高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的研究與應(yīng)用分析

許正鵬

（云南云嶺高速公路交通科技有限公司，昆明 650000）

1 引言

當(dāng)前世界范圍內(nèi)，有關(guān)道路交通方面的輔助性設(shè)計(jì)軟件基本上都是針對道路主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，涉及機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的研究與應(yīng)用較少。在信息化水平不斷提高背景下，設(shè)計(jì)制圖已經(jīng)由傳統(tǒng)的手工繪圖逐漸發(fā)展為Visio、CAD制圖，但仍舊處于半手工制圖階段，缺乏針對高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)的專用工具軟件。根據(jù)高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)實(shí)況來看，設(shè)計(jì)文件中往往包含數(shù)據(jù)、文字、圖形等大量信息，整體工作量巨大，并且在半手工繪制過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)前后標(biāo)識不一的現(xiàn)象，為后期項(xiàng)目施工帶來了一定的影響。此外，采取常規(guī)繪圖設(shè)計(jì)方法，還會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間與精力，導(dǎo)致整體工作效率不高。基于此，加強(qiáng)高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的研究與應(yīng)用勢在必行。

2 高速公路機(jī)電工程

高速公路機(jī)電工程又稱智能交通系統(tǒng)工程，主要包含通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及隧道機(jī)電系統(tǒng)，隧道機(jī)電系統(tǒng)又包含隧道通風(fēng)照明系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)以及供配電系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等[1]。當(dāng)代高速公路機(jī)電工程已經(jīng)向著智能化方向發(fā)展，其不僅能夠智能化自動(dòng)識別故障，還能定位故障，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)全面檢測各系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，以保障高速公路機(jī)電工程的有效運(yùn)行[2]。目前，我國高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)工作仍以半手工制圖為主，相關(guān)自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件還未發(fā)展成熟，這一現(xiàn)象不利于高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)工作持續(xù)發(fā)展，無法滿足現(xiàn)代化高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)需求。基于此，高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用至關(guān)重要。

3 高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)過程

高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件研發(fā)過程通常包含研發(fā)工具的選擇、編號的自動(dòng)調(diào)整、自定義實(shí)體以及統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口等。筆者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)對此進(jìn)行詳細(xì)論述。

3.1 研發(fā)工具的選擇

目前，高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)工作主要以AutoCAD 技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行，為保證該設(shè)計(jì)工作的可持續(xù)性，自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)工作可以在AutoCAD 的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。在此過程中，工作人員需要借助ObiectARX 開發(fā)工具對AutoCAD 的內(nèi)部實(shí)體以及相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行訪問，允許設(shè)計(jì)人員對相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展。借助C++方法，通過動(dòng)態(tài)鏈接庫進(jìn)行調(diào)用，具有安全性高、執(zhí)行速度快等優(yōu)勢，工作人員可以在研發(fā)該設(shè)計(jì)軟件時(shí)采用ObiectARX 與VC++相結(jié)合的開發(fā)方式[3]。

3.2 規(guī)則可擴(kuò)展問題

根據(jù)高速機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)情況，由于設(shè)計(jì)初期需要對30 余種設(shè)備進(jìn)行處理，且不同設(shè)備具有各自的布設(shè)規(guī)則，這些規(guī)則無論是在形式上還是內(nèi)容上都有自己的特點(diǎn)。若要將這些規(guī)則編碼到系統(tǒng)程序中，會(huì)導(dǎo)致程序編碼十分復(fù)雜，并且在系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)行過程中想要調(diào)整設(shè)備的布設(shè)規(guī)則也十分不便，因?yàn)槊看握{(diào)整之前都需要改變系統(tǒng)對代碼，重新進(jìn)行編譯、發(fā)布[4]。作為軟件運(yùn)行過程中不可或缺的內(nèi)容，調(diào)整布設(shè)規(guī)則可以說是研發(fā)高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的重點(diǎn)，要提高該軟件的靈活性，設(shè)計(jì)人員一定要結(jié)合軟件的實(shí)際應(yīng)用情況，對相關(guān)布設(shè)規(guī)則進(jìn)行合理分類，對于較為特殊的布設(shè)規(guī)則要進(jìn)行整理，以提高系統(tǒng)布設(shè)方法的規(guī)范性與靈活性[5]。

3.3 編號的自動(dòng)調(diào)整及精度問題

設(shè)計(jì)人員在研發(fā)高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件時(shí)需要支持多種編號方式。例如，在同一高速公路隧道洞中同一樁號處的設(shè)備，類型相同時(shí)可以使用同一編號，若類型不同可以將其單獨(dú)變化，然后使用同一個(gè)樁號。通過對涉及的公路工程機(jī)電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一排序，對同類同洞同樁的設(shè)備及時(shí)剔除，對于不同類但是同洞同樁的設(shè)備適當(dāng)合并，滿足系統(tǒng)編號調(diào)整需求。

此外，設(shè)計(jì)人員還需要對樁號精度問題引起重視，解決其顯示精度問題后還需要保證相關(guān)工作人員能夠從后臺(tái)控制精度，顯示出正確樁號。總的來說，在該機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件中，涉及的計(jì)算機(jī)數(shù)值系統(tǒng)是一個(gè)較為離散的系統(tǒng)，可能存在浮點(diǎn)數(shù)內(nèi)部表示不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)人員在布設(shè)此類設(shè)備時(shí)，極有可能出現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)不準(zhǔn)確的情況，例如，樁號1+100，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部可能存儲(chǔ)為1+99.999 986，此時(shí)，要讓其顯示1+100，就需要在浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)樽址倪^程中對其進(jìn)行控制，使其顯示出正確數(shù)值。在此過程中需要注意的是，對于出現(xiàn)的浮點(diǎn)數(shù)不能單純以四舍五入的方式進(jìn)行處理，還需要結(jié)合實(shí)況布設(shè)進(jìn)行取整，保障布設(shè)后的樁號為整數(shù)。相關(guān)人員可以通過CString 的Format 函數(shù)對其進(jìn)行處理，調(diào)整樁號顯示精度，以適應(yīng)不同情況下的顯示需求。

3.4 自定義實(shí)體

由于樁號的主要表現(xiàn)形式為字符串下方帶一條下劃線，若應(yīng)用AutoCAD 內(nèi)置的字符串、下劃線進(jìn)行表示，整個(gè)樁體構(gòu)成的實(shí)體是松散的，在樁號移動(dòng)過程中，需要選中字符串與下劃線兩個(gè)實(shí)體，進(jìn)而不可避免地需要對這兩個(gè)實(shí)體進(jìn)行解析，增加了程序運(yùn)行過程中可能出錯(cuò)的概率，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)存在各種不穩(wěn)定隱患。通過ObjectARX 中的自定義實(shí)體技術(shù)，能夠?qū)⒆址c其下劃線組成一個(gè)實(shí)體，這樣一來不僅能夠?qū)⑵浣M成一個(gè)整體，還能避免系統(tǒng)運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)解析字符串存在的問題[6]。

3.5 對數(shù)據(jù)訪問接口進(jìn)行統(tǒng)一

在研發(fā)有關(guān)高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件時(shí)，采用Access 作為該軟件的數(shù)據(jù)庫，ADO 作為該軟件的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)是一種基于OLEDB（對象鏈接和嵌入數(shù)據(jù)庫）的技術(shù)。為提高系統(tǒng)開發(fā)速度，降低ADO 接口開發(fā)過程中存在的重復(fù)代碼問題，需要模仿ADO.NET 中的接口，使客戶能夠在不了解ADO（程序?qū)ο螅┘?xì)節(jié)的情況下有序訪問Access 數(shù)據(jù)庫。此外，該訪問接口還引進(jìn)了簡單的數(shù)據(jù)庫連接池機(jī)制，若客戶在應(yīng)用系統(tǒng)過程中沒有更換訪問的數(shù)據(jù)庫，那么數(shù)據(jù)庫不會(huì)被真正關(guān)閉，避免系統(tǒng)在應(yīng)用過程中頻繁打開、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)額外開銷。

3.6 自動(dòng)分圖

完成有關(guān)布設(shè)工作后，需要套圖框進(jìn)行打印，因此，系統(tǒng)需要開展分圖工作，分圖后的內(nèi)容要與現(xiàn)有圖框相適應(yīng)，并且每張圖之間都要有足夠的搭接部分，以便能夠完全顯示圖紙邊緣。若在模型空間內(nèi)進(jìn)行分圖，將會(huì)存在兩份數(shù)據(jù)，除了分圖數(shù)據(jù)之外，還有被分圖的模型數(shù)據(jù)，不能滿足數(shù)據(jù)唯一性要求。通過在系統(tǒng)布局中使用視口顯示圖像的方式開展分圖工作，既能夠保障數(shù)據(jù)唯一性，又能夠使用戶根據(jù)自身要求調(diào)整圖形比例與長度，促使分圖工作順利開展。

4 高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件的實(shí)際應(yīng)用

該軟件能夠應(yīng)用于各種高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)工作中，輔助工作人員完成機(jī)電設(shè)備布設(shè)工作，具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、功能多等特點(diǎn)。現(xiàn)有某公路工程項(xiàng)目長8.5 km，道路設(shè)計(jì)速度120 km/h，為雙向四車道。該軟件的應(yīng)用促使項(xiàng)目機(jī)電工程布置工作高效完成，縮減了傳統(tǒng)機(jī)電工程中的布置時(shí)間，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 高速公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，整個(gè)高速公路機(jī)電工程結(jié)構(gòu)分為3 個(gè)模塊，分別為布設(shè)管理、規(guī)范維護(hù)以及打印輸出，滿足了公路工程運(yùn)行安全以及機(jī)電布設(shè)要求。與此同時(shí)，因?yàn)橄到y(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，可以增加其他相關(guān)工作，一般來說，軟件主要功能如下所述。

4.1 信息管理

相關(guān)人員需結(jié)合公路工程實(shí)際情況填寫有關(guān)項(xiàng)目信息，如設(shè)備列表、布設(shè)規(guī)則等，隨后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成機(jī)電工程布設(shè)圖紙。通常情況下，信息管理會(huì)涉及公路等級、類型、設(shè)備樁號、設(shè)備序列號。若公路工程中存在隧道路段，需要將每洞的車道數(shù)、寬度、長度、風(fēng)口、緊急停車帶、交叉道等信息逐一輸入。

4.2 設(shè)備列表

完成項(xiàng)目主體繪制工作后，需要進(jìn)行設(shè)備布設(shè)，設(shè)備列表中各規(guī)格型號的設(shè)備都需要根據(jù)項(xiàng)目需求合理規(guī)劃，也可以通過系統(tǒng)對項(xiàng)目長度的計(jì)算，自動(dòng)選擇規(guī)范下的布設(shè)設(shè)備。完成布設(shè)工作后自動(dòng)標(biāo)注樁號，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

4.3 其他布設(shè)功能

除了系統(tǒng)自動(dòng)布設(shè)功能外，還需要額外添加沿直線布設(shè)工具欄，主要針對布設(shè)規(guī)則較為多變的設(shè)備，通過選擇特殊布設(shè)規(guī)則，設(shè)定合理的偏移量以及布設(shè)間距，對該設(shè)備進(jìn)行線布。此外，還需要針對項(xiàng)目中的某一區(qū)域自動(dòng)選擇同類型設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一操作編輯，完成上述操作后重新標(biāo)注樁號。

4.4 打印輸出

系統(tǒng)中的打印輸出功能可使各類信息自動(dòng)生成后完成打印，并且還提供了多圖幅的分割打印功能，以滿足設(shè)計(jì)人員的各種需求。

5 結(jié)語

綜上所述，高速公路機(jī)電工程的合理布設(shè)直接關(guān)系到行車人員舒適性以及行車安全。結(jié)合以往機(jī)電工程布設(shè)情況來看，通常都是在Visio、CAD 制圖等軟件的輔助下開展半人工布設(shè)，這一現(xiàn)象不能滿足當(dāng)代公路工程機(jī)電設(shè)計(jì)工作的發(fā)展需求，基于此，研究與應(yīng)用公路機(jī)電工程自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件勢在必行。有關(guān)人員在研發(fā)該軟件過程中，要合理選擇研發(fā)工具，重視其編號的自動(dòng)調(diào)整以及精度問題，統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問接口，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分圖。在實(shí)際應(yīng)用過程中，要全面掌握系統(tǒng)功能，以便能夠高效布設(shè)，最終完成分圖打印輸出，以滿足公路工程機(jī)電項(xiàng)目的布設(shè)需求。