場平設計軟件在CAD中的研究和開發

摘要：一般在工程建設前，都需要對建設場地進行改造，以達到工程建設的要求，稱之為場平。本文針對場平設計的特點，探討在AutoCAD環境下，使用面向對象的編程方法，完成場平網格劃分。并以網格對象為基礎，對網格角點的測量高程及設計高程進行曲面計算，自動生成網格零線和土方量，完成工程量統計和標注功能，達到CAD輔助設計出圖的目的。

關鍵詞：場平 網格 軟件 CAD

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0185-01

1 概述

場平工程設計初期需要確定場地的紅線范圍、網格劃分的基點、網格的寬和高，設計線分布及高程，然后進行網格劃分和計算，具體的設計步驟可分為：劃分網格、計算角點現狀標高、計算角點設計標高、生成網格零線、計算網格土方量、工程量統計及標注等。使用面向對象的編程方法，將每個網格做為獨立的對象，角點的測量高程、設計高程、網格零點與土方等數據為關聯的屬性，遍歷對所有網格做相關計算，最后進行統一的工程量統計和標注。軟件對傳統的場平設計命令和計算步驟進行綜合，通過的簡單的操作快速生成場平成果，提高用戶的使用效率，菜單如下圖1所示。

以下內容將對場平軟件中具體功能的程序實現進行講解和分析。

2 場平網格劃分

確定了場平的多段線邊界、基點、網格尺寸后，通過中心點按網格間距偏移，通過與邊界線求交點計算出包含場平邊界的最小和最大的行數和列數，以中心點組成一個矩形網格。然后通過循環計算出每個網格的端點是否都在邊界內，對網格線與邊界線進行求交，若節點均不在邊界內且與邊界無交點則為無效網格進行剔除，若與邊界只有一個交點且節點在邊界內部的數量小于或等于1個則為剛好相切的情況也進行剔除。最后對剩下的網格進行分類，若有與邊界相交的情況計算出實際的網格邊界，并保存數據，將其標記出來。

3 角點高程計算

構造測量曲面首先建立三角網外層凸殼，并依次將X-Y最小、X+Y最大、X-Y最大、X+Y最小的順序將四個點加入到凸殼集合中，同時對余下點進行遍歷，若在凸殼外側則加入到凸殼中。凸殼構建后以此對凸殼進行三角剖分，并以凸殼為基礎將剩下的散點依次加入到三角網中，三角網的具體算法可參考筆者的文章《Delaunay算法在CAD中處理地形數據的研究》。然后遍歷三角形判斷每個角點所在的三角形區域，通過端點與計算點連線求交算出節點高程進而推算出計算點高程。設計高程可通過角點記錄的坐標在平面做若干角度的射線與等高線平面求交，若交點小于2個認為無效，進入下個角度計算。當交點在同一側則根據最近兩點距離推算計算點高程，若交點將計算點包含在內則根據直線兩端的計算相關高程。計算結果中若有包含與在一側的情況以包含的計算結果為準。計算出所有角點的測量高程、設計高程、高差，并記錄在網格角點的屬性中。

4 零線計算

通過分析不難發現，當相鄰2個角點的高差值符號不一致時，在兩角點的連線上必然有一個零點。通過循環對網格的4條邊界線進行計算可算出每條邊界上的零點，并考慮角點也可能為零點的情況，一般分為以下幾類：

（1）零點數為2個，直接相連生成零線；（2）零點數為3個，通過對節點的端點符號進行分類發現3個零點必定是有一個零點為節點，通過循環排除節點，剩下兩個進行相連；（3）零點數為4個，首先排除掉4個均為節點的情況，然后對網格的中點進行高程計算。

根據中心點的正負號可判斷出4個節點的連接順序。若根據角點高差的位置分類，大體可分為圖2中的三種情況。

5 土方計算

根據零點的分類情況可將網格的填挖方分為以下幾類：（1）若只有一個為正且為零點則為相切也是全為填；（2）若只有一個為負則通過判斷零點是否為端點以及所在邊序號，找到其相鄰的2個零點，算出相應的挖方及剩下區域的填方；（3）2正2負兩者相鄰時通過正節點與零點相連求交算出區域邊界的點順序進行土方計算；（4）2正2負兩者交叉時，若只有2個零點則說明2個正節點均為0，則為全挖；若有3個零點說明有1個正節點為0；若有4個零點則根據零線的走向找到2個三角區域的位置，再根據節點的正負號計算出對應的填挖方。

6 結語

以上算法為本公司自主研發的場平設計軟件中所采用，并在實際的工程設計中得到應用，經大量工程應用證實，生成的場平數據精確度較，大大提高了設計效率。同時，隨著BIM技術的應用，場平設計在三維平臺上也會有更多的發展，這些問題都有待進一步的深入研究。

參考文獻

[1]方曉亮.Delaunay算法在CAD中處理地形數據的研究[J].中國科技縱橫，2014（4）：125.

[2]張學誠.用面積加權法計算場平平整標高[J].安徽建筑，1999（5）：35-35.