解海軍

摘要：隨著建筑工程技術的飛速發(fā)展，數據分析與計算在施工項目技術的論證應用也更加廣泛。傳統(tǒng)的手工計算與數據分析不僅費時費力，而且精準度、時效性難以滿足現代工程快速化、高質量、嚴安全的要求。如何在繼承原有理論計算及數據處理的經驗基礎上，借助先進的數據計算與處理平臺完成相關工作，并實現快速、精確、詳實的輸出結果，也是工程技術人員亟待解決的問題。本文引入Mathcad Prime和AxMath進行數據計算，借助Excel進行數據圖表繪制及CAD坐標展點，借助隧道施工軟件進行數據分析等，能夠有效地解決上述問題。

關鍵詞：Mathcad Prime和AxMath數據計算;Excel數據圖表繪制;CAD坐標展點;隧道施工軟件數據分析

中圖分類號： TV52 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

1 ?概況

目前，大多數建筑企業(yè)在進行項目施工方案論證過程中，仍舊沿用傳統(tǒng)的手工理論計算方式，電算化程度不高，對于工程計算與數據處理的速度、精準度、時效性，特別是對于混凝土出機口溫控計算、水力截流計算，強度指標數據繪制圖表，坐標數據導入CAD展點，隧道不同圍巖級別開挖進尺統(tǒng)計，數據單位批量上下標設置，難以滿足現代快速化施工的需求。針對這種問題，筆者經過對建筑行業(yè)內幾款優(yōu)秀的理論計算軟件的比選，結合自身工程實踐，利用Mathcad Prime、AxMath進行工程計算，利用Excel完成Project軟件提取的主要強度指標數據繪制圖表，利用Excel完成圖紙坐標在CAD中批量展點，利用隧道施工計算軟件完成不同圍巖等級、不同開挖進尺條件下，整條洞室工期的分析，利用Excel完成大量坐標數據轉換、坐標數據連線及編號，利用Word查找和替換功能完成數據或單位批量上下標設置，顯著地提高工效和精準度，出色地完成日常工程計算與數據處理工作。

2 ?Mathcad Prime和AxMath數據計算

2.1 ?Mathcad Prime

Mathcad[1]是美國PTC公司旗下的一款工程計算軟件，作為工程計算的全球標準，與專有的計算工具和電子表格不同，Mathcad允許工程師利用詳盡的應用數學函數和動態(tài)、可感知單位的計算來同時設計和記錄工程計算。Mathcad Prime是在Mathcad基礎上開發(fā)的針對全球工程師行業(yè)技術標準計算工具。Mathcad Prime通過將計算、圖表、文本和圖像結合在一個文檔中，支持知識擷取和發(fā)布，而這些都有助于大型項目的管理。

在國內外水電工程中施工中，經常會涉及到水工建筑物混凝土溫度控制問題，針對混凝土溫控問題均需要計算混凝土出機口溫度，相關專業(yè)書籍給出的混凝土出機口溫度計算公式如下：

上式中參數變量多，分項式多，如果采用傳統(tǒng)的手工計算，將耗費大量的時間和精力，稍不留神，容易出現計算錯誤。經過對現有計算手段分析、比較，采用Mathcad Prime軟件，在參數已知情況下，通過定義參數變量，軟件可自動、快速、準確的計算結果。其計算主要過程如下（計算簡圖見圖1）：

（1）在不考慮混凝土拌和產生的機械熱時，分別給定Cs、Cg、Cc、Cw，qs、qg，Ts、Tg、Tc、Tw，Ws、Wg、Wc、Ww參數取值;

（2）在Mathcad Prime軟件中，將步驟（1）中參數變量進行定義;

（3）按照軟件輸入規(guī)則完成溫控計算公式書寫;

（4）進行公式運算，軟件自動完成公式求解。

對于水利工程中涉及導截流施工的相關理論計算也可借助Mathcad Prime軟件完成。例如截流水力學計算[2]中的龍口泄流量計算： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（淹沒流形態(tài)），在給定不同時段龍口上游水深H、龍口平均水面寬度B（σ淹沒系數、m收縮流量系數均可根據不同過水斷面形式、流態(tài)查相關參數表獲取），可分別計算不同時段龍口下泄流量，最終完成截流水力學計算成果表，為截流施工選取龍口寬度、截流材料用量、截流施工機械配置等提供理論依據。

特別是在束窄河床水力計算中，對于顯式函數方程： ? ? ? ? ? 的求解，通常在Excel中采用直接迭代法或直接迭代加速法（常用埃特金加速法）進行計算，需進行計算列表并經過2～3次迭代運算，方可求得最終結果，而借助Mathcad Prime軟件，將上述公式按照一元三次方程進行求解，可直接得到結果（需剔除假值）。

Mathcad Prime軟件主要適用于復雜公式計算以及高等數學理論計算，尤其在求解方程、方程組，矩陣及函數，微積分及曲線圖繪制方面優(yōu)勢明顯。

2.2 ?AxMath

Axmath軟件是一款最新的國產化公式的編輯與排版、科學計算軟件，與其同期推出的還有AxGlyph（主要用于函數圖形及計算簡圖繪制）。AxMath軟件與之前的MathType軟件相比較，具有性價比高，界面更人性化、操作簡單等優(yōu)點。AxMath屬于OLE（用來在WORD等容器中插入公式或圖片對象）軟件，包含latex語法編輯公式。AxMath的公式輸入方法包括面板輸入、LaTex語法輸入和面板、LaTex語法混合輸入三種方式。極大地滿足各專業(yè)人員在Word、WPS等環(huán)境下公式編排、理論計算的需求。

3 ?Project資源分配數據提取與利用

Project軟件作為一款項目管理工具軟件，學習及操作簡單，功能齊全，深受廣大工程行業(yè)人員喜愛。但是使用該軟件的人員經常會為提取進度計劃中各主要項目的分配數據而煩勞，尤其是在該軟件“資源圖表”模塊下生成的各主要項目資源柱狀圖效果不盡如人意。

經過多次工程實踐摸索，可借助Excel軟件的圖表繪制功能并利用提取的Project資源分配數據完成數據柱狀圖或曲線圖繪制。

（1）資源分配數據提?。簩roject軟件切換至資源使用狀況界面，先根據需要利用“時間刻度”對話框完成時間刻度年、季度、月的格式設置，再利用鼠標左鍵拖動選擇需要提取的數據，最后利用“Ctrl+C”組合鍵進行選中數據復制（Project軟件中不能使用直接復制功能）。

（2）數據放置及處理：新建Excel空白文檔，將Project軟件提取的數據粘貼到文檔中，并對數據分類名稱、數據顯示小數位數、數據時間段進行完善。由于從Project軟件中提取的數據為水平排列，如果想將其調整為垂直方式排列，相應操作為：①復制需要轉向的數據;②粘貼前鼠標右鍵選“選擇性粘貼”項，③在空白單元格處單擊，在打開的選擇性粘貼對話框中勾選“轉置”項，單擊確定按鈕即可實現數據行列轉置。利用Excel的轉置功能，亦可實現長系列數據表格的縱橫向轉置。

（3）數據圖表繪制：對于經常使用的圖表，應預先完成圖表樣式設置，使用時僅需要替換圖表中相關聯的數據，就可自動生成圖表。借助步驟（2）處理后的數據，將其錄入到Excel預設圖表中，即可自行生成圖表。

（4）插入圖表：在Word中選中“保留源格式和嵌入工作簿”格式粘貼，可在Word中對圖表格式進行調整。

4 ?地下洞室掘進數據分析

在地下洞室開挖進度安排上，工程技術人員往往需要根據揭示有圍巖類別的洞室設計縱斷面圖，并結合圍巖分類、開挖方式、施工規(guī)范要求及本單位施工能力等因素，通過將圍巖等級、開挖長度、每循環(huán)開挖進尺、每循環(huán)消耗工時等項目匯總、列表，采用手工或借助Excel進行分析計算。其工程量大，工作效率及準確度不高，而且難以對不同圍巖類別開挖進尺強度進行橫向比較。經過多次實踐運用比較，借助一款隧洞施工計算軟件中的“工期計算”模塊工程，在完成設計圖紙中不同等級圍巖長度初步統(tǒng)計后，先在軟件中調取適用于本工程的Ⅱ～Ⅴ類圍巖，其次根據本單位施工能力逐一完成各類圍巖長度、每循環(huán)掘進進尺、每循環(huán)耗時數據輸入，再通過點擊軟件計算按鈕，可自動計算各類圍巖開挖進尺總用時及整個洞室開挖進尺總工期。

根據以往類似洞室施工經驗，初期開挖支護應考慮洞室進出口洞臉施工用時、洞室可能出現不良地質條件處理用時，在軟件計算的洞內正常開挖進尺總用時基礎上，適當考慮洞臉施工及地質不良洞段處理施工用時，最終可獲得整條洞室開挖支護施工總工期。

5 圖紙坐標數據轉換為CAD坐標數據

日常工作中，經常需要將設計圖紙中的坐標添加到CAD中，以便在CAD進行地塊面積查詢，建筑物結構設計等工作。如何實現多個坐標數據批量導入CAD展點，筆者經過查詢相關資料并多次應用比較，利用Excel完成CAD坐標數據轉換，可順利實現坐標數據批量導入CAD展點（數據處理結果如圖2）。

操作步驟如下：

（1）將設計圖紙中坐標數據按照表格中X、Y、H列項對應輸入（表格在建立時已將原圖紙中X、Y數據進行位置調整）。

（2）在“CAD展點連線（二維平面）”列項第一單元格中帶源格式輸入（=C3&"，"&B3&""），其中C3、B3分別為點號D001的Y、X數值，點擊單元格在右下角智能十字光標出現后自上而下拖動，即可完成二維平面環(huán)境下圖紙坐標數據轉換為CAD坐標數據?！癈AD展點連線（三維立面）”列項數據轉換，可在其列項第一個單元格中帶源格式輸入（=C3&"，"&B3&"，"&D3），其中C3、B3、D3分別為點號D001的Y、X、H數值，其余步驟與二維平面操作相同，可完成三維立面圖紙坐標數據轉換為CAD坐標數據。

（3）在CAD界面中，如僅進行二維坐標數據導入展點，采用PL二維多段線命令操作，先將“CAD展點連線（二維平面）”列轉換后的數據全部復制，根據CAD命令行提示，再將其全部數據粘貼在CAD命令行，可完成坐標數據連線。如僅需要畫坐標點，可在CAD中執(zhí)行Piont命令的多點命令（繪圖→點→多點）即可。為便于查看數據坐標點位，可執(zhí)行格式→點樣式操作，對點的樣式進行設置。

（4）在CAD界面中，對于三維坐標數據導入，采用3DPL三維多段線命令;如需畫三維坐標點，可在CAD中執(zhí)行Piont命令的多點命令，其余操作與二維坐標數據導入相同。

6 原始地形轉三維實體

在利用ZDM水工輔助設計軟件進行原始地形轉三維實體操作前，應對CAD版本的原始地形圖進行必要的處理，以適應軟件的使用要求，方可進行軟件操作。操作步驟如下：

（1）在CAD安裝ZDM軟件后，打開一張CAD原始地形圖，執(zhí)行土建→地形圖處理→刪除地形圖重線、重點合并圖層操作，按照命令行提示依次完成操作，可完成地形圖重線、重點及合并圖層處理。在選擇高程點、等高線時，應將框定區(qū)域的多段線也選中，否則，生成實體時無法選擇作為邊界的多段線。

（2）執(zhí)行土建→實體法開挖計算→生成實體地面操作，根據命令行提示完成操作，可生成地貌結構實體。

（3）執(zhí)行土建→實體法開挖計算→三維三角面轉實體操作，可三維實體。

（4）通過三維合并命令，最終形成完整三維實體結構。

7 批量設置數據、單位上下標

在寫工程專業(yè)論文或編制施工方案過程中，經常會遇到多個數據、單位的上下標情況，對于同一單位、數據在同一文檔中多次出現情況，如利用手工依次設置，則費時費力，并且在文檔格式后續(xù)調整過程中，已設置的數據、單位上下標又會被取消。經過筆者多次摸索，通過利用Word中“查找和替換”功能可批量、快速設置數據、單位上下標，避免不必要的干擾，效果良好。具體操作步驟如下：

（1）在Word中選擇某一數據或單位，先通過手動方式完成其上下標設置;

（2）全選設定好的數據或單位并復制;

（3）在Word“開始”模塊中，單擊“替換”按鈕，打開“查找和替換”對話框，將步驟（2）中復制的內容粘貼到“查找內容”欄;

（4）在“替換為”欄輸入“^c”，其中“^c”格式可通過“查找和替換”對話框中“替換”下“特殊格式”的“制表符”項，并通過將“^t”中的t手動更改為c獲取;

（5）單擊“查找和替換”對話框中“全部替換”按鈕，可實現同一文檔、同一數據、單位上下標的批量設置。依次類推，可完成整篇文檔所有數據、單位上下標的批量設置。

8 曲線圖表的繪制

一般的曲線圖都是借助Excel軟件的圖表工程來完成，而對于專業(yè)性強、精度要求高的曲線圖，利用Excel軟件圖表功能繪圖存在不足。以曲線函數f（z）=z2+1為例，在確定其值域為z=-3～10時，Mathcad Prime軟件可自動完成曲線函數繪制。同理，亦可完成f（x，y）=x2+y2在其值域內的3D網格曲面的繪制。對于利用數據表繪制二維折線圖，可利用軟件“矩陣/表格”功能下的“插入表格”項，先完成表格數據錄入，再在“插入繪圖”項調出“XY繪圖”，其次選擇已自動生成圖表，最后在“更改類型”中選取適合的圖形軌跡類型即可。

9 ?結語

通過對以上幾種工程行業(yè)新近開發(fā)的電算化軟件使用功能，以及筆者推薦的數據處理方式的簡要介紹與展示，能夠解決工程領域日常理論計算及數據處理存在的速度、精準度、時效性問題，為個人專業(yè)研究、項目管理提供有益幫助，可在工程建設領域推廣。

（責任編輯：侯辛鋒）

參考文獻：

[1]董仁揚.Mathcad Prime2.0基礎與應用技巧[M].機械工業(yè)出版社，2014（6）.

[2]張麗萍，任灝.基于Mathcad的施工導流水力計算[J].人民珠江，2015（3）：91-93.