基于VBA的轨道结构三维数字化建模

2018-03-07 09:15:52 whchedu 12

铁路行业的虚拟仿真技术及BIM化发展已经成为一种趋势, AutoCAD通过其绘图命令能够非常轻松地绘制出带有平面视图和三维渲染效果的工程图纸,是一款铁路行业运用最为广泛的BIM软件之一,但AutoCAD本身不带有轨道结构的立体图形文件,在需要绘制比较专业的三维图形时,工作量大,重复性过程多,从而导致资源浪费且效率低下。而AutoCAD的开放性和丰富的开发工具如VBA,  Visual LISPARX等为解决这一问题提供了有效的手段,相对于以C/C++/VC为基础的程序语言的ARX,  AutoCAD VBA的优点比较多,不仅对于初学者来说语法简单比较简单,VBA还可以提供强大的窗体创建功能,通过ActiveX Data ObjectAccess数据库或其他外部数据库实现访问和管理,执行速度快,功能强大,所以倍受青睐。


小编为大家整理了一篇运用VBA语言参数化绘图及建立标准立体库,并在AutoCAD上自定义外挂菜单栏以方便与绘图程序接口,实现基于VBA各种类型的轨道结构自动建模的图文,希望能为建立铁路行业三维模型库提供参考。

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小编



轨道结构体系



轨道是铁路线路的组成部分,结构种类繁多,不同类型的线路轨道结构不同,以保证列车在不同线路情况下可以安全、平稳和不间断地运行。按照轨道结构形式的不同,一般把轨道分为有砟轨道和无砟轨道2种形式,有砟轨道主要包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等,无砟轨道主要由钢轨、配套扣件、道床板、砂浆调整层和混凝土底座等组成,下面将常见几种结构总结如图1所示。


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图1 轨道结构示意图


建模实现过程




1
基于VBA可视化窗口设计及参数选取


基于VBAAutoCAD上创建的可视化窗口,依据轨道部件的不同结构设计相应的可视化界面,将绘制图形过程中重复,计算复杂的过程封闭在计算机中由程序自动完成,设计人员只需要输入或者选择相应的参数,从而提高工作效率,避免人工带来的错误,提高绘制图形的准确性,以轨道结构中最为复杂的道岔及岔后附带曲线为例,根据目前最新道岔参数表,设置如图2所示道岔绘制窗口,随着道岔号N的不同,可以人工输入道岔前长a,曲线半径R1,辙叉跟长K等参数,从而实现了任意型号的道岔和不同半径不同线间距的岔后附带曲线三维图形自动绘制,对之后铁路行业的三维设计、施工、学习都具有非常重要的意义。

其他部件如轨枕、扣件和道床板等由于结构形式基本固定不变,截面尺寸参数较少,故不设置绘图参数输入界面,采用建立三维立体库的方法,关键点坐标计算直接封装在程序里面,绘图过程在计算机内自动完成,并设置如图3图4所示绘制窗口,方便设计人员直接调用。

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图2 道岔参数化绘图窗口示意图

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图3 轨枕绘图窗口示意图


2
数字化建模



计算过程

根据轨道各个部件的拓扑结构几何关系,设计可视化绘图界面,根据需要在在界面上添加参数,使得计算机可以自动计算出轨道各个部件控制点的横坐标和纵坐标。以如图5所示12号道岔为例,在岔心1点坐标已知或者输入的情况下,根据在道岔绘制窗口输入的道岔尺寸参数,推算出其他2~30点的坐标,同理,计算出钢轨截面关键点,轨枕关键点,用来创建面域。



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图4 道岔参数化绘图窗口示意图


主要计算过程及参数计算为:

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图5 12号道岔示意图


VBA程序编制流程及步骤

首先对每一个参数进行定义,依据数学计算机模型,再根据VBA语法结构编程、调试。选择相对初始点就是岔心的坐标,其他关键点坐标都是以岔心推算的,主要流程如图6所示。


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图6 编程流程图

主要程序为:


图6-1.png

其次,根据如下绘图命令,绘制钢轨二维图形及各个部件的截面图,主要程序为


图6-2.png

最后,将钢轨,轨枕等截面创建相应的面域,再将面域根据二维图形进行拉伸、扫略和复制等一系列过程,主要程序为:


图6-3.png


3
基于VBA外挂菜单添加


依据轨道结构示意图(图1),在AutoCAD中重新设置如图7所示有砟轨道和无砟轨道的外挂菜单栏,编写程序,菜单文件格式为.mnu,使得所设置菜单可以调用可视化绘图窗口,方便人机交互,从而轨道结构三维标准图库的调用更加简单、快捷和准确。

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图7 菜单栏示意图



三维图库实体组装及展示



通过自定义的外挂菜单,直接调用可视化窗口,提高了图形绘制过程中的操作性,使得钢轨的建模更加直观,快捷,以60钢轨型普通有砟轨道和板式无缝线路为例,选择绘制三维道岔的型号、扣件、道床和钢轨等结构原件后,输入相应参数便自动建立钢轨部件的三维模型,再按照其组装过程,完成了整个钢轨的模型搭建工作,结果分别如图8图9所示。

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图8 有砟轨道结构搭建结果示意图

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图9 无砟轨道结构搭建结果示意图



本方法和思路有以下意义:

  1. 实现了目前常见几种轨道结构的自动建模,所建模型种类全面,结构准确,可以引用到相关力学分析软件及后期设计、施工和学习中,符合铁路行业发展的新趋势,对建立铁路行业三维数字化模型库具有较大的现实意义。

  2. 设计的扣件、轨枕、道岔等轨道部件的可视化绘图窗口和外挂菜单,使得轨道结构设计更加直观、快捷,大大地提高了模型建立的效率,更好地满足本专业的三维设计要求。

  3. 建模界面友好、使用简单快捷、模型准确稳定,可为其他专业运用VBA语言建立模型提供参考方法和思路


参考文献

韩峰等,《基于VBA的轨道结构三维数字化建模方法研究》