解海軍

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

關(guān)鍵詞：Mathcad Prime和AxMath數(shù)據(jù)計算;Excel數(shù)據(jù)圖表繪制;CAD坐標展點;隧道施工軟件數(shù)據(jù)分析

中圖分類號： TV52 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

1 ?概況

目前，大多數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)繪制圖表，坐標數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD展點，隧道不同圍巖級別開挖進尺統(tǒng)計，數(shù)據(jù)單位批量上下標設(shè)置，難以滿足現(xiàn)代快速化施工的需求。針對這種問題，筆者經(jīng)過對建筑行業(yè)內(nèi)幾款優(yōu)秀的理論計算軟件的比選，結(jié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、坐標數(shù)據(jù)連線及編號，利用Word查找和替換功能完成數(shù)據(jù)或單位批量上下標設(shè)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(shù)據(jù)處理工作。

2 ?Mathcad Prime和AxMath數(shù)據(jù)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(yīng)用數(shù)學函數(shù)和動態(tài)、可感知單位的計算來同時設(shè)計和記錄工程計算。Mathcad Prime是在Mathcad基礎(chǔ)上開發(fā)的針對全球工程師行業(yè)技術(shù)標準計算工具。Mathcad Prime通過將計算、圖表、文本和圖像結(jié)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(nèi)外水電工程中施工中，經(jīng)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(guān)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(shù)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(xiàn)計算錯誤。經(jīng)過對現(xiàn)有計算手段分析、比較，采用Mathcad Prime軟件，在參數(shù)已知情況下，通過定義參數(shù)變量，軟件可自動、快速、準確的計算結(jié)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(chǎn)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(shù)取值;

（2）在Mathcad Prime軟件中，將步驟（1）中參數(shù)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(dǎo)截流施工的相關(guān)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(shù)、m收縮流量系數(shù)均可根據(jù)不同過水斷面形式、流態(tài)查相關(guān)參數(shù)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(jù)。

特別是在束窄河床水力計算中，對于顯式函數(shù)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(jīng)過2～3次迭代運算，方可求得最終結(jié)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(jié)果（需剔除假值）。

Mathcad Prime軟件主要適用于復(fù)雜公式計算以及高等數(shù)學理論計算，尤其在求解方程、方程組，矩陣及函數(shù)，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(chǎn)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(shù)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(shù)據(jù)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(jīng)常會為提取進度計劃中各主要項目的分配數(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)柱狀圖或曲線圖繪制。

（1）資源分配數(shù)據(jù)提取：將Project軟件切換至資源使用狀況界面，先根據(jù)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(shè)置，再利用鼠標左鍵拖動選擇需要提取的數(shù)據(jù)，最后利用“Ctrl+C”組合鍵進行選中數(shù)據(jù)復(fù)制（Project軟件中不能使用直接復(fù)制功能）。

（2）數(shù)據(jù)放置及處理：新建Excel空白文檔，將Project軟件提取的數(shù)據(jù)粘貼到文檔中，并對數(shù)據(jù)分類名稱、數(shù)據(jù)顯示小數(shù)位數(shù)、數(shù)據(jù)時間段進行完善。由于從Project軟件中提取的數(shù)據(jù)為水平排列，如果想將其調(diào)整為垂直方式排列，相應(yīng)操作為：①復(fù)制需要轉(zhuǎn)向的數(shù)據(jù);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(zhuǎn)置”項，單擊確定按鈕即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)行列轉(zhuǎn)置。利用Excel的轉(zhuǎn)置功能，亦可實現(xiàn)長系列數(shù)據(jù)表格的縱橫向轉(zhuǎn)置。

（3）數(shù)據(jù)圖表繪制：對于經(jīng)常使用的圖表，應(yīng)預(yù)先完成圖表樣式設(shè)置，使用時僅需要替換圖表中相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，就可自動生成圖表。借助步驟（2）處理后的數(shù)據(jù)，將其錄入到Excel預(yù)設(shè)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(diào)整。

4 ?地下洞室掘進數(shù)據(jù)分析

在地下洞室開挖進度安排上，工程技術(shù)人員往往需要根據(jù)揭示有圍巖類別的洞室設(shè)計縱斷面圖，并結(jié)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(jīng)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(shè)計圖紙中不同等級圍巖長度初步統(tǒng)計后，先在軟件中調(diào)取適用于本工程的Ⅱ～Ⅴ類圍巖，其次根據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)以往類似洞室施工經(jīng)驗，初期開挖支護應(yīng)考慮洞室進出口洞臉施工用時、洞室可能出現(xiàn)不良地質(zhì)條件處理用時，在軟件計算的洞內(nèi)正常開挖進尺總用時基礎(chǔ)上，適當考慮洞臉施工及地質(zhì)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAD坐標數(shù)據(jù)

日常工作中，經(jīng)常需要將設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計等工作。如何實現(xiàn)多個坐標數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入CAD展點，筆者經(jīng)過查詢相關(guān)資料并多次應(yīng)用比較，利用Excel完成CAD坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，可順利實現(xiàn)坐標數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入CAD展點（數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖2）。

操作步驟如下：

（1）將設(shè)計圖紙中坐標數(shù)據(jù)按照表格中X、Y、H列項對應(yīng)輸入（表格在建立時已將原圖紙中X、Y數(shù)據(jù)進行位置調(diào)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(shù)值，點擊單元格在右下角智能十字光標出現(xiàn)后自上而下拖動，即可完成二維平面環(huán)境下圖紙坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAD坐標數(shù)據(jù)?！癈AD展點連線（三維立面）”列項數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAD坐標數(shù)據(jù)。

（3）在CAD界面中，如僅進行二維坐標數(shù)據(jù)導(dǎo)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(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)全部復(fù)制，根據(jù)CAD命令行提示，再將其全部數(shù)據(jù)粘貼在CAD命令行，可完成坐標數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)坐標點位，可執(zhí)行格式→點樣式操作，對點的樣式進行設(shè)置。

（4）在CAD界面中，對于三維坐標數(shù)據(jù)導(dǎo)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(shù)據(jù)導(dǎo)入相同。

6 原始地形轉(zhuǎn)三維實體

在利用ZDM水工輔助設(shè)計軟件進行原始地形轉(zhuǎn)三維實體操作前，應(yīng)對CAD版本的原始地形圖進行必要的處理，以適應(yīng)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(yīng)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(jù)命令行提示完成操作，可生成地貌結(jié)構(gòu)實體。

（3）執(zhí)行土建→實體法開挖計算→三維三角面轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。

7 批量設(shè)置數(shù)據(jù)、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(jīng)常會遇到多個數(shù)據(jù)、單位的上下標情況，對于同一單位、數(shù)據(jù)在同一文檔中多次出現(xiàn)情況，如利用手工依次設(shè)置，則費時費力，并且在文檔格式后續(xù)調(diào)整過程中，已設(shè)置的數(shù)據(jù)、單位上下標又會被取消。經(jīng)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(shè)置數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)或單位，先通過手動方式完成其上下標設(shè)置;

（2）全選設(shè)定好的數(shù)據(jù)或單位并復(fù)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(fù)制的內(nèi)容粘貼到“查找內(nèi)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(xiàn)同一文檔、同一數(shù)據(jù)、單位上下標的批量設(shè)置。依次類推，可完成整篇文檔所有數(shù)據(jù)、單位上下標的批量設(shè)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(shù)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(shù)繪制。同理，亦可完成f（x，y）=x2+y2在其值域內(nèi)的3D網(wǎng)格曲面的繪制。對于利用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)錄入，再在“插入繪圖”項調(diào)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(jié)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(shù)據(jù)處理方式的簡要介紹與展示，能夠解決工程領(lǐng)域日常理論計算及數(shù)據(jù)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(shè)領(lǐng)域推廣。

（責任編輯：侯辛鋒）

參考文獻：

[1]董仁揚.Mathcad Prime2.0基礎(chǔ)與應(yīng)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(dǎo)流水力計算[J].人民珠江，2015（3）：91-93.