鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院 牛國(guó)凱 郭 艷

AutoLISP在河道CAD中的應(yīng)用

鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院 牛國(guó)凱 郭 艷

AutoCAD是當(dāng)今世界上應(yīng)用最為廣泛的微機(jī)CAD軟件，它的應(yīng)用遍及工業(yè)、交通、地質(zhì)和氣象等眾多領(lǐng)域。目前，AutoCAD在水利工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是以機(jī)代手，進(jìn)行屏幕設(shè)計(jì)；另一方面是針對(duì)具體的工程設(shè)計(jì)（具體形式如河道、溝渠、水閘、涵洞等）進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

一、AutoCAD在水利工程中的應(yīng)用

AutoCAD強(qiáng)大的繪圖功能使得計(jì)算機(jī)繪制工程圖得到進(jìn)一步完善。目前對(duì)AutoCAD應(yīng)用最廣的是以機(jī)代手，進(jìn)行屏幕設(shè)計(jì)，省略了人工描圖過(guò)程，從而大大提高了設(shè)計(jì)速度，且設(shè)計(jì)圖紙美觀、修改方便。

對(duì)于熟練掌握AutoCAD且設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)者，往往能夠?qū)⒕哂邢嘟问胶蜅l件的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行歸類。例如，涵洞可分為洞徑0.8m、1.0m、1.2m等幾種類型，事先繪出設(shè)計(jì)圖紙，形成圖形庫(kù)。當(dāng)設(shè)計(jì)需要時(shí)，只需把滿足條件的圖紙從圖形庫(kù)中調(diào)出，修改具體的尺寸、高程等數(shù)據(jù)，即可使用。也就是說(shuō)，在應(yīng)用AutoCAD階段，建立圖紙模型庫(kù)是提高設(shè)計(jì)速度的一個(gè)好方法。若要使設(shè)計(jì)速度得到進(jìn)一步提高，則可以對(duì)AutoCAD進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)：利用AutoLISP語(yǔ)言編程，用DCL語(yǔ)言進(jìn)行對(duì)話框設(shè)計(jì)，從而形成AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)軟件包，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。

二、AutoLISP簡(jiǎn)介

AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)工具包括AutoLISP、ADSDCL、ASE等工具。其中，AutoLISP語(yǔ)言簡(jiǎn)學(xué)易懂，DCL對(duì)話框美觀實(shí)用，因而受到人們的青睞，并得到廣泛應(yīng)用。

AutoLISP語(yǔ)言是一種嵌入在AutoCAD內(nèi)部的LISP編程語(yǔ)言。LISP（List Processing Language）是一種計(jì)算機(jī)表處理語(yǔ)言，在人工智能學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。LISP語(yǔ)言的特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)都采用符號(hào)表達(dá)式的形式，也就是說(shuō)，一個(gè)LISP程序可以把另一個(gè)LISP程序作為它的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此，使用LISP語(yǔ)言編程靈活方便，就像是進(jìn)行一個(gè)個(gè)的函數(shù)調(diào)用。

三、AutoLISP語(yǔ)言編程實(shí)例

1.工程概況。十八里河發(fā)源于新鄭市小喬鄉(xiāng)孟莊南溝，河道全長(zhǎng)24.8km，流域面積112.3km2，其中鄭州市區(qū)段長(zhǎng)10.5km，是鄭州市重要的排洪河道。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，人們對(duì)河道的功能也提出了更高要求。鄭州市十八里河生態(tài)治理工程在滿足防洪除澇標(biāo)準(zhǔn)的前提下，達(dá)到了合理開(kāi)發(fā)利用、提高土地利用率、治理河道、防洪除澇、改善人居生態(tài)環(huán)境和提高城市品位的目的。

2.工程設(shè)計(jì)。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）和《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）等有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，十八里河河道治理工程屬于三等工程，堤防級(jí)別為二級(jí)。根據(jù)《鄭州市城市防洪規(guī)劃》的要求，結(jié)合城市發(fā)展需求，十八里河河道治理防洪標(biāo)準(zhǔn)按照50年一遇的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，除澇標(biāo)準(zhǔn)按照5年一遇的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。為減少土方外運(yùn)量，在河道兩岸修筑微地形，微地形隔一定距離設(shè)置排水口，以方便兩岸排澇。十八里河除了要具有一般河道的防洪、除澇等功能外，還應(yīng)具有生態(tài)和景觀功能。因此，本次河道軸線的確定以河道現(xiàn)狀中心線為準(zhǔn)，宜彎則彎，原則上不進(jìn)行裁彎取直或改道改線處理。結(jié)合十八里河的河道特點(diǎn)，河道行洪斷面設(shè)計(jì)采用梯形斷面方案。在滿足行洪斷面要求的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)生態(tài)和景觀的要求，對(duì)單一梯形斷面采取子槽開(kāi)挖、邊坡植草、局部防護(hù)等措施，以使治理后的河道斷面自然、美觀、順暢、和諧。

3.AutoLISP語(yǔ)言編程及河道平面設(shè)計(jì)圖的繪制。在進(jìn)行河道平面圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先在測(cè)量的平面帶狀地形圖上勾勒出河道中心軸線，并依次描繪出設(shè)計(jì)河底線、設(shè)計(jì)上口線、設(shè)計(jì)堤頂線等要素。在河道軸線上的每一個(gè)拐點(diǎn)處、設(shè)定樁號(hào)間距確定的整樁號(hào)處、圓弧連接的端點(diǎn)和中點(diǎn)處（若河道軸線中包含圓弧段）等關(guān)鍵點(diǎn)，標(biāo)示出該點(diǎn)的樁號(hào)、序號(hào)、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、圓弧段圓心坐標(biāo)和圓弧半徑。本程序可實(shí)現(xiàn)上述功能，通過(guò)對(duì)河道中心軸線CAD實(shí)體的獲取，分析其數(shù)據(jù)表，進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，繪制相應(yīng)圖形添加到CAD圖形中，最后生成一個(gè)記事本文件。下面匯總列出程序代碼片段：

繪制出的CAD圖片段如圖1所示。

圖1 圖片段

生成的記事本片段如表1所示。

表1 記事本片段

四、AutoLISP的調(diào)試方法

新編寫的程序并不是完全按照用戶編寫的意圖來(lái)執(zhí)行的。因此，在獲得錯(cuò)誤結(jié)果或發(fā)生程序終止的情況下，就需要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。而在AutoLISP程序調(diào)試中，一般使用Visual LISP提供的調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，且調(diào)試方法不唯一。以下，給出2種簡(jiǎn)單的調(diào)試方法，即全局變量調(diào)試法和內(nèi)部函數(shù)調(diào)試法。

1.全局變量調(diào)試法。在AutoLISP程序中，使用的變量分為局部變量和全局變量2種。局部變量?jī)H僅存在于定義該變量的函數(shù)中，只有在該函數(shù)的運(yùn)行過(guò)程中，變量才能使用。而全局變量則不同，只要未退出AutoCAD環(huán)境，已使用過(guò)的全局變量始終保存在內(nèi)存中，隨時(shí)可以查詢、修改這些變量的值，所以在程序的調(diào)試階段，可以把程序中的某些關(guān)鍵變量定義成全局變量，在程序運(yùn)行結(jié)束后，無(wú)論是正常退出還是出錯(cuò)退出，依然可以使用這些全局變量。如，用AutoLISP的PRINC函數(shù)可以查詢變量的值，用SETQ函數(shù)可以修改變量的值。變量定義成全局變量后，在程序出錯(cuò)中斷運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)檢查各個(gè)變量的值，了解程序運(yùn)行的情況，確定問(wèn)題出在什么地方。

2.內(nèi)部函數(shù)調(diào)試法。AutoLISP內(nèi)部帶有一個(gè)調(diào)試跟蹤函數(shù)，使用格式為：TRACE函數(shù)名。這個(gè)函數(shù)的作用是給指定的函數(shù)設(shè)置跟蹤標(biāo)志。設(shè)置跟蹤標(biāo)志后，調(diào)用函數(shù)時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出提示。在函數(shù)運(yùn)行結(jié)束返回時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給出返回結(jié)果。在使用TRACE函數(shù)時(shí)，首先要把需要調(diào)試的程序段單獨(dú)定義成一個(gè)函數(shù)，然后在主程序段中調(diào)用。AutoLISP定義函數(shù)有2種形式：DEFUN函數(shù)名和DEFUNC函數(shù)名。

目前，AutoCAD軟件已經(jīng)在水利工程設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。因此，如何在以機(jī)代手、屏幕設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更好地實(shí)現(xiàn)AutoCAD的二次甚至三次開(kāi)發(fā)，是水利專業(yè)技術(shù)人員今后的一個(gè)重要的發(fā)展方向和研究領(lǐng)域。