特:内蒙古大学出版社，2002:122-125.

[9]徐庆元，王平，屈晓晖.高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元建模[J].铁道标准设计,2006(10):1-3.

[10]谢铠泽，徐井芒，魏贤奎，等.桥上无缝线路附加伸缩力放散的计算研究[J].铁道标准设计，2012(4)：28-30.

[11]刘铁华.基于AutoCAD平台的隧道检测成图软件设计[J].铁道标准设计，2014(8)：120-122.

[12]朱桂华，朱宝生.基于VBA技术实现Excel数据生成CAD对象的方法[J].中国西部科技(学术)，2007(8)：92-93.

Development of CWR Integrated Design System Based on AutoCAD_VBA

AO Xiang

(Hohhot Railway Bureau， Hohhot 010010， China)

Abstract：The system uses the proven internal encapsulation mechanism of AutoCAD VBAAPI to integrate a large amount of calculation and the parameter operation into the programming module. Multiple step calculation figures are deduced and combined within the program through the system， and user interface is formed by using visual programming tools to allow the user to input the least parameters to complete the whole calculation and speed up the computation and reduce errors. The system also contains Auto Draft module to run VBA macro and command CAD to draw automatically CWR unit rail plan. The results prove that the system is accurate and reliable after CWR engineering validation.

Key words：CWR; Stress-free rail temperature; CAD VBA; Automatic drawing

作者简介：敖翔(1984—)，男，工程师，工程硕士。

收稿日期：2015-06-14； 修回日期：2015-06-24

中图分类号：U213.9

文献标识码：ADOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.01.004

文章编号：1004-2954(2016)01-0019-04