基于.NET的鐵路站場路基邊坡附屬工程數量計算軟件設計與實現

霍 磊，楊文成，鄭 玢，喬俊飛，張小虎

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100073）

鐵路站場路基邊坡具有整體規模大、設計原則復雜、設計標準較多、工程投資在整體項目投資中占比較高的特點[1-2]。尤其是復雜山區的鐵路項目，地形地質條件差，邊坡防護設施設計尤為復雜，整體附屬工程數量多且不具備一定的統計規律性，人工計算需要耗費大量的人力及時間。因此，在工期較為緊張的設計階段，能夠快速準確地對邊坡附屬工程量以滿足專業間協同需求的格式計算和輸出是有必要的[3]。

當前，針對鐵路站場路基邊坡附屬工程數量的計算方法通常是依靠人工量取邊坡長度信息后對其判斷處理，手動計算后整理輸出。而鐵路站場路基橫斷面具有坡面多、分級多及坡率多等特點，此外，需要統計的材料類別繁多，如植草、空心磚、客土、骨架鑲邊、骨架踏步、瀝青麻筋等[4-6]。進行邊坡附屬工程數量計算時，需要人工量取橫斷面中每一面坡每個等級的邊坡長度，并根據邊坡填土高度判斷采用何種設備及防護措施，手動填入相應的表格進行計算，計算出各自的工程量后，調整格式進行資料提取。該方法整體效率低，對于斷面多且密的項目極易產生誤差甚至錯誤。

綜上，本文基于VB.NET程序框架，對AutoCAD進行了二次開發，研發一套鐵路站場路基邊坡附屬工程數量計算軟件（簡稱：本文軟件）。實現了站場路基邊坡信息自動提取和快速計算，可輸出符合專業間協同需求的工程數量成果文件。

1 軟件開發思路

本文以鐵路站場路基邊坡信息快速提取為切入點，通過自動化處理鐵路站場路基橫斷面圖，在AutoCAD中提供全面而高效的邊坡附屬工程數量快速計算的解決方案。軟件開發思路如圖1所示。

圖1 軟件開發思路

（1）路基邊坡信息提取：利用特征識別技術，從橫斷面圖中準確提取出路基邊坡的關鍵信息，包括斷面里程、邊坡幾何特征等，并以數據庫格式存儲。

（2）數量計算及整理：內置邊坡附屬工程數量計算方法，基于提取的數據信息進行自動化計算，并以規范化、協同化的格式存儲。

（3）用戶界面設計：封裝提取及計算過程，設計用戶界面，提供簡單直觀的操作流程和交互方式，使用戶能夠自定義計算方法以滿足項目實際需求。

2 軟件設計

2.1 路基邊坡信息提取

某鐵路站場中心位置路基橫斷面如圖2所示，圖中，里程信息為“DK29+480”。本文軟件根據橫斷面圖中獨有的文字屬性、顏色屬性及含有“DK”字符串等特征，進行內容提取并存儲至數據庫中；同時，根據路基邊坡獨有的直線屬性、顏色屬性及坡度屬性等特征，提取其頂點坐標等基礎信息，并基于基礎信息計算邊坡長度、坡度及方向等幾何信息，存儲至數據庫中。

圖2 站場路基橫斷面

2.2 工程數量計算及整理

路基邊坡防護種類繁多，包括骨架鑲邊、植草、紫穗槐、客土、碎石墊層、挖槽土及土工格柵等。依據鐵路工程建設通用參考圖《鐵路路基邊坡防護（一般地區）圖號通路（2015）4401-1》確定部分計算指標[7]，相關計算指標及算法如表1所示。表中，S為路基邊坡面積，單位：m2；L為路基邊坡長度，單位：m。

表1 工程數量指標及計算方法

計算后對計算結果進行整理，以規范化、滿足專業協同需求的格式進行存儲和輸出，從而為項目提供詳盡、精確的工程數量與規格信息。

2.3 交互界面設計

受設計階段、鐵路標準及所處地區等條件的影響，鐵路站場路基邊坡附屬工程的設計及相應的計算指標有所不同[8]。因此，在計算過程中用戶需要根據項目實際，實時修改計算指標、特征參數等。本文軟件交互界面設計如圖3所示。

圖3 軟件交互界面

交互界面的內容包括輸入端、輸出端及啟動項，用戶可根據項目實際，在輸入端對計算指標進行自定義，運行完畢后，計算結果將在輸出端顯示，同時可導出滿足專業間協同需求的成果文件。

3 功能及實現

3.1 信息提取與存儲

獲取每個路基斷面的邊坡長度并與里程信息相對應是信息提取及存儲功能的關鍵。鐵路站場路基橫斷面圖紙中，每個里程的橫斷面圖形包含了大量的圖形、文字等元素，將這些元素按照特征屬性篩選并提取出路基邊坡信息的步驟如下。

（1）以圖形類型、顏色特征為篩選條件，過濾、刪除圖形元素中的文字、地面線及股道等元素，僅保留路基體外邊線，如圖4所示，此時圖形中的元素類型僅包含多段線元素，并且整個路基邊線為一個整體。

圖4 第1次過濾篩選后圖形包含元素

（2）將路基邊線元素打斷，使得路基邊坡變為獨立的直線元素；再以坡度作為篩選條件，過濾掉其他直線，此時模型空間中的元素僅包含路基邊坡元素，如圖5所示，灰色部分表示被篩除的元素。

圖5 第2次過濾篩選后圖形包含元素

（3）在模型空間分別提取邊坡直線元素的起/終點坐標存入數組作為過程參數，并利用坐標信息計算邊坡長度、邊坡坡度及邊坡方向，再次存入數組并刪除過程參數，將計算結果與里程對應，并排序后存入數據庫中。

通過以上步驟可實現從包含復雜元素的路基橫斷面圖中按照里程順序提取并存儲邊坡信息的功能，為之后邊坡附屬工程數量計算提供準確的計算參數，從而代替人工量取工作，更大程度地消除偶然誤差造成的影響。

3.2 多級邊坡識別計算

在復雜山區鐵路的設計過程中，高填方路基與深挖方路塹工況較為普遍，路基邊坡往往需要分級設置，在邊坡信息的提取過程中需要將同一坡面不同等級的邊坡長度進行累加計算，本文軟件將同一坡面不同等級的邊坡長度自動識別并進行累加計算。存在多級邊坡的橫斷面如圖6所示，經過過濾篩選后，圖面注釋及地面線等無關元素已篩除，左側坡面為兩級邊坡，右側坡面為單級邊坡。

圖6 含多級邊坡的橫斷面示例

圖6中，不同坡面端點間距最短為D，即路基表面的寬度；屬于同一坡面的相鄰邊坡端點間最小間距為d，即邊坡平臺的寬度。依據文獻[9]《鐵路車站及樞紐設計規范》（TB 10099-2017），邊坡平臺寬度不大于路基頂面寬度。基于這一理論，多級邊坡識別計算步驟如下。

（1）根據鐵路站場路基設計原則預先設定最小間距d的值，作為判定基準。

（2）分別計算各相鄰獨立邊坡直線端點間的最小距離，將其與d進行比較，若最大距離不大于d，則將兩個獨立邊坡直線判定為同一坡面，同時對長度進行累加，否則判定為不同的坡面。

（3）將路基邊坡信息存入數組，并將計算結果與里程對應，排序后存入數據庫中。

3.3 成果文件生成

不同階段、不同標準項目路基邊坡附屬工程設計原則通常不一致[10-12]，各數量類型計算指標也不同，為避免對源代碼的反復修改，須滿足軟件用戶對計算指標、篩選類等輸入端參數的自定義修改需求，其主要的實現步驟如下。

（1）應用VB.NET程序框架下的窗體功能對用戶界面進行排版設計，主要包含輸入端、輸出端、運行按鈕及標簽注釋等。

（2）在運行按鈕內寫入編寫的代碼，包含提取方法、數量計算方法及導出協同格式數據庫的方法等。

（3）將代碼中內置的各類路基邊坡附屬工程數量計算指標參數，連接到窗體界面輸入端建立的輸入文本框中進行顯示。

（4）在代碼中將各分段內路基邊坡附屬工程數量的計算結果求和，求和結果連接到輸出端建立的輸出文本框中進行顯示。

（5）生成解決方案，以.exe格式保存。

用戶需要根據界面注釋進行環境配置，將站場路基橫斷面圖紙文件與軟件保存至預先設置好的路徑之下，打開軟件設置相應的計算指標等參數，運行軟件即可進行全過程計算，最終導出的數量成果協同格式文件如表2所示，該文件格式符合鐵路站場專業與其他專業的協同需求[13-15]。

表2 數量成果協同格式文件示意

4 結束語

本文設計的鐵路站場路基邊坡附屬工程數量計算軟件基于AutoCAD軟件二次開發，利用路基邊坡信息提取、多級邊坡識別計算、通用界面設計及封裝等技術，實現了對站場路基邊坡附屬工程數量的快速計算和輸出，輸出成果格式符合站場專業與接口專業的協同需求。通過在多個鐵路項目實際生產過程中的應用驗證表明，本文軟件可大幅度降低設計人員的工作量，減輕了人為誤差的影響，提高了設計精度和效率，具有較強的工程實用性。