鐵路連續梁計算書模板程序解決方案

邢　雨

(中國鐵路設計集團有限公司橋梁院，天津 300142)

橋梁設計計算書，又稱橋梁設計算單，是橋梁設計過程的書面體現，算單內容應完整、清楚，格式標準，條理分明，引用數據有可靠依據，計算結果應與圖紙一致。目前鐵路橋梁算單的制作多采用手工填寫編輯的方法，存在格式不統一、編輯效率低、重復性勞動多、易出錯等缺點，因此有必要編制一款軟件，便于工程設計人員快速制作格式標準、內容完備的算單。

MATLAB是作為一種計算和處理數據的軟件，具備強大的數學計算功能、作圖功能，以及豐富的實用工具箱等優點[1]。MATLAB GUI作為一種新型的圖形用戶界面(Graphical User Interface，圖形用戶接口，簡稱GUI)開發設計平臺，面向對象開發，可實現對控件的靜態設計和程序編寫，極大地簡化了程序設計的過程[2]。

MATLAB支持COM(Component Object Model)技術，可以利用ActiveX控件調用Word、Excel等Microsoft Office應用程序自動生成符合要求的標準算單。本文以使用MATALAB開發的“鐵路連續梁計算書模板程序”為基礎，總結了一些軟件設計過程中的思路和經驗[3]。

1　設計目標

為便于程序開發并保證程序功能的實用性，首先要明確程序的設計目標。本程序在設計和開發過程中力求達到以下目標：模塊化，內容齊全，功能豐富，易于操作(圖1)。

圖1　設計目標

1.1　模塊化

模塊化編程，是用主程序、子程序、子過程等框架把軟件的主要結構和流程描述出來，并定義和調試好各個框架之間的輸入、輸出鏈接關系。模塊化編程具有相互獨立性、互換性、通用性等特點，各模塊間功能獨立，結構清晰。采用模塊化編程有利于降低程序復雜度，使程序設計、調試、維護升級等操作簡單化。

本程序在設計過程中從兩方面執行模塊化編程的原則：(1)頂層設計，預先構思主程序中應包含的子程序，并逐步編程實現；(2)歸納整理，對零散的程序語句進行封裝。

1.2　內容齊全

為保證程序的適用范圍更加廣泛，以用于不同形式、不同施工方法、不同計算方法的多種連續梁算單生成，開發人員在編制程序前應事先通過大量資料搜集和調研工作，盡可能地豐富各參數的選項，以保證程序的內容齊全。

1.3　功能豐富

程序除了能夠將連續梁算單不同章節快速、準確地生成并組合外，還應能夠多文檔進行多種形式的編輯，如對字體、段落、標題、圖片、表格等進行處理，并能自動生成目錄、頁眉頁腳等。

1.4　易于操作

程序應符合用戶使用習慣，減少不必要的操作，增加實用功能。軟件初始界面應提供默認輸入內容、選項或路徑；在前后內容相關聯的地方，應保證對應(附圖)等。

2　編程方法

使用本程序最終生成的算單是Word文檔，而連續梁計算的結果許多是以Excel文檔的形式進行記錄的，因此需要利用MATLAB對Word、Excel進行編輯，實現創建或打開Word/Excel服務器、新建空白文檔、頁面設置、寫入文字內容、插入圖片、圖片編輯等功能。

2.1　利用MATLAB生成并編輯Word文檔

2.1.1創建或打開Word服務器

MATLAB中提供了actxserver函數用來創建COM自動化服務器，可通過該函數創建或打開Microsoft Word服務器[4]。相關命令如下：

try

Word = actxGetRunningServer('Word.Application');

catch

Word = actxserver('Word.Application');

end。

2.1.2新建空白文檔

可通過Word服務器的Documents接口建立空白文檔。相關命令如下：

Document = Word.Documents.Add;

Document.SaveAs(filespec_user)。

2.1.3頁面設置

Document接口下有一個PageSetup接口，通過對其屬性修改，可進行頁面設置。相關命令如下：

Document.PageSetup.TopMargin = 60;%上邊距60磅

Document.PageSetup.BottomMargin = 45;%下邊距45磅

Document.PageSetup.LeftMargin = 45;%左邊距45磅

Document.PageSetup.RightMargin = 45;%右邊距45磅

2.1.4寫入文字內容

可通過Word服務器的Selection接口，Document接口的Content、Paragarphs接口寫入文字內容。

Content接口的Start屬性用來獲取設定文字內容的起始位置，End屬性用來獲取或設定文字內容的終止位置，Text屬性用來寫入文字內容，Font屬性用于字體設置，Paragraphs屬性用于段落設置。

利用Word服務器的Selection接口可以在文檔中選定一個區域，并對所選區域進行相關操作。其Start屬性用來設定光標的位置，TypeParagraph是Selection接口的一個方法，相當于回車鍵，Text屬性用來寫入文字內容，Font屬性用于字體設置，Paragraphs屬性用于段落設置。

相關命令如下：

Content.Start = 0;%設置文檔內容的起始位置

title = '第一章';

Content.Text = title; % 輸入文字內容

Content.Font.Size = 16 ; % 設置字號為16

Content.Font.Bold = 4 ;%字體加粗

Content.Paragraphs.Alignment = 'wdAlignParagraphCenter'; %居中對齊

Selection.Start = Content.end;%設定下面內容的起始位置

Selection.TypeParagraph;%回車，另起一段

yiju= '設計依據';

Selection.Text = yiju; %在當前位置輸入文字內容

Selection.Font.Size = 12; %設置字號為12

Selection.Font.Bold = 0;%字體不加粗

Selection.MoveDown; %光標下移(取消選中)

paragraphformat.Alignment = 'wdAlignParagraphCenter';

%居中對齊

2.1.5插入圖片

利用InlineShapes接口或Shapes接口的AddPicture方法，可以在Word文檔中插入外部圖片。調用格式如下：

handles=Document.InlineShapes.AddPicture('外部圖片所在路徑')

handles=Document.Shapes.AddPicture('外部圖片所在路徑')

2.1.6設置圖片格式

對于Shapes接口插入的圖片可以設置其文字環繞方向等版式，調用格式如下：

Document.Shapes.Item(i).WrapFormat.Type = 3;

而對于InlineShapes接口插入的圖片則不能直接利用MATLAB進行版式設置[5]。

2.2　利用MATLAB生成并編輯Execl文檔

2.2.1創建或打開Excel服務器

利用actxserver函數用來創建COM自動化服務器，通過該函數創建或打開Microsoft Excel服務器。相關命令如下：

try

% 若Excel服務器已經打開，返回其句柄Excel

Excel = actxGetRunningServer('Excel.Application');

catch

% 創建一個Microsoft Excel服務器，返回句柄Excel

Excel = actxserver('Excel.Application');

end。

2.2.2新建工作簿

可通過Excel服務器的Wordbooks接口建立空白文檔。相關命令如下：

Workbook = Excel.Workbooks.Add;

Workbook.SaveAs(filespec_user)。

2.2.3獲取工作表對象句柄

一般情況下，一個工作簿下包含三個工作表(WordSheets)，編輯Excel文檔都是在工作表中完成的。可以通過ActiveSheet接口獲取正在工作的工作表對象句柄。相關命令如下：

ActivateSheet=Workbook.ActivateSheet。

2.2.4選取工作表區域

通常用戶需要在一個工作表中選取一些區域，然后在這些區域里進行操作。工作表對象下的Range方法用于選取工作表區域，生成Range對象。相關命令如下：

h1=Sheet1.Range('A1:H1')。

3　界面展示

程序設計了封面、第一章 設計依據及適用范圍、第二章 結構形式、第三章 荷載、材料及施工方案、第四章 縱向計算、第五章橫向計算共六大模塊，對應連續梁算單的六個章節(圖2)。

圖2　軟件模塊

3.1　封面

包括工程名稱、適用工點、梁跨信息等需要填寫或修改的內容；編寫時間自動生成，并可編輯(圖3)。

圖3　封面界面

3.2　第一章

包括設計依據和適用范圍兩大部分，采用了面板、編輯框、命令按鈕等控件(圖4)。

圖4　第一章界面

3.3　第二章

包括結構信息、長度(縱向)信息、寬度(橫向)信息、高度/厚度(豎向)信息、曲梁布置、插入結構圖/橫斷面六個部分，采用了面板、下拉列表、編輯框、選擇按鈕、命令按鈕等控件(圖5)。

圖5　第二章界面

3.4　第三章

為節省界面空間，分兩頁設置。包括主力、附加力、特殊荷載、材料、施工方案五個部分，采用了面板、列表框、下拉列表、編輯框、選擇按鈕、單選按鈕、命令按鈕等控件(圖6)。

圖6　第三章界面(第一頁)

3.5　第四章

包括計算模型、荷載組合及控制工況、計算結果三個部分，采用了面板、列表框、下拉列表、編輯框、選擇按鈕、命令按鈕等控件(圖7)。

3.6　第五章

為節省界面空間，分三頁設置。包括計算說明、計算荷載及荷載工況、計算結果三個部分，采用了面板、列表框、下拉列表、編輯框、命令按鈕等控件(圖8)。

4　程序的優勢及展望

4.1　優勢

(1)提供標準算單。本程序生成的算單具備統一的格式，可根據標準模板制作標準算單。標準化是先進和高效的象征，可以使資源合理利用，簡化生產技術，是自動化、電算化的前提。

圖7　第四章界面

圖8　第五章界面(第一頁)

(2)降低算單的出錯率。使用程序生成的算單出錯率很低，這體現在三方面：①由于主要數據是單獨填寫的，因此注意力集中，不易出錯；②由于一般性的語言是程序設定的，不存在錯別字的情況；③易于復查，對于自查，可以通過檢查輸入數據來確定，注意要及時檢查，對于復核，只需要復核重點數據即可，不用把精力太放在錯別字、格式等低級錯誤上。

(3)提高算單的制作效率。使用程序生成算單效率很高，這體現在三方面：①可以節省手動打字、粘貼文字和圖片、表格等制作算單內容的時間；②程序自動調整字體、段落、標題、圖片、表格等格式，可以節省編輯算單格式所用的時間；③出錯率低，可以減少自查、復查的時間。

4.2　展望

(1)增加簡支梁模塊。由于采用模塊式編程，可對相關模塊進行修改和調整，以適應簡支梁算單程序的要求。

(2)輸出英文版算單功能。隨著“一帶一路”國家戰略的加快推進，我國承擔了越來越多的國際項目，許多項目需要提供英文版的資料，算單就是其中之一。通過對相關程序進行修改，可以生成拼寫正確、語法標準的英文版連續梁算單，減少文字、語法方面的錯誤，大大降低算單的編輯時間。

(3)計算與繪圖功能。MATLAB本身具有非常強大的計算和科學繪圖功能，可將橋梁計算的部分內容融入到程序之中，實現計算、輸出一體化。