刘克兢
上海建工一建集团有限公司
摘要：VBA编程技术对Microsoft Office系列软件交互友好，在开发方面简单易用，功能强大。运用在桥梁施工控制中针对有限元数据的后处理工作，能够快速、准确地完成大量重复繁复工作，提高工作效率，且避免人工处理数据中易出错的问题。是桥梁施工控制数据后处理工作的强大工具。
[关键词]：VBA编程；桥梁施工控制；数据自动化处理
1 前言
Excel由于具有强大的表格数据处理功能，在数据处理领域广泛被使用，但对于大型数据运算较繁琐，还要学习复杂的函数知识，设置复杂的公式才能解决某些大数据的运算工作。VBA（Visual Basic for Application）是一种完全面向对象体系结构的编程语言，尤其是对Microsoft Office系列软件交互友好，在开发方面简单易用，功能强大。
桥梁的施工控制技术在大跨径桥梁施工过程中已经成熟，同时施工控制过程中位移数据处理工作量巨大的问题也亟待解决。施工控制位移数据量巨大，人工处理数据较为吃力，且随着桥梁的施工作业桥梁有限元模型数据的更新修改，数据处理的工作也会成倍增加，运用VBA程序自动化处理施工控制位移数据能解决该问题，不仅数倍地提高工作效率，且避免人工处理数据中易出错的问题。
2 系统构架
大跨度刚构桥梁的施工均采用分阶段逐步完成的施工方法，结构最终形成必须经历一个漫长而又复杂的施工过程，对施工过程中每个阶段的变形计算是桥梁施工控制中最基本的内容。现阶段混凝土连续刚构桥梁施工控制计算方法有两种：前进分析法和倒退分析法。目前，我国大跨径桥梁施工控制计算多采用Midas Civil有限元软件，该软件与Excel软件交互友好，基于VBA开发的施工控制程序也必然与Midas Civil软件交互友好，这也是采用VBA语言的重要原因。
在连续刚构桥梁桥的施工控制过程中，已完成节段的不可控性以及施工中对线形误差的纠正措施有限，控制误差的发生就显得极为重要，所以，采用自适应控制法对施工过程进行控制也是很有效的。自适应控制法的基本思路是当结构的实测状态与模型计算结果不符时，通过将误差的计算模型误差输入到参数识别算法中去调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实测结果一致，得到修正的计算模型参数后，重新计算各施工阶段的理想状态。经过几个节段的反复辨识后，计算模型就基本与实际结构一致，从而对施工过程进行有效控制。
所以，针对连续刚构桥线形的施工控制系统基本构架如下：
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图1 连续刚构桥线形的施工控制系统基本构架
3 工程实例
以一座6跨连续刚构桥为例，结合连续刚构桥线形的施工控制系统的主要模块代码编写逻辑，列举VBA编程技术在桥梁线形自动化施工控制中的应用。
3.1项目背景简介
实例桥梁为一座在建高速公路桥梁，主桥为（65+4×120+65）米预应力混凝土连续刚构，由单箱单室箱形断面组成。箱顶板宽12.65m，底板宽6.5m，翼缘板悬臂长度3.075m。箱梁跨中及边跨现浇段梁高2.8m，箱梁根部高度为7.2m，其间梁高按1.8次抛物线变化。箱梁顶板厚0.3m，底板厚度由跨中0.32m按1.8次抛物线变化至根部0.9 m，腹板厚跨中段为0.5m，根部变化为0.6m，渐变段长为3.5m。桥梁顶部范围内箱梁顶板厚0.5m,底板厚1.1m,腹板厚0.9m。各单“T”箱梁除0号块外分为14对梁段，沿箱梁纵向长度为6×3.5m+8×4.0m。0号块总长12.0m，中跨和边跨合龙段长度为2.0m，边跨现浇段长度为3.89m。
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图2 实例桥梁桥型布置图（单位：m）
根据实例桥梁主桥桥型结构，建立结构计算模型。共分246个单元，其中主梁176个单元，桥墩70个单元，主墩墩梁固结。计算中墩底固接，不考虑桩基变形。计算模型如图3所示。
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图3 实例桥梁有限元计算模型
3.2施工控制原始数据一键预处理
该实例桥梁Midas Civil模型共导出位移数据11151组，数据量庞大，涉及到每个节点在每个施工工况下的变形值，为使控制数据被高效地使用，需要按照施工控制逻辑重新排版，若采用人工排版工作量巨大。使用VBA技术，利用EXCEL集成的统计函数COUNTIF和COUNTA自动计算节点数和工况数，即可编写代码，一键生成表格，主要VBA代码如下：
Dim d%, e%
d = "节点数"
e = "工况数"
Range(Cells(3, 3), Cells(d, e)).Select
Selection.FormulaR1C1 =INDIRECT(""sheet1!G""&(ROW()+(COLUMN()-3)*COUNTIF(sheet1!C1,""1"")))
在桥梁施工过程中运用自适应控制法修正理论数据，其中参数修正可直接在有限元模型中调整，经验修正往往需要对每个工况进行经验折减，所以数据填充代码修改为：
Selection.FormulaR1C1 =INDIRECT(""sheet1!G""&(ROW()+(COLUMN()-3)*COUNTIF(sheet1!C1,""1"")))*INDIRECT(""A""&ROW())
自动生成后的数据界面如图4。
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图4 连续刚构桥线形的施工控制原始数据预处理表界面（局部）
3.3施工现场控制表自动生成
施工监控现场控制数据包括桥梁桩号、节段编号、设计高程、主梁累积变形、成桥预拱度设置，其中桥梁桩号可由Midas Civil程序中提取节点详细数据后简单计算生成，节段编号和设计高程由设计图纸中得出，主梁累积变形可从上一章节生成的数据表格中提取计算得出。施工监控现场控制数据表计算界面如图5所示。
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图5 连续刚构桥线形的施工控制现场高程控制表界面（局部）
成桥预拱度是连续刚构桥计算的重要组成部分，是为桥梁抵抗运营期活载变形和收缩徐变变形而设置的反拱值，目前主流的设置方式为余弦曲线，本程序仅需人工输入基本参数后自动生成，且同步生成相应图表供检查分析。相关计算界面如图6所示。
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图6 成桥预拱度自动计算界面
本章节成桥预拱度计算模块涉及的主要VBA代码如下：
Dim b%
b = Sheets1.Cells(3, 11) + 3
Range(Cells(4, 6), Cells(b, 6)).Select
Selection.FormulaR1C1 = "= (IF(J49>=$J$19,($M$13*$K$12/4)/2*(1-COS(PI()*(J49-$J$20)/($K$13*3/8))),IF(J49>=$J$18,($M$13*$K$12/4)/2*(1-COS(PI()*(J49-$J$18)/($K$13*5/8))),IF(J49>=$J$17,($M$13*$K$12)/2*(1-COS(PI()*(J49-$J$17)/($M$13/2))),IF(J49>=$J$16,($M$13*$K$12/4)/2*(1-COS(PI()*(J49-$J$17)/($K$13*5/8))),IF(J49>=$J$15,($M$13*$K$12/4)/2*(1-COS(PI()*(J49)/($K$13*3/8)))))))))*1000"
本章节施工现场控制数据理论值模块涉及的主要VBA代码如下：
Dim c%
c = 8
Do
c = c + 3
If c > a Then
Exit Do
Else
Range(Cells(c, 4), Cells(c, b)).Select
Selection.FormulaR1C1 ="=IF(INDIRECT(""R""&((ROW()-2)/3)&""C""&(COLUMN()-1),0)=0,"""",R10C+INDIRECT(""R""&((ROW()-2)/3)&""C""&(COLUMN()-1),0))"
End If
Loop
3.4立模标高指令自动生成
立模标高数据是刚构桥施工控制工作中的重要组成部分，该数据直接指导现场施工作业，一旦出现误差纠正措施非常有限，所以每个指令单上的数据不允许出现错误。常规立模指令由桥梁模型导出数据计算得出，由于桥梁节点众多，在本项目中预计要出具150份立模标高指令，出现数据看错行类似的问题很难完全避免，且桥梁的各项理论数据已有上一章节内容生成，只需设置统一的报表格式，利用VBA代码直接调用数据即可直接生成立模标高指令，并可直接打印签发。
4 结束语
基于VBA语言开发的Excel程序，在开发方面简单易用，功能强大，而且Midas Civil软件也可与Excel软件交互友好，在桥梁数据后处理方面天然简单快捷。且由于每座桥梁在设计和施工方面的独特性，VBA程序代码修改和维护的成本都很低，初学者往往都可以自行解决。
综上所述，VBA编程运用在桥梁施工控制中针对有限元数据的后处理工作，能够快速、准确地完成大量重复繁复工作，提高工作效率，且避免人工处理数据中易出错的问题。是桥梁施工控制数据后处理工作的强大工具。
参考文献
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[4 ]刘美兰，《Midas Civil在桥梁结构分析中的应用1》，人民交通出版社，2012.
[5 ]邱冬顺，《桥梁工程软件Midas Civil常见问题解答》，人民交通出版社，2009.
[6 ]周禁洪.大跨径连续刚构桥智能化施工控制系统研究[D].重庆交通大学，2015.