场平设计软件在CAD中的研究和开发

摘要：一般在工程建设前，都需要对建设场地进行改造，以达到工程建设的要求，称之为场平。本文针对场平设计的特点，探讨在AutoCAD环境下，使用面向对象的编程方法，完成场平网格划分。并以网格对象为基础，对网格角点的测量高程及设计高程进行曲面计算，自动生成网格零线和土方量，完成工程量统计和标注功能，达到CAD辅助设计出图的目的。

关键词：场平 网格 软件 CAD

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0185-01

1 概述

场平工程设计初期需要确定场地的红线范围、网格划分的基点、网格的宽和高，设计线分布及高程，然后进行网格划分和计算，具体的设计步骤可分为：划分网格、计算角点现状标高、计算角点设计标高、生成网格零线、计算网格土方量、工程量统计及标注等。使用面向对象的编程方法，将每个网格做为独立的对象，角点的测量高程、设计高程、网格零点与土方等数据为关联的属性，遍历对所有网格做相关计算，最后进行统一的工程量统计和标注。软件对传统的场平设计命令和计算步骤进行综合，通过的简单的操作快速生成场平成果，提高用户的使用效率，菜单如下图1所示。

以下内容将对场平软件中具体功能的程序实现进行讲解和分析。

2 场平网格划分

确定了场平的多段线边界、基点、网格尺寸后，通过中心点按网格间距偏移，通过与边界线求交点计算出包含场平边界的最小和最大的行数和列数，以中心点组成一个矩形网格。然后通过循环计算出每个网格的端点是否都在边界内，对网格线与边界线进行求交，若节点均不在边界内且与边界无交点则为无效网格进行剔除，若与边界只有一个交点且节点在边界内部的数量小于或等于1个则为刚好相切的情况也进行剔除。最后对剩下的网格进行分类，若有与边界相交的情况计算出实际的网格边界，并保存数据，将其标记出来。

3 角点高程计算

构造测量曲面首先建立三角网外层凸壳，并依次将X-Y最小、X+Y最大、X-Y最大、X+Y最小的顺序将四个点加入到凸壳集合中，同时对余下点进行遍历，若在凸壳外侧则加入到凸壳中。凸壳构建后以此对凸壳进行三角剖分，并以凸壳为基础将剩下的散点依次加入到三角网中，三角网的具体算法可参考笔者的文章《Delaunay算法在CAD中处理地形数据的研究》。然后遍历三角形判断每个角点所在的三角形区域，通过端点与计算点连线求交算出节点高程进而推算出计算点高程。设计高程可通过角点记录的坐标在平面做若干角度的射线与等高线平面求交，若交点小于2个认为无效，进入下个角度计算。当交点在同一侧则根据最近两点距离推算计算点高程，若交点将计算点包含在内则根据直线两端的计算相关高程。计算结果中若有包含与在一侧的情况以包含的计算结果为准。计算出所有角点的测量高程、设计高程、高差，并记录在网格角点的属性中。

4 零线计算

通过分析不难发现，当相邻2个角点的高差值符号不一致时，在两角点的连线上必然有一个零点。通过循环对网格的4条边界线进行计算可算出每条边界上的零点，并考虑角点也可能为零点的情况，一般分为以下几类：

（1）零点数为2个，直接相连生成零线；（2）零点数为3个，通过对节点的端点符号进行分类发现3个零点必定是有一个零点为节点，通过循环排除节点，剩下两个进行相连；（3）零点数为4个，首先排除掉4个均为节点的情况，然后对网格的中点进行高程计算。

根据中心点的正负号可判断出4个节点的连接顺序。若根据角点高差的位置分类，大体可分为图2中的三种情况。

5 土方计算

根据零点的分类情况可将网格的填挖方分为以下几类：（1）若只有一个为正且为零点则为相切也是全为填；（2）若只有一个为负则通过判断零点是否为端点以及所在边序号，找到其相邻的2个零点，算出相应的挖方及剩下区域的填方；（3）2正2负两者相邻时通过正节点与零点相连求交算出区域边界的点顺序进行土方计算；（4）2正2负两者交叉时，若只有2个零点则说明2个正节点均为0，则为全挖；若有3个零点说明有1个正节点为0；若有4个零点则根据零线的走向找到2个三角区域的位置，再根据节点的正负号计算出对应的填挖方。

6 结语

以上算法为本公司自主研发的场平设计软件中所采用，并在实际的工程设计中得到应用，经大量工程应用证实，生成的场平数据精确度较，大大提高了设计效率。同时，随着BIM技术的应用，场平设计在三维平台上也会有更多的发展，这些问题都有待进一步的深入研究。

参考文献

[1]方晓亮.Delaunay算法在CAD中处理地形数据的研究[J].中国科技纵横，2014（4）：125.

[2]张学诚.用面积加权法计算场平平整标高[J].安徽建筑，1999（5）：35-35.