趙萬(wàn)為

(上海市測(cè)繪院浦東分院，上海200120)

一、引 言

關(guān)于三維碰撞分析的研究由來已久，它伴隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展不斷取得新的成果，如今，三維技術(shù)已融入各個(gè)領(lǐng)域，空間建模、虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)制造等都離不開三維技術(shù)的發(fā)展。然而，管線三維建模相對(duì)發(fā)展不成熟，關(guān)于管線三維碰撞的研究較少，如何有效地查找撞管點(diǎn)，得出處理撞管的有效方法，是目前面臨的重要問題，本文以上海市浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)道路區(qū)域內(nèi)地下管線普查項(xiàng)目為依托，介紹了利用AutoCAD VBA進(jìn)行管線撞管點(diǎn)查找的方法，并對(duì)撞管統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，提出處理撞管的相關(guān)建議。

二、項(xiàng)目背景及數(shù)據(jù)來源

受浦東新區(qū)規(guī)劃和土地管理局的委托，我院承接了浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)道路區(qū)域內(nèi)地下管線普查項(xiàng)目的普查任務(wù)。

普查成果在三維平臺(tái)發(fā)布時(shí)，發(fā)現(xiàn)管線有撞管的現(xiàn)象，本文以浦東內(nèi)環(huán)04、05測(cè)區(qū)的地下管線為研究對(duì)象，利用軟件對(duì)撞管現(xiàn)象進(jìn)行查找、輸出，并對(duì)其進(jìn)行分析。04、05測(cè)區(qū)普查范圍為:羅山路—錦繡路—民生路—源深路—張楊路—東方路—龍陽(yáng)路，兩測(cè)區(qū)以錦繡路為分界，管線總長(zhǎng)度約1017 km。

三、管線撞管概述

1．管線撞管的定義

根據(jù)判斷方式的不同，管線撞管的定義也不同，從設(shè)計(jì)出發(fā)，管線之間最短距離小于設(shè)計(jì)要求便產(chǎn)生撞管，本文中的管線撞管是指在同一時(shí)刻，三維顯示環(huán)境下兩條或兩條以上的管線占有的空間位置發(fā)生重疊。

2．目前撞管點(diǎn)的查找和解決思路

隨著地下管線信息技術(shù)的發(fā)展，三維管線信息系統(tǒng)由于可以直觀描述管線的三維特征及其空間位置，已成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)，然而目前的管線三維信息系統(tǒng)不能全面地查找撞管點(diǎn)，一般僅能對(duì)兩條管線進(jìn)行管線碰撞的判斷，制約了對(duì)撞管現(xiàn)象的全面理解，缺少客觀規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，對(duì)撞管點(diǎn)的處理多以主觀判斷為主，因此不同地區(qū)撞管處理的方案各異，有的按管種處理，有的按區(qū)域處理，未形成處理撞管較統(tǒng)一的解決方案。

四、AutoCAD VBA技術(shù)及軟件實(shí)現(xiàn)方法

1．AutoCAD VBA技術(shù)

VBA的全稱是Visual Basic for Application，是微軟開發(fā)的新一代標(biāo)準(zhǔn)宏語(yǔ)言，它可以內(nèi)嵌在Auto-CAD中，通過AutoCAD ActiveX Automation接口建立與AutoCAD對(duì)象的聯(lián)系。ActiveX是建立在COM對(duì)象模型之上允許對(duì)象通過接口相互通信的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，ActiveX為AutoCAD提供了外控編程機(jī)制，通過AutoCAD對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)AutoCAD的操作。

2．普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)

普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)采用*．mdb格式，以測(cè)區(qū)為單位建立入庫(kù)數(shù)據(jù)，同一個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)的各類地下管線數(shù)據(jù)存放在一個(gè)MDB文件中，每一類管線由點(diǎn)表、線表和面表組成，點(diǎn)表記錄了管線點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)、井底深度、空間位置來源等信息，線表記錄了管線段的起點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、終點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、起點(diǎn)埋深、終點(diǎn)埋深、管徑、材質(zhì)、管種等信息，面表記錄了附屬設(shè)施的編號(hào)、種類、形狀等信息。

3．軟件實(shí)現(xiàn)方法

ADO(ActiveX Data Objects)對(duì)象模型提供了一個(gè)全面控制數(shù)據(jù)庫(kù)的完整編程接口，在VBA中，通過ADO對(duì)象可以建立與管線MDB數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，根據(jù)需求查找相應(yīng)管線的信息，并對(duì)管線進(jìn)行撞管判斷，輸出撞管信息到撞管MDB數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)，通過AutoCAD ActiveX Automation接口，將撞管點(diǎn)展示在AutoCAD中，如圖1所示。

圖1 軟件處理流程

五、基于AutoCAD VBA的撞管現(xiàn)象的查找與輸出

1．選擇需要分析的管線

通過對(duì)上海市浦東新區(qū)內(nèi)環(huán)普查成果的撞管研究發(fā)現(xiàn)在實(shí)際工作中通常有3類方式選擇要分析管線，如圖2所示。

圖2 選擇需要分析的管線

(1)按測(cè)區(qū)進(jìn)行選擇

當(dāng)對(duì)一個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)的管線進(jìn)行撞管分析時(shí)，按測(cè)區(qū)進(jìn)行選擇，選擇的對(duì)象包括了一個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)所有的管線。

(2)按圖幅號(hào)進(jìn)行選擇

當(dāng)需要對(duì)某幾張綜合地下管線圖內(nèi)的管線進(jìn)行撞管分析，并已知圖幅號(hào)時(shí)，按圖幅號(hào)進(jìn)行選擇。

(3)在CAD圖中進(jìn)行選擇

當(dāng)僅需要對(duì)CAD圖中某一范圍內(nèi)的管線進(jìn)行撞管分析時(shí)，從CAD圖中進(jìn)行框選，選擇需要分析的管線。

2．撞管現(xiàn)象的分析

選擇要分析的管線之后，下一步就是對(duì)管線進(jìn)行撞管判斷，然而有時(shí)并不需要對(duì)所有的管種進(jìn)行分析，例如，想要知道一個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)燃?xì)狻⒔o水、雨水、污水管線的撞管情況，則在判斷之前需要篩選出燃?xì)狻⒔o水、雨水、污水管線(圖3)，接下來遍歷選中的管線信息，進(jìn)行撞管判斷。

圖3 管種篩選

3．撞管現(xiàn)象的輸出

進(jìn)行撞管判斷后，對(duì)撞管情況有了初步的了解(圖4)，得出了撞管點(diǎn)的位置和對(duì)應(yīng)管線的信息，并存儲(chǔ)在撞管MDB數(shù)據(jù)庫(kù)中，將撞管點(diǎn)的坐標(biāo)展示在CAD圖中，以“序號(hào)撞管深度”的格式進(jìn)行標(biāo)注(圖5)，直觀展現(xiàn)了撞管點(diǎn)的分布和密度，同時(shí)，撞管MDB數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了撞管點(diǎn)的序號(hào)(與CAD圖中的對(duì)應(yīng))，撞管管線的管徑，撞管管線起點(diǎn)、終點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)和埋深(表1)，為接下來外業(yè)復(fù)測(cè)提供原始數(shù)據(jù)，方面核實(shí)。

圖4 撞管概況

圖5 撞管點(diǎn)標(biāo)注

表1 撞管輸出表

六、04、05測(cè)區(qū)管線撞管統(tǒng)計(jì)結(jié)果及撞管原因分析

1．撞管統(tǒng)計(jì)結(jié)果

利用軟件分別對(duì)04和05測(cè)區(qū)所有的管線進(jìn)行了撞管查找與輸出，涉及電力、通信、給水、排水、燃?xì)夂烷L(zhǎng)輸管線。04測(cè)區(qū)總計(jì)管線長(zhǎng)512 km，查找各類撞管點(diǎn)4109處，平均撞管密度8．1個(gè)/km，平均撞管深度15 cm;05測(cè)區(qū)總計(jì)管線長(zhǎng)505 km，查找各類撞管點(diǎn)4391處，平均撞管密度8．9個(gè)/km，平均撞管深度16 cm。

2．撞管現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

在地下管線三維建模中，相鄰兩點(diǎn)之間的管線默認(rèn)為直線，撞管處管線的空間位置是根據(jù)管線兩端的探測(cè)數(shù)據(jù)，利用內(nèi)插的方法得的，當(dāng)撞管處內(nèi)插的兩條管線空間位置發(fā)生重疊時(shí)，便產(chǎn)生了撞管。

假設(shè)管線兩端探測(cè)點(diǎn)的誤差為零，通過內(nèi)插建立管線模型后，在管線相交處，兩條管線垂直方向最小距離為H0，當(dāng)引入管線兩端探測(cè)點(diǎn)誤差后，H0發(fā)生變化，變化量為h，此時(shí)，在管線相交處，兩條管線垂直方向最小距離H1=H0+h，當(dāng)H1小于零時(shí)，則發(fā)生撞管。可以得出，三維模型中管線是否發(fā)生撞管現(xiàn)象與H0和h有關(guān)，換句話說，管線是否發(fā)生撞管現(xiàn)象與兩方面有關(guān)，一是兩條管線兩端探測(cè)點(diǎn)的誤差，這部分誤差決定了h的大小，包括隱蔽點(diǎn)探測(cè)誤差、特征點(diǎn)測(cè)量誤差(平面誤差、高程誤差和管徑誤差)，二是當(dāng)探測(cè)點(diǎn)誤差為零時(shí)，建模管線之間的最小距離，即H0。

在探測(cè)點(diǎn)誤差中，相對(duì)于平面、高程和管徑測(cè)量，管線隱蔽點(diǎn)探測(cè)產(chǎn)生的誤差最大，假設(shè)隱蔽點(diǎn)探測(cè)誤差是產(chǎn)生撞管現(xiàn)象的主要原因，管線埋深越大，探測(cè)的誤差也就越大，產(chǎn)生的撞管程度應(yīng)該越嚴(yán)重。取兩條管線兩端探測(cè)深度的平均值作為撞管點(diǎn)探測(cè)的平均管線深度，過濾掉與明顯管線有關(guān)的撞管點(diǎn)，對(duì)04和05測(cè)區(qū)剩余的撞管點(diǎn)做“探測(cè)深度—撞管程度”散點(diǎn)圖(圖6)，可以看出探測(cè)深度與撞管程度的相關(guān)性很差，相關(guān)系數(shù)僅為0．006和0．092，說明探測(cè)誤差并非是產(chǎn)生撞管現(xiàn)象的主要誤差來源，即h的大小對(duì)撞管是否發(fā)生影響很小，因此H0在很大程度上決定了撞管現(xiàn)象是否出現(xiàn)。

建模管線之間的最小距離H0是在管線為直線的前提下求得的，而在管線實(shí)際鋪設(shè)時(shí)，管線發(fā)生了彎曲起伏，在兩條管線相交處，管線實(shí)際的最小距離可能與H0相差較多，這部分誤差是撞管現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因，即管線起伏是造成撞管的主要原因。

圖6 04、05測(cè)區(qū)撞管點(diǎn)統(tǒng)計(jì)圖

3．討 論

綜上所述，筆者認(rèn)為:

1)撞管程度與探測(cè)精度關(guān)系不大，撞管程度較大的管線，探測(cè)精度不一定差，不能僅依據(jù)撞管程度的大小來處理撞管現(xiàn)象，可以對(duì)撞管程度很大的管線復(fù)測(cè)核實(shí)，例如30 cm或40 cm以上的撞管現(xiàn)象;

2)管線的彎曲起伏是造成撞管的主要原因，在現(xiàn)有的普查規(guī)范和技術(shù)條件下，提高探測(cè)點(diǎn)的密度可以減小探測(cè)點(diǎn)之間管線起伏的變化，減小撞管現(xiàn)象的發(fā)生。

七、處理管線撞管的建議

受現(xiàn)有探測(cè)技術(shù)的限制，管線模型不能模擬實(shí)地管線的起伏，造成模型中兩條管線相交處的最小距離與實(shí)際距離有差異，產(chǎn)生撞管現(xiàn)象，可以認(rèn)為根據(jù)普查成果建立的三維管線模型中，撞管現(xiàn)象的產(chǎn)生是普遍的、不可避免的，不能因?yàn)樽补墁F(xiàn)象的存在而否定普查成果的可靠性，建議從以下幾個(gè)方面處理撞管現(xiàn)象:

1)在普查作業(yè)中，適當(dāng)增加管線交叉處探測(cè)點(diǎn)的密度;

2)不能僅依據(jù)撞管程度的大小分類處理撞管現(xiàn)象，可以對(duì)撞管程度很大的管線復(fù)測(cè)核實(shí)，例如30 cm或40 cm以上的撞管現(xiàn)象;

3)在普查成果精度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，允許撞管現(xiàn)象的存在，可以根據(jù)項(xiàng)目周期，優(yōu)先處理危險(xiǎn)管線的撞管點(diǎn)。

［1］ 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院．CJJ 61-2003城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中華建筑工業(yè)出版社，2003．