利用AutoCAD的VBA實(shí)現(xiàn)城市給水管網(wǎng)繪圖自動(dòng)化

利用AutoCAD的VBA實(shí)現(xiàn)城市給水管網(wǎng)繪圖自動(dòng)化

摘要：城市給水管網(wǎng)的平差、優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果圖的繪制是一項(xiàng)較為繁瑣的工作，文章介紹了由管網(wǎng)的基本數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制管網(wǎng)圖的方法，重點(diǎn)介紹了由管網(wǎng)的一個(gè)基本關(guān)系矩陣經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，派生成相應(yīng)的一系列銜接矩陣的方法，并由此完成管網(wǎng)圖的繪制和標(biāo)注工作，大幅度地提高了工作效率，改善了出圖的質(zhì)量。

關(guān)鍵字：給水管網(wǎng)基本關(guān)系矩陣銜接矩陣?yán)L圖標(biāo)注0引言目前，在給排水工程設(shè)計(jì)工作中，已經(jīng)有不少城市管網(wǎng)的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，但許多軟件仍然存在不少問(wèn)題，譬如界面使用不習(xí)慣，數(shù)據(jù)輸入經(jīng)常出錯(cuò)等等，因此，使用率不高。AutoCAD是工程界使用頻率最高，同時(shí)也是最基本的繪圖軟件。不少設(shè)計(jì)人員通常習(xí)慣于自己利用AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)工具，編制一些實(shí)用、方便的程序。由于在城市給水管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算中，繪圖也是一項(xiàng)比較繁瑣的工作，它涉及到大量數(shù)據(jù)的標(biāo)注。因此，不少給排水設(shè)計(jì)工作人員都在努力開(kāi)發(fā)更適合人們思維習(xí)慣的軟件，減少像標(biāo)注數(shù)據(jù)這樣的重復(fù)性工作。本文正是著眼于這一思想，利用AutoCAD2000中的VBA編制了一個(gè)非常實(shí)用的繪圖程序，使給水管網(wǎng)繪圖工作基本上到達(dá)自動(dòng)化。所謂VBA就是VisualBasicforApplication的簡(jiǎn)稱，它不僅可以執(zhí)行并存取AutoCAD環(huán)境的所有資源，還可以整合其他具有VBA能力的應(yīng)用程序。VBA通過(guò)AutoCADActiveXAutomation接口把信息傳送給AutoCAD，而AutoCADVBA也允許VBA環(huán)境與AutoCAD同時(shí)執(zhí)行并通過(guò)ActiveXAutomation接口提供AutoCAD的程序。由于AutoCAD、ActiveXAutomation與VBA的結(jié)合方式提供了功能強(qiáng)大的接口，不僅可以操作AutoCAD的內(nèi)部對(duì)象件，更可以在其他的應(yīng)用程序之間傳送或接受數(shù)據(jù)[1]。文中介紹的方法是：先用VisualFORTRAN編寫(xiě)程序進(jìn)行管網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果生成一個(gè)數(shù)據(jù)文件，再在AutoCAD中，利用VBA編寫(xiě)程序，直接調(diào)用該數(shù)據(jù)文件，自動(dòng)進(jìn)行繪圖、標(biāo)注。1繪圖繪制管網(wǎng)圖的方法有兩種思路：一是以節(jié)點(diǎn)為主的繪圖方法，二是以管段為主的繪圖方法。1.1以節(jié)點(diǎn)為主的繪圖方法由于管網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系可以用管網(wǎng)的基本關(guān)系矩陣環(huán)—節(jié)點(diǎn)矩陣表示出來(lái)。因此，可以利用環(huán)—節(jié)點(diǎn)矩陣?yán)L制給水工程的管網(wǎng)圖。如果直接利用繪制管網(wǎng)圖，在環(huán)與環(huán)之間的公共管段處就會(huì)重復(fù)繪制。因此，必須把環(huán)—節(jié)點(diǎn)矩陣進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以保證公共管段不重復(fù)調(diào)用繪圖和標(biāo)注命令。利用環(huán)—節(jié)點(diǎn)矩陣，其中I表示管網(wǎng)的環(huán)，J表示該環(huán)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換生成一系列用于繪圖的下三角矩陣：節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣、管長(zhǎng)銜接矩陣、管徑銜接矩陣、管段流量銜接矩陣和管段水頭損失銜接矩陣，N表示管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)。1.1.1基本關(guān)系矩陣基本關(guān)系矩陣表示以環(huán)號(hào)為行，以最大環(huán)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為列構(gòu)成的矩陣，寫(xiě)成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言(FORTRAN)就是一個(gè)二維數(shù)組，即KL(I,J)，其中M就是基本關(guān)系矩陣的行號(hào)，也即是管段所在的環(huán)號(hào)I，N就是基本關(guān)系矩陣的列，即環(huán)的節(jié)點(diǎn)數(shù)。KL(I,J)的值就等于管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)號(hào)。由于環(huán)是一個(gè)封閉的環(huán)，所以各個(gè)環(huán)的首節(jié)點(diǎn)號(hào)等于尾節(jié)點(diǎn)[2][3][4]。圖11.1.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換給水管網(wǎng)基本上都是由線段構(gòu)成，通常情況下，繪制直線都是以點(diǎn)為基礎(chǔ)，從直線的起點(diǎn)開(kāi)始繪圖。只要輸入各點(diǎn)的坐標(biāo)，在循環(huán)語(yǔ)句中調(diào)用VBA中的繪制直線命令就可以自動(dòng)繪圖。因此，繪制管網(wǎng)圖的思路是：輸入各點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系，自動(dòng)繪制管網(wǎng)圖。要保證繪圖時(shí)各管段，特別是公共管段做到不重不漏，關(guān)鍵就是要保證節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣完全正確，銜接矩陣不僅在繪圖時(shí)使用，而且在計(jì)算標(biāo)注優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的起點(diǎn)坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度時(shí)都需要用到。由基本關(guān)系矩陣自動(dòng)生成節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣的方法是：先由基本關(guān)系矩陣生成一個(gè)過(guò)渡矩陣，再由生成一個(gè)下三角矩陣銜接矩陣(也可以生成一個(gè)上三角銜接矩陣，其它的銜接矩陣一定也要是上三角矩陣)。其具體做法是先假設(shè)，這樣，節(jié)點(diǎn)K，L就表示相鄰的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，再令，若節(jié)點(diǎn)K，L不相鄰，令，這樣就得到一個(gè)對(duì)稱矩陣，對(duì)角線元素全部等于0。再由生成一個(gè)下三角節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣(本文介紹的都是生成的下三角矩陣)[5][6]。以圖1為例，如下所示：例如：B(1,1)=0，就表示節(jié)點(diǎn)1，B(1,2)=1，表示節(jié)點(diǎn)1,2為相鄰節(jié)點(diǎn)，1—2管段需要繪制。B(1,3)=0，表示1,3節(jié)點(diǎn)不相鄰，就不需要繪制。2—1管段與1—2管段表示同一管段，在繪圖時(shí)只能繪一根管段。為了排除多余的一根管段，就必須用一個(gè)下三角(或上三角)矩陣來(lái)識(shí)別節(jié)點(diǎn)是否為相鄰節(jié)點(diǎn)。圖1的下三角節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣各元素的值等于矩陣對(duì)角線以下對(duì)應(yīng)的各元素的值，矩陣的值如上所示。用同樣的方法，將管段的管長(zhǎng)、管徑、管段流量、管段水頭損失轉(zhuǎn)換為下三角矩陣。這里限于篇幅，管長(zhǎng)銜接矩陣、管徑銜接矩陣、管段流量銜接矩陣和管段水頭損失銜接矩陣就不再列出。判斷這些銜接矩陣不為0時(shí)，將它們分別按同樣的順序，只輸出一列到一個(gè)數(shù)據(jù)文件里，在標(biāo)注時(shí)調(diào)用。數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換既可以在優(yōu)化程序里完成，也可以在VBA繪圖程序里完成。但在VBA繪圖程序里，還需要將二維數(shù)組轉(zhuǎn)換為一維數(shù)組，不如在優(yōu)化程序里簡(jiǎn)捷方便，因?yàn)槿绻趦?yōu)化程序里完成這步工作，在VBA的繪圖程序中只需設(shè)置一維數(shù)組，直接讀入這些數(shù)據(jù)就可以了。1.2以管段為主的繪圖方法以管段為主的繪圖方法就是先對(duì)管網(wǎng)的各個(gè)管段和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，然后根據(jù)管網(wǎng)的各個(gè)管段的編號(hào)，寫(xiě)出由管段的起點(diǎn)號(hào)和終點(diǎn)號(hào)構(gòu)成的一維矩陣，，表示管段的起點(diǎn)號(hào)，表示管段的終點(diǎn)號(hào)。以圖1為例。，的值為以管段為循環(huán)單位，，作為方法的兩個(gè)參數(shù)。1.3繪圖繪圖是調(diào)用VBA中的方法來(lái)繪制直線，的調(diào)用形式是,即它有兩個(gè)接口參數(shù)，一個(gè)是起始點(diǎn)的坐標(biāo)（），另一個(gè)是終止點(diǎn)的坐標(biāo)（）。因?yàn)榉椒ㄖ豢梢岳L制三維線，所以它的兩個(gè)參數(shù)是兩個(gè)三維坐標(biāo)矩陣。在VBA中，定義數(shù)組時(shí)通常寫(xiě)成（0to2），其中表示x軸方向的坐標(biāo)值，表示y軸方向的坐標(biāo)值，表示z軸方向的坐標(biāo)值。定義同一樣。在這里，我們把所有節(jié)點(diǎn)的x軸坐標(biāo)定義為一個(gè)一維數(shù)組，y軸坐標(biāo)定義為一個(gè)一維數(shù)組，z軸坐標(biāo)定義為一個(gè)一維數(shù)組，表示管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)。繪圖坐標(biāo)賦值時(shí)，設(shè)置一個(gè)循環(huán)語(yǔ)句，直接把x軸的坐標(biāo)賦給（0），y軸的坐標(biāo)賦給（1），z軸的坐標(biāo)賦給（2），這里把z軸的坐標(biāo)全部賦為0就可以了。然后再根據(jù)節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣，在時(shí)，調(diào)用VBA中的方法，繪制節(jié)點(diǎn)i—j之間的直線，并設(shè)置直線的線寬、顏色和圖層等。表示節(jié)點(diǎn)流量的小箭頭和標(biāo)注節(jié)點(diǎn)流量等的小圖標(biāo)可以采用插入塊參照或插入外部參照兩種方法來(lái)完成，需要強(qiáng)調(diào)的是，在制作塊或外部圖形文件時(shí)，把小箭頭和標(biāo)注小圖標(biāo)放在地起，一定要使箭頭的底部端點(diǎn)和小圖標(biāo)的底部端點(diǎn)的坐標(biāo)值為，這樣，在插入塊或外部參照時(shí)，才能準(zhǔn)確地插入到指定點(diǎn)的位置。2管段的數(shù)據(jù)標(biāo)注通常繪制管網(wǎng)圖時(shí)，標(biāo)注數(shù)據(jù)要占用三分之二以上的時(shí)間?，F(xiàn)在利用程序設(shè)計(jì)完全可以達(dá)到自動(dòng)完成標(biāo)注。因?yàn)閿?shù)據(jù)文件有一部分是自動(dòng)生成的，如標(biāo)注文字的起始點(diǎn)坐標(biāo)、角度等等。所以標(biāo)注前首先要整理、檢查數(shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)文件通常由以下幾部分組成：一是管網(wǎng)的環(huán)數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)、管段數(shù)、最大的環(huán)的管段數(shù)，以及各個(gè)環(huán)的局部管段數(shù)，基本關(guān)系矩陣的列就等于，基本關(guān)系矩陣的列就等于。利用它可以減少輸入部分不必輸入的數(shù)據(jù)。二是基本關(guān)系矩陣和的值。三是各個(gè)節(jié)點(diǎn)的三個(gè)軸向坐標(biāo)值。四是各個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量、節(jié)點(diǎn)的相對(duì)水壓和節(jié)點(diǎn)的地面標(biāo)高。五是優(yōu)化計(jì)算的最終結(jié)果。標(biāo)注文字的起始點(diǎn)的坐標(biāo)，既可以在繪圖程序中計(jì)算，也可以在優(yōu)化計(jì)算程序中算出，輸出到數(shù)據(jù)文件中。其中，優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果，管長(zhǎng)、管徑、管段流量和管段的水頭損失在數(shù)據(jù)文件輸入時(shí)，是作為字符串形式輸入的。在編制數(shù)據(jù)文件時(shí)，通常將管長(zhǎng)和管徑分為一組，按“管長(zhǎng)—管徑”的格式輸出一列，將管段流量和管段水頭損失分為一組，按“流量—水頭損失”的格式接著在“管長(zhǎng)—管徑”的末尾輸出一列。例如，1—2管段的管長(zhǎng)為1270m，管徑為300mm，管段流量為62.24/m3，水頭損失為5.32m，在數(shù)據(jù)文件中的存放方式為“1270—300”，“62.24—5.32”。需要強(qiáng)調(diào)的是，“1270—300”在讀入時(shí)是作為字符串讀入的，中間不能留有空格，否則“1270—300”將不是作為一個(gè)字符串讀入?！傲髁俊^損失”的標(biāo)注同“管長(zhǎng)—管徑”的標(biāo)注。為了繪圖的美觀，通常把它們分別標(biāo)注在管段的兩側(cè)時(shí)。其中，標(biāo)注管段流量和水頭損失時(shí)，不考慮流向，標(biāo)注的是它們的絕對(duì)值，流向單獨(dú)標(biāo)注[8]。流向一般用一個(gè)箭頭在管段上表示，位于管段的中點(diǎn)，箭頭指向與管段流量的方向一致。標(biāo)注數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)的坐標(biāo)、數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)方向需要根據(jù)節(jié)點(diǎn)識(shí)別銜接矩陣和管段的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算得出。節(jié)點(diǎn)流量標(biāo)注時(shí)，起始點(diǎn)的坐標(biāo)也是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上計(jì)算得出。同樣管段的節(jié)點(diǎn)號(hào)、環(huán)號(hào)的標(biāo)注也均自動(dòng)完成。其中，標(biāo)注環(huán)號(hào)時(shí)，還需要用基本關(guān)系矩陣計(jì)算出標(biāo)注點(diǎn)的坐標(biāo)，注意此時(shí)只能取基本關(guān)系矩陣的列。繪圖、標(biāo)注最終結(jié)果見(jiàn)圖2圖2在繪圖和標(biāo)注完成后，局部可能有重疊的地方，再手工稍微調(diào)整即可。3結(jié)束語(yǔ)利用上述介紹的方法，只需輸入管網(wǎng)的基本數(shù)據(jù)后，就可以完成繪圖和標(biāo)注的自動(dòng)化生，再作局部就可以獲得滿意的圖形。這種方法容易掌握，編程的思路與大多數(shù)人的工作思路的一致。利用這種方法編寫(xiě)的程序，不僅可以大幅度提高給水工程設(shè)計(jì)人員的工作效率，還可以改善繪圖的質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]二代龍震工作室.AutoCAD程序設(shè)計(jì)實(shí)作[M].北京：電子工業(yè)出版社.2002,5[2]王國(guó)明.城鎮(zhèn)給排水工程程序設(shè)計(jì)[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社.2002,125—129[3]王國(guó)明,顏高鋒.環(huán)狀給水管網(wǎng)計(jì)算的一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),200