李煒，鄭偉

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510220）

0 引言

超深值與超寬值不僅是港珠澳大橋島隧工程疏浚施工單位質(zhì)量控制的重要指標(biāo)，也是業(yè)主單位、監(jiān)理單位對(duì)疏浚工程進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定與驗(yàn)收的重要指標(biāo)。按現(xiàn)行JTS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，在疏浚工程竣工自檢與驗(yàn)收提交的成果資料中，“水下基槽開(kāi)挖斷面測(cè)量驗(yàn)收記錄”是必不可少的一項(xiàng)[1]，也是工作量最大的一項(xiàng)，由此統(tǒng)計(jì)平均超深超寬值。

統(tǒng)計(jì)超深值與超寬值是一項(xiàng)極其繁瑣而又簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，目前常用的方法是根據(jù)測(cè)深數(shù)據(jù)文件，采用Hypack或南方CASS等軟件建立TIN模型，生成斷面圖并輸出成DWG/DXF格式，然后在A(yíng)utoCAD中分別對(duì)每個(gè)斷面上一定間距的各點(diǎn)（下文稱(chēng)為“評(píng)定點(diǎn)”）進(jìn)行超深值與超寬值的量取。然而這種人工量取與統(tǒng)計(jì)的方法不僅費(fèi)時(shí)間而且容易出錯(cuò)。本文結(jié)合港珠澳大橋島隧工程疏浚工程量大的特點(diǎn)，探討如何優(yōu)化疏浚工程質(zhì)量評(píng)定方法，以提高工作效率。

1 軟件選擇與基本思路

島隧工程的基槽開(kāi)挖設(shè)計(jì)斷面復(fù)雜，不僅橫向邊坡坡率多達(dá) 3個(gè)（1∶2、1∶2.5、1∶3 或 1∶5 的組合），而且基槽縱向底部呈W形，設(shè)置了2.98%、1.443%、-0.023%等多個(gè)坡率的緩坡組合，而南方CASS很難建立這樣復(fù)雜的航道設(shè)計(jì)模型，所以選擇Hypack軟件用于測(cè)深數(shù)據(jù)的處理與斷面圖的輸出。

1.1 思路一

在Hypack軟件輸出斷面圖時(shí)，選擇輸出各評(píng)定點(diǎn)的里程（DBL）、設(shè)計(jì)標(biāo)高（Depth/Tmp）與泥面標(biāo)高，并且借助軟件可以方便地將CAD中的這些文字信息讀取成文本信息。

按照超深超寬的定義，根據(jù)DBL進(jìn)行判斷，位于槽底的高程直接用于計(jì)算超深值，即：超深值=泥面標(biāo)高-設(shè)計(jì)標(biāo)高，而位于邊坡的高程用于計(jì)算超寬值，需要進(jìn)一步判斷其具體位置?？梢砸旸BL為橫坐標(biāo)軸X，高程為縱坐標(biāo)軸Y，邊坡則可以表示成為分段函數(shù)，且每段函數(shù)均可以表示成Y=kX+b，那么超寬值為ΔX=X-X1=（Y1-b）/k-X1，其中（X1，Y1）分別為評(píng)定點(diǎn)的DBL和泥面的標(biāo)高。

該方法實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)是，根據(jù)DBL判斷評(píng)定點(diǎn)位于邊坡的具體位置并求取對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)方程斜率k與Y軸截距b。而Excel具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算能力，可以根據(jù)這些文本信息計(jì)算出質(zhì)量評(píng)定中的超深值與超寬值[2-3]。

1.2 思路二

按質(zhì)量評(píng)定要求的點(diǎn)間距，利用Hypack軟件對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)按測(cè)線(xiàn)排序，輸出所有評(píng)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的XYZ數(shù)據(jù)，即得到了所有評(píng)定點(diǎn)的平面坐標(biāo)與高程信息，然后根據(jù)設(shè)計(jì)斷面信息，即原始測(cè)線(xiàn)文件信息（*.LNW），利用Excel VBA進(jìn)行判斷并確認(rèn)每個(gè)斷面所對(duì)應(yīng)的評(píng)定點(diǎn)數(shù)據(jù)。

既然已經(jīng)獲得了每個(gè)斷面的設(shè)計(jì)信息和斷面上評(píng)定點(diǎn)的XYZ數(shù)據(jù)，就可以按照思路一，根據(jù)評(píng)定點(diǎn)的DBL計(jì)算輸出這些評(píng)定點(diǎn)的超深值與超寬值。

圖1 計(jì)算模板Fig.1 The computation template

實(shí)質(zhì)上，思路二是思路一的進(jìn)一步優(yōu)化，無(wú)需將橫斷面圖上的文字信息逐一轉(zhuǎn)換成文本信息，省去了思路一中繁瑣的轉(zhuǎn)換工作，并且可以實(shí)現(xiàn)所有斷面的超寬值與超深值的批量計(jì)算。

該法實(shí)現(xiàn)的主要重點(diǎn)與難點(diǎn)是，將所有評(píng)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的XYZ數(shù)據(jù)按斷面及評(píng)定點(diǎn)進(jìn)行順序分類(lèi)。

2 統(tǒng)計(jì)超深超寬值的步驟

2.1 方法一

2.1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

根據(jù)原始測(cè)線(xiàn)文件和原測(cè)深數(shù)據(jù)文件，利用Hypack軟件生成橫斷面圖，一并輸出注記信息（包括DBL、設(shè)計(jì)標(biāo)高和泥面標(biāo)高）。

由于兩側(cè)邊坡的超寬值分別以左右坡腳點(diǎn)作為起點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，所以需要按質(zhì)量評(píng)定點(diǎn)的間距分別以左右坡腳點(diǎn)為起點(diǎn)輸出橫斷面圖。該方法需要輸出3份橫斷面圖DXF文件，分別是：1）以左坡腳點(diǎn)為起點(diǎn)僅輸出設(shè)計(jì)變形點(diǎn)的橫斷面圖（以下稱(chēng)“DXF1”）；2）以左坡腳點(diǎn)為起點(diǎn)按評(píng)定點(diǎn)間距輸出橫斷面圖（以下稱(chēng)“DXF2”）；3）以右坡腳點(diǎn)為起點(diǎn)按評(píng)定點(diǎn)間距輸出橫斷面圖（以下稱(chēng)“DXF3”）。

2.1.2 制作表格與輸入公式

1）制作表格

計(jì)算模板的制作表格如圖1所示。

2）數(shù)據(jù)輸入

按斷面進(jìn)行輸入，每個(gè)斷面對(duì)應(yīng)一個(gè)Excel工作表。利用“報(bào)表轉(zhuǎn)繪王”軟件，將DXF1中斷面信息讀取并粘貼至單元格B2∶J4；將DXF2中左邊坡與槽底信息、以及DXF3中右邊坡信息讀取并粘貼至B9∶AQ11。

3）公式輸入

在單元格B5中輸入公式=（B3-C3）/（B2-C2），在單元格C5中輸入公式=B3-B5*B2，在B6∶J6中粘貼公式，完成邊坡分段函數(shù)的斜率k和截距b的計(jì)算。

在 B12 中輸入公式=IF（OR（B9＜0，B9＞SGS2），""，B11-B10），在C13∶AQ13中粘貼公式，完成槽底超深值的計(jì)算。

2.2 方法二

2.2.1 用戶(hù)界面設(shè)計(jì)

程序界面如圖2所示。

圖2 程序用戶(hù)界面Fig.2 The program′suser interface

該程序設(shè)計(jì)分為7個(gè)工作表：sheet1用于存儲(chǔ)原始測(cè)線(xiàn)文件；sheet2用于存儲(chǔ)從原始測(cè)線(xiàn)文件初步提取的信息，包括DBL、Tmp；sheet3用于存儲(chǔ)原始測(cè)線(xiàn)文件中各測(cè)線(xiàn)的起點(diǎn)、左坡腳點(diǎn)、右坡腳點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)；sheet4用于存儲(chǔ)評(píng)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的XYZ數(shù)據(jù)；sheet5用于存儲(chǔ)設(shè)計(jì)斷面信息；sheet6用于存儲(chǔ)超深值計(jì)算結(jié)果；sheet7用于存儲(chǔ)超寬值計(jì)算結(jié)果。

2.2.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

該方法需要的數(shù)據(jù)或給定的條件有：

1）原始測(cè)線(xiàn)文件；

2） 評(píng)定點(diǎn)間距；

3）評(píng)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)的XYZ數(shù)據(jù)。

為獲得評(píng)定點(diǎn)XYZ數(shù)據(jù)，需將原始測(cè)線(xiàn)文件中的每條測(cè)線(xiàn)都分解成三段，即：左坡腳點(diǎn)與起點(diǎn)、左坡腳點(diǎn)與右坡腳點(diǎn)、右坡腳點(diǎn)與終點(diǎn)，然后再按新生成的測(cè)線(xiàn)進(jìn)行排序。

2.2.3 程序步驟

第一步、測(cè)線(xiàn)信息讀取。

該功能主要完成：讀取原始測(cè)線(xiàn)文件的相關(guān)信息，并存儲(chǔ)至相應(yīng)的工作表，方便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)超深超寬值時(shí)調(diào)用；提取出新測(cè)線(xiàn)起始點(diǎn)坐標(biāo)，以便生成新的測(cè)線(xiàn)文件。

1）提取原始測(cè)線(xiàn)信息

提取原始測(cè)線(xiàn)信息，包括：測(cè)線(xiàn)序號(hào)、樁號(hào)、起始點(diǎn)坐標(biāo)，保存至數(shù)組c中，且每條測(cè)線(xiàn)對(duì)應(yīng)數(shù)組c中的一行。

將提取的測(cè)線(xiàn)信息輸出至sheet2中。同樣將原始測(cè)線(xiàn)文件中的DBL、Tmp信息提取輸出至sheet2中，分別保存至數(shù)組dbl和數(shù)組dep。

2） 求取新測(cè)線(xiàn)信息

在提取原始測(cè)線(xiàn)信息時(shí)，已經(jīng)提取并保存有原測(cè)線(xiàn)的起始點(diǎn)坐標(biāo)。為生成新測(cè)線(xiàn)，只需要計(jì)算出原測(cè)線(xiàn)的左右坡腳點(diǎn)坐標(biāo)。

第二步、統(tǒng)計(jì)超深超寬值。

1） 計(jì)算斜率與截距

編制Excel VBA代碼，由軟件自動(dòng)計(jì)算。

2） 評(píng)定點(diǎn)分類(lèi)

超深評(píng)定點(diǎn)需滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：①評(píng)定點(diǎn)與左坡腳點(diǎn)的距離=評(píng)定點(diǎn)間距×（評(píng)定點(diǎn)序號(hào)-1）；②評(píng)定點(diǎn)與右坡腳點(diǎn)的距離等于左坡腳點(diǎn)DBL與評(píng)定點(diǎn)DBL之和。

超寬評(píng)定點(diǎn)分類(lèi)需區(qū)分左右邊坡，左邊坡超寬評(píng)定點(diǎn)需滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：①評(píng)定點(diǎn)與左坡腳點(diǎn)的距離=評(píng)定點(diǎn)間距×（評(píng)定點(diǎn)序號(hào)-1）；②評(píng)定點(diǎn)與起點(diǎn)的距離+評(píng)定點(diǎn)與左坡腳點(diǎn)距離=左坡腳點(diǎn)DBL。右邊坡超寬評(píng)定點(diǎn)需滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：①評(píng)定點(diǎn)與右坡腳點(diǎn)的距離=評(píng)定點(diǎn)間距×（評(píng)定點(diǎn)序號(hào)-1）；②評(píng)定點(diǎn)與起點(diǎn)的距離-評(píng)定點(diǎn)與左坡腳點(diǎn)的距離=右坡腳點(diǎn)DBL。以此編制其核心代碼。

3 實(shí)際應(yīng)用分析

以該工程某一管節(jié)竣工自檢測(cè)量成果為例，分別以常見(jiàn)方法和本文提出的兩種方法統(tǒng)計(jì)超深超寬值。取其中一個(gè)典型斷面數(shù)據(jù)，各超深超寬值見(jiàn)表1。

表1 精度分析Table 1 The precision analysis

可見(jiàn)，手工量取與方法一計(jì)算的超深超寬值差異很少，最大不超過(guò)1 cm，可以認(rèn)為兩種方法的結(jié)果完全一致，而與方法二計(jì)算的超深超寬值卻存在一定偏差，最大差值約3 cm。

經(jīng)分析，形成這種差值的原因是，Hypack軟件在輸出斷面圖時(shí)，記錄沿?cái)嗝鎯?nèi)插點(diǎn)的信息，且斷面線(xiàn)由這一系列離散點(diǎn)（內(nèi)插點(diǎn)）連接而成，而這些離散點(diǎn)并不是評(píng)定點(diǎn)。所以通過(guò)斷面圖進(jìn)行超深值和超寬值的統(tǒng)計(jì)時(shí)，需要通過(guò)這些離散點(diǎn)內(nèi)插出評(píng)定點(diǎn)的位置。手工量取和方法一均是直接從斷面線(xiàn)中讀取，所以結(jié)果一致；而方法二是直接對(duì)評(píng)定點(diǎn)XYZ數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，僅一次內(nèi)插（生成TIN模型），結(jié)果相對(duì)精確。

4 結(jié)語(yǔ)

在港珠澳大橋島隧工程中成功應(yīng)用Excel進(jìn)行疏浚工程質(zhì)量評(píng)定，方法準(zhǔn)確可行，并且具有便捷、高效的特點(diǎn)，改變了以往手工量取的作業(yè)方法，在很大程度上提高了準(zhǔn)確性和工作效率，滿(mǎn)足了島隧工程高精度、高效率、高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求。