CN115017575A - 一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互*** - Google Patents

一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于Excel‑VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，包括由对应的文件夹、excel工作表及VBA代码对象组成的五个模块：降雨数据模块用于统计输出年径流总量控制对应的设计降雨量数据；基础资料模块用于存储海绵城市相关设计依据文件以及海绵城市相关基础数据；方案文本模块用于集合海绵城市相关计算公式，并依据降雨数据模块和基础资料模块的数据，结合用户输入数据，自动生成海绵城市专项设计方案文本；设计图纸模块用于绘制输出CAD图纸文件模板；模型模拟模块用于自动生成模型文件以及雨量计文件，并进行模型模拟。与现有技术相比，本发明以Excel作为***操作载体，基于VBA实现不同软件之间数据交互，能够方便快速地辅助用户进行海绵城市设计。

Description

一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互 ***
技术领域
本发明涉及气象数据处理技术领域，尤其是涉及一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***。
背景技术
海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。从生态***服务出发，通过跨尺度构建水生态基础设施，并结合多类具体技术建设水生态基础设施，是海绵城市的核心。
在进行海绵城市专项设计任务时，往往需要建筑、给排水及景观等多专业的紧密配合，这对任一单个专业的设计师来说都有一定的专业设计门槛存在，而除了传统的CAD制图作业以外，还需要进行大量的公式计算、数据收集及模型模拟工作，这部分工作内容重复繁琐，效率低下且错误率高。此外，海绵城市的设计需因地制宜，各地降雨量差异性较大，年径流总量控制率对应设计降雨量作为规划设计的必要基础数据，目前相关规范文件中仅仅给出我国31个城市60％、70％、75％、80％和85％这五个数据点对应的设计降雨量，但更大范围内的公开可查数据量相对缺乏，也少有相关文献，规划设计人员缺少更精确的设计数据依据。
目前通过VisualLISP等编程语言或TrueTable等专业软件进行构建海绵城市相关的辅助设计软件或***，基础开发成本高，需要专业的计算机编程人员或公司进行开发完成，需要另外安装软件或插件，设计师们开始使用前还需要大量的时间学习软件的操作运用。同时因为软件生态环境较为封闭单一，软件主体占用空间量大，导致运行缓慢工作效率不高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，能够方便快速地辅助用户进行海绵城市设计。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，包括降雨数据模块、基础资料模块、方案文本模块、设计图纸模块以及模型模拟模块，所述降雨数据模块、基础资料模块、方案文本模块、设计图纸模块以及模型模拟模块分别由对应的文件夹、excel工作表及VBA代码对象组成；
所述降雨数据模块用于统计输出年径流总量控制对应的设计降雨量数据；
所述基础资料模块用于存储海绵城市相关设计依据文件以及海绵城市相关基础数据；
所述方案文本模块用于集合海绵城市相关计算公式，并依据降雨数据模块和基础资料模块的数据，结合用户输入数据，自动生成海绵城市专项设计方案文本；
所述设计图纸模块用于绘制输出CAD图纸文件模板；
所述模型模拟模块用于自动生成模型文件以及雨量计文件，并进行模型模拟。
进一步地，所述降雨数据模块的文件夹内包含多个气象站的降雨数据，每个气象站的降雨数据分别存储在单独的文件夹内，文件夹的命名方式为气象站编号及气象站名称，所述降雨数据以.xlxs格式进行保存。
进一步地，所述基础资料模块的文件夹内包含五级子文件夹，其中，第一级子文件夹内包括以编号加省份名及直辖市命名的文件夹、以及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的国家级层次的规范、标准及图集设计资料；
第二级子文件夹内包括以编号加城市名命名的文件夹、以及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的省份级层次的规范、标准及图集设计资料；
第三级子文件夹内包括以编号加区县名命名的文件夹、以及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的地市级层次的规范、标准及图集设计资料；
第四级子文件夹内包括资料库名称的文件夹、以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的区县级层次的规范、标准及图集设计资料、以及以.xlsx格式保存的以省份编号加地市编号加区县编号加基础资料命名的基础资料数据；
第五级子文件夹及资料库文件夹内保存有以.pdf格式保存的该区县的过往项目参考资料，包括已完成的海绵城市专项设计方案、施工图及审查意见。
进一步地，所述方案文本模块的文件夹内包含一个.docx格式的word模板文件，所述word模板文件内已经编制好制式格式的文本以及需要替换文字的编码，编码格式为索引字符+序号+索引字符。
进一步地，所述设计图纸模块的文件夹内包含一个.dwg格式的CAD模板文件，所述CAD模板文件内包含多类图元信息，包括文字、块参照及多段线，其中，文字图元以T-+序号的命名的图层进行分类排序；块参照图元以J-+序号的命名的图层进行分类排序；多段线图元以H-+序号的命名的图层进行分类排序。
进一步地，所述模型模拟模块的文件夹内包含两个.pdf格式的SWMM(storm watermanagement model，暴雨洪水管理模型)说明书文件、一个SWMM程序文件夹以及SWMM主程序快捷方式。
进一步地，所述降雨数据模块的具体工作过程为：通过点击“降雨数据”控件运行相应VBA代码，利用网络调用百度地图api，以获取输入项目地点的经纬度；
再根据项目地点经纬度与已有气象站经纬度进行匹配，获取距离项目地点最近的气象站编号，通过气象站站点编号匹配对应气象站的文件夹，文件夹中存储有xlsx格式的多年逐日降雨量文件；
利用VBA代码进行Excel软件不同文件之间的交互，批量提取降雨数据资料，并对逐日降雨量进行排序处理，之后进行统计计算，输出年径流总量控制率对应的设计降雨量数据并进行验算。
进一步地，所述基础资料模块的具体工作过程为：建立以“编号+省份”、“编号+地市”、“编号+区县”名称命名的三级子文件夹，每级子文件夹内存储.pdf格式的海绵城市相关设计依据文件，包括法规文件、导则指南及图集规范，同时在区县文件夹内存储以各级编号命名的.xlsx格式的海绵城市相关基础资料数据，包括的气象概况、暴雨公式、年径流总量控制率、月均降水量及蒸发量；
通过点击“基础资料”控件运行相应VBA代码，获取文件夹名称，在单元格下拉菜单中显示供用户选择项目的所在省份城市及区县，并自动生成三级编号组成的编码用于匹配基础资料文件路径及名称，实现Excel软件不同文件之间的交互，提取得到对应的基础资料数据；
同时自动识别各级文件夹内的.pdf文件路径及名称，用户在单元格下拉菜单中选择所需的设计依据，选择后通过编码匹配对应.pdf文件的路径及名称，实现Excel与PDF之间的交互，点击Excel的单元格后自动打开对应的pdf设计依据文件，供用户阅读查看；
此外，根据模块1生成的将与数据的基础上再次通过采用“内插法”公式、地方文件数据以及降雨数据模块中的气象站降雨数据，对年径流总量控制率对应的设计降雨量进行数据修正及反算，用户输入年径流总量控制率后自动生成符合地方文件参数又契合气象站数据的设计降雨量，以作为海绵城市专项的基础设计依据。
进一步地，所述方案文本模块的具体工作过程为：首先在单元格中集合各类海绵城市相关计算公式，包括年径流总量控制率计算、综合径流系数、SS去除率雨水资源利用率、雨水流量、管道流量及积水深度计算公式，之后依据降雨数据模块及基础资料模块内的数据，结合用户在本模块内输入的数据进行设计计算，得出相关设计成果；
通过点击“基础资料”控件运行相应VBA代码，实现Excel与Word之间的交互，将Excel内的设计成果输出到方案文本文件夹内.docx格式的方案模板中，自动生成海绵城市专项设计方案文本。
进一步地，所述设计图纸模块的具体工作过程为：首先绘制.dwg格式的CAD图纸文件模板，模板要素包含多种图纸数据信息，包括图层、字体及块名称；
通过点击“设计图纸”控件运行相应VBA代码，实现Excel与CAD之间的交互，以多种图纸数据信息等作为交互锚点，自动提取多种图纸数据信息进行统计归类及计算，所述图纸数据信息包括图元的厚度、长度及面积，同时，将设计计算后的数据结构返回至CAD图纸，并自动绘制图元信息进行表达。
进一步地，所述模型模拟模块的具体工作过程为：首先在Excel单元格中输入或选择建模所需的参数，通过点击“模型模拟”控件运行相应VBA代码，实现Excel、Cad及SWMM三个软件之间的交互，自动提取所有模块中存在于Excel中的海绵城市建模相关数据，包括降雨资料、基础数据及设计成果；同时提取CAD图纸中各类信息，包括图元的坐标、面积及角度；
之后将提取的Excel及Cad数据信息相结合，进行统计归类计算操作，自动生成SWMM可以直接打开或调用的.inp格式的模型文件、以及.txt格式的雨量计文件，以进行模型模拟。
与现有技术相比，本发明通过设置降雨数据模块、基础资料模块、方案文本模块、设计图纸模块以及模型模拟模块，利用Excel VBA语言自动识别项目地点最近气象站并提取该气象站多年逐日降雨量及经纬度等资料，自动反算年径流总量控制率对应的设计降雨量，同时根据地方文件提供的参数进行数据修正；本发明采用Excel作为***的程序载体，在Excel通过点击控件进行***运行的操作，VBA工程对象进行代码编程，单元格内容作为设计数据的选择、计算或输入输出；本发明利用CAD的VBA属性作为锚点，同时将相关数据进行数字化编码，实现海绵城市设计***中Word、Excel、Cad及SWMM等不同软件之间的数据交互。
相较于独立开发的设计辅助插件或软件，本发明采用Excel软件作为***运行载体，具有成本低，普及率高及占用空间小等优点，设计师利用效率相对较高。
相较于如VisualLISP等语言或TrueTable等软件，本发明采用VBA语言进行开发编程，VBA语言为Windows***及CAD软件原生自带语言，具有免安装、容易理解及编程简单等优点，设计师操作学习门槛相对较低。
相较于独立的软件或插件较为固定的操作模式，本发明对可数字化的信息进行编码利用，具有针对性强、准确率高及设计动作契合度高等优点，设计师使用时操作动作相对较少。
相较于其他软件或插件较为封闭的***生态，本发明采用云计算的方式对***生态进行优化，具有自由度高、***载体小及运行速度快等优点，设计师使用对硬件设备的要求较低。
相较于其他软件运行或传统设计作业，本发明能够实现本地与云端之间以及不同办公软件之间的数据交互，具有准确率高、重复劳动量低及运行成果类型多等优点，设计师的设计作业工作量较少。
附图说明
图1为本发明的***架构示意图；
图2为本发明中Word、Excel、Cad及SWMM软件之间的数据交互示意图；
图3为实施例中五个模块文件夹示意图；
图4为实施例中交互***五个sheet表格示意图；
图中标记说明：1、降雨数据模块，2、基础资料模块，3、方案文本模块，4、设计图纸模块，5、模型模拟模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和图2所示，一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，包括降雨数据模块1、基础资料模块2、方案文本模块3、设计图纸模块4及模型模拟模块5，每个模块分别由对应的文件夹、excel工作表及VBA代码对象组成，整个***的运行在Excel办公软件中进行操作。
在降雨数据模块1，本实施例将“降雨数据”控件设置在界面左上角位置，通过点击“降雨数据”控件运行VBA代码，再通过网络调用百度地图api，获取输入的项目地点的经纬度，再根据项目经纬度及气象站经纬度获取距离项目地点最近的气象站编号，通过气象站站点编号匹配对应气象站的文件夹，文件夹中有xlsx格式的多年逐日降雨量文件，通过Excel软件不同文件之间的交互，批量提取降雨数据资料至模块内，对逐日降雨量进行排序处理后进行统计计算，输出年径流总量控制率对应的设计降雨量数据并进行验算。
需要说明的是，根据现有技术年径流总量控制率的定义，需要对日降雨量从小到大进行排序后，按式(1)通过已知降雨量进行统计计算从而求得控制率。而在实践工作中，研究设计人员为求得某一固定Pi值时，需要带入大量降雨量数值进行试算，无法根据Pi值直接正向求的Xi值，计算量较大且误差率较高。
Figure BDA0003648700500000061
式中：Pi—第i个日降雨量数值对应的年径流总量控制率；X1，X2，Xi，XN—第1个、第2个、第i个、第N个日降雨量数值；N—日降雨量序列的累计数。
本实施例中，根据年径流总量控制率的计算公式，在控制率与累积日降雨量总和已知的条件下，设计降雨量为与降雨序列相关的函数，见式(2)，同时已知降雨序列为1至总降雨序列数的有限自然数。因此，本技术方案采用穷举最大值法对年径流总量控制率进行正向计算，即将降雨序列i从1至N依次代入公式计算可得到N个降雨量X的集合，而其中最大值Xmax即为最接近该控制率所对应的设计降雨量。
Figure BDA0003648700500000062
式中：Pi—第i个日降雨量数值对应的年径流总量控制率；X1，X2，Xi，XN—第1个、第2个、第i个、第N个日降雨量数值；N—日降雨量序列的累计数。
由此，若根据现有的年径流总量控制率公式定义，年径流总量控制率是通过降雨量逐个试算得到年径流总量控制率；而本技术方案采用穷举最大值进行统计计算，根据年径流总量控制率直接计算得出对应的日降雨量。进一步的，相对于传统的拟合法和内插法两种计算方法，本技术方案计算设计降雨量的误差率相对更小；同时，本技术方案采用云计算技术，用户在本地自助输入项目地点，通过网络从云端获得经纬度及降雨数据等资源，在本地生成年径流总量控制率对应的设计降雨量，过程更为方便快捷；本技术方案在VBA架构下进行编程运行，用户在本地Excel软件中进行操作，无需安装其他专业软件，且降雨数据可存于云端，在数据权限和推广应用上普适性更强。
在基础资料模块2，建立以“编号+省份”、“编号+地市”、“编号+区县”名称命名的三级文件夹，每级文件夹内存储.pdf格式的海绵城市相关的法规文件、导则指南及图集规范等设计依据文件，同时在区县文件夹内存储.xlsx格式的海绵城市相关的气象概况、暴雨公式、年径流总量控制率、月均降水量及蒸发量等基础资料数据，本实施例在界面左上角位置设置“基础资料”控件，通过点击“基础资料”控件运行VBA代码，获取文件夹名称，在单元格下拉菜单中显示供设计师选择项目的所在省份城市及区县，并自动生成三级编号组成的编码用于匹配基础资料文件路径及名称，实现Excel软件不同文件之间的交互，将基础资料数据提取至模块内。同时自动识别各级文件夹内的.pdf文件路径及名称，设计师可在单元格下拉菜单中选择所需的设计依据，选择后通过编码匹配对应.pdf文件的路径及名称，实现Excel与PDF之间的交互，点击Excel的单元格后自动打开对应的pdf设计依据文件供设计师进行阅读查看。另外，利用“内插法”公式、地方文件数据以及降雨数据模块中的气象站降雨数据，对年径流总量控制率对应的设计降雨量进行数据修正及反算，输入年径流总量控制率后自动生成符合地方文件参数又契合气象站数据的设计降雨量，以作为海绵城市专项的基础设计依据。
在方案文本模块3，首先在单元格中集合年径流总量控制率计算、综合径流系数、SS去除率雨水资源利用率、雨水流量、管道流量及积水深度等各类海绵城市相关的计算公式，依据降雨数据模块及基础资料模块内的数据，结合本模块内输入的数据进行设计计算得出相关设计成果。本实施例在界面左上角位置设置“基础资料”控件，通过点击“基础资料”控件运行VBA代码，实现Excel与Word之间的交互，将Excel内的设计成果输出到方案文本文件夹内.docx格式的方案模板中，自动生成海绵城市专项设计方案文本。
在设计图纸模块4，首先绘制.dwg格式的CAD图纸文件模板，模板要素包含图层、字体及块名称等多种图纸数据信息。本实施例在界面左上角位置设置“设计图纸”控件，通过点击“设计图纸”控件运行VBA代码，实现Excel与CAD之间的交互，以图层、字体及块名称等多种图纸数据信息等作为交互锚点，自动提取图元的厚度、长度及面积等多种图纸数据信息进行统计归类及计算。同时，设计计算后的数据结构返回至CAD图纸，自动绘制图元信息进行表达。
在模型模拟模块5，首先在Excel单元格中输入或选择建模所需的参数，本实施例在界面左上角位置设置“模型模拟”控件，通过点击“模型模拟”控件运行VBA代码，实现Excel、Cad及SWMM三个软件之间的交互，***会自动提取所有模块中的包括降雨资料、基础数据及设计成果等各类存在于Excel中的海绵城市建模相关数据，同时也提取CAD图纸中图元的坐标、面积及角度等各类信息，之后将提取到的Excel及Cad数据信息相结合进行统计归类计算等操作，之后自动生成SWMM可以直接打开或调用的.inp格式的模型文件、以及.txt格式的雨量计文件，从而进行模型模拟。
以上各模块之间的数据交互如图2所示，其中，降雨数据模块1对应于Excel；基础资料模块2对应于pdf；方案文本模块3对应于word；设计图纸模块4对应于cad；模型模拟模块5对应于SWMM。
在具体应用时，如图3所示，五个模块对应于分别为01降雨数据、02基础资料、03方案文本、04设计图纸及05模型模拟的五个文件夹，此外，还包括一个.xlsm格式的Excel文件，Excel文件由5个sheet表格组成，如图4所示，五个sheet表格分别为01降雨数据、02基础资料、03方案文本、04设计图纸及05模型模拟，同时每个sheet表格均包含VBA项目模块用于编程及***运行。
其中，01降雨数据文件夹内包含国内气象站降雨数据，每个气象站的降雨数据存在单独的文件夹内，文件夹的命名方式为气象站编号及气象站名称。降雨数据以.xlxs格式保存，本实施例中，保存有1984年至2019年逐日降水量数据。
02基础资料文件夹内包含五级子文件夹，第一级子文件夹内包括以编号加省份名及直辖市命名的文件夹及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的国家级层次的规范、标准及图集等各类设计资料；
第二级子文件夹内包括以编号加城市名命名的文件夹及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的省份级层次的规范、标准及图集等各类设计资料；
第三级子文件夹内包括以编号加区县名命名的文件夹及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的地市级层次的规范、标准及图集等各类设计资料；
第四级子文件夹内包括资料库名称的文件夹、以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的区县级层次的规范、标准及图集等各类设计资料以及.xlsx格式保存的以省份编号加地市编号加区县编号加基础资料命名的基础资料数据；基础资料文件内包含了该地区降水量、蒸发量、降雨公式、气象概况及一年一遇降雨量等数据；
第五级子文件夹及资料库文件夹内保存有以.pdf格式保存的该区县以完成的海绵城市专项设计方案、施工图及审查意见等过往项目参考资料。
03方案文本文件夹内包含一个.docx格式的word模板文件，文件内已经编制好制式格式的文本以及需要替换文字的编码，编码格式为索引字符+序号+索引字符。
04设计图纸文件夹内包含一个.dwg格式的CAD模板文件，文件内包含文字、块参照及多段线等各类图元。其中文字图元以T-+序号的命名的图层进行分类排序，字体样式为“同济海绵文本”或“同济海绵数据”；块参照图元以J-+序号的命名的图层进行分类排序；多段线图元以H-+序号的命名的图层进行分类排序；其他辅助设计图元以M-+序号的命名的图层进行分类排序。
05模型模拟文件夹内包含两个.pdf格式的SWMM说明书文件以及一个SWMM程序文件夹及SWMM主程序快捷方式。
将上述***应用于本实施例，在Excel文件的01降雨数据sheet中包含一个“降雨数据”控件，通过点击控件进行编程和运行代码可以实现项目就近气象站降雨数据提取并自动计算年径流总量控制率并进行修正。相应VBA代码运行实施方式如下：
首先定义云端路径，该路径存于sheets(1)的U24单元格，内容为同济设计集团云端网盘；
下一步，***联网调用百度地图API，对U22单元格内的项目地点位置进行经纬度计算，并将经度输出到W23单元格，维度输出到Z23单元格。然后将项目地的经纬度依次与气象站的经纬度进行对比，通过计算经度值差与纬度值差的平方和的最小值的计算方法，得到项目地点最近的气象站点编号及站点名称并输出到B2及B3单元格；
下一步，将降雨数据路径定义为云端路径+01降雨数据+气象站点编号+名称，以本项目示例则为：\\fs5\Document\公共信息\海绵设计云交互***\01降雨数据\58358吴县东山，该文件夹内有以.xlsx格式保存的该气象站多年逐日降雨资料文件。将这些Excel文件依次打开并复制有效数据粘贴至本模块的C至G列；
下一步，根据现有技术中关于年径流总量控制率的定义，将小于等于2mm的数据剔除，同时将气象站数据中标记为3270的当日降雨缺失数据剔除后，将提取的数据按照从小到大排列并记录序号输出到H列及I列，本实施例中，有效降雨数据为降雨量从2mm至145.4mm的2775日次；
最后，考虑到年径流总量控制率定义给出的公式为二元变量公式，按定义公式为通过降雨深度获取控制率，***通过循环遍历对应控制率下最大降雨深度的方式逆向反算某一控制率下对应的日降雨深度，将计算的降雨量输出到J列并在L列用定义公式正向计算进行验算。
在Excel文件的02基础资料sheet中包含一个“基础资料”控件，通过点击控件进行编程和运行代码可以将提取云端资料库内的设计资料至***模块，并实现Excel与PDF的交互。相应VBA代码运行实施方式如下：
首先定义云端路径，路径同样是位于同济设计集团云端网盘，同时生成命令程序，当鼠标单独点击区域内的单元格时，程序运行；
下一步，在B3单元格提供下拉菜单选项，用户(即设计师)可以选择项目所在省份；
下一步，当点击B4单元格时，***会根据云端路径结合B3单元格省份名称的路径，自动遍历该路径下的子文件夹信息，并将这些信息提供在下拉菜单内供设计师选择；
下一步，当点击B5单元格时，***会根据云端路径结合B3单元格省份名称及B4单元格城市名称的路径，自动遍历该路径下的子文件夹信息，并将这些信息提供在下拉菜单内供设计师选择；
下一步，当选择完省份、城市和区县的值后，定义云端路径，省份路径，城市路径，区县路径及资料库路径，这些路径同样是位于同济设计集团云端网盘，本实施例的海绵城市项目位于江苏省苏州市吴江区，则对应的文件夹路径为：\\fs5\Document\公共信息\海绵设计云交互***\02基础资料\14江苏省\05苏州市\05吴江区，***会在B6单元格自动生成基础资料文件编码140505对应该路径下的文件；
下一步，***会自动打开该编码文件，将该文件内的基础资料提取输出到本数据表的对应单元格内；
下一步，***依次遍历云端路径，省份路径，城市路径及区县路径的PDF文件，提取这些文件的路径、名称及编号等信息至本表的指定单元格内，将这些信息制作成B12至B21单元格的下拉菜单供设计师选择，同时，遍历资料库路径内的PDF文件，将信息显示在N列中；
下一步，当设计师点击指定的资料单元格时，***会弹出选择框询问设计师是否查看资料，如果选择“是”，***会自动打开单元格对应的PDF文件供设计师阅读参考；
同时，本模块会根据项目地设计资料内的年径流总量控制率，利用线型插值法并结合“01降雨数据”模块内就近气象站的降雨数据进行修正计算，为设计师提供既符合地方文件参数又更精确详实的设计降雨量数据。在本表的M9单元格输入年径流总量控制率数值后，***会在M11单元格自动生成对应的设计降雨量。以本项目72％对应18.74(mm)为例，计算方法如下：
根据年径流总量控制率和线性插值法的计算定义，18.74这个值在当地文件中的介于70％的17.5至75％的20.8之间；
则已知X1＝17.5、X2＝20.8、Y1＝70％、Y2＝75％、X＝18.74求Y值，根据线性关系y＝p(x)求得dx＝(X-X1)/(X2-X1)＝(18.74-17.50)/)20.80-17.50)＝0.38；
下一步，根据气象站的降雨数据，可得X1’＝17.01，X2’＝19.98。将dx带入统计数据关系y＝f(x)可得，X’＝X1’+(X2’-X1’)*dx＝17.01+(19.98-17.01)*0.38＝18.13；
最后，将X’代入统计数据序列中可知，i＝2106即X’＝X2106，同时已知总降雨次数n＝2775。则C1＝(X1+X2+┄+X’)＝15671.30，C2＝X’*(2775-2106)＝12126.90，同时已知降雨量的总和C1+C2+C3＝(X1+X2+┄+Xn)＝38608.20；
根据年径流总量控制率的定义计算公式可得：
Y＝(C1+C2)/(C1+C2+C3)＝(15671.30+12126.90)/38608.20＝72.00％，即经过修正计算后，18.74降雨深度对应的年径流总量控制率为72％，同时，也可以通过该计算方式逆向计算可得72％年径流总量控制率所对应的设计降雨量为18.74(mm)。
在Excel文件的03方案文本sheet中包含一个“方案文本”控件，通过点击控件进行编程和运行代码可以将提取云端方案模板内的编码替换成设计成果数据，自动在本地生成.docx格式的海绵城市专项设计方案专篇，实现Excel与WORD的交互。
首先：该数据表中包含了大量如综合径流系数、月水量平衡、雨水管道流量及峰值降雨流量等各类海绵城市专项设计相关的计算公式，设计通过选择或输入黄色区域单元格内的数据，表格会根据01降雨数据模块及02基础资料模块内的数据资料，进行运算生成相关设计结果并保存在绿色单元格内并将方案文本所要替换的关键数据在本表AA列及AC列根据编码进行排序；
之后，通过运行控件内代码，首先定义云端路径及本地路径，之后***自动打开将云端路径“\\fs5\Document\公共信息\海绵设计云交互***\03方案文本”内的TJAD-模板-海绵专篇.docx文件，根据编码序号，依次将AA列的对应的文本编码替换成AC列的设计结果数据，之后将该替换完成的.docx文件另存至本地路径并重命名为项目名称+操作日期，自动生成本项目的海绵城市专项设计方案文本。
在Excel文件的04设计图纸sheet中包含一个“设计图纸”控件，通过点击控件进行编程和运行代码可以将按设计模板格式绘制的dwg格式图纸内的图元信息提取至该表进行整理计算，之后将设计结果返回至.dwg格式图纸并自动绘图表达，实现Excel与CAD的交互。相应VBA代码运行实施方式如下：
首先：定义CAD程序为对象，定义CAD文件为对象，定义当前打开的CAD文件为对象，之后依次调用“提取数据”、“排序归类”、“数据计算”及“数据上图”共4个子程序；
“提取数据”子程序获取CAD程序，并关联CAD程序打开的第一个.dwg文件，之后定义数据集对象及图元组码和组值；
根据dwg文件的数据特性，组码“0”对应的组值为图素实体，设计师在使用CAD软件进行海绵城市设计时，绘制的图元基本是以“多段线”或“二维多段线”体现下凹绿地、雨水花园及透水铺装等海绵设计元素，通过将组码“0”的组值对应为"LWPOLYLINE"及"POLYLINE"的方式，利用多段线及二维多段线为锚点建立交互逻辑，实现Excel与CAD交互的数据集为多段线及二维多段线图元；
下一步，以“图层名”为筛选条件，依次筛选出不同图层名的数据组，并提取图元厚度、图元图层名及图元面积或长度至EXCEL数组，以厚度值为数组编号，图层名为归类类别，面积或长度值为统计计量值，分别提取至本表的A、B、C列。以6号下凹绿地图元为例，在CAD软件中，设计师使用H-08图层的多段线绘制一个下凹绿地，并在特性选项板将图元厚度设置为6，***会将这些数据提取至本表A至C列，A列的序号值为下凹绿地图元厚度值6，B列的类别值为下凹绿地图元图层名H-08，C列的计量值为下凹绿地的面积69.3656；
之后“排序归类”子程序，引用“字典”对象，将A列、B列及C列的数据进行排序归类并输出到D列至V列，横轴为图层名对应的设计类别，比如H-08对应下凹绿地，位于L列，纵轴为厚度对应的设计编号，比如图元厚度6对应的序号6，位于第8行，则L8单元格的值69.3656即为CAD中该图元6号下凹绿地的面积；
之后“数据计算”子程序，通过结合本表单元格内设置的参数和公式，根据海绵城市设计相关的各类计算公式，进一步的将排序归类后的数据进行设计计算，计算的结果将输入到本表对应的单元格内，以6号下凹绿地为例，***会将其面积提取至AI21单元格，根据AV21单元格设置的下凹绿地控制深度值100(mm)，可以计算得到控制容积为6.94(m3)输入到AU21单元格，***同样会计算归类排序的汇水分区6的其他下垫面的面积，计算得到汇水分区6的综合雨量径流系数为0.44输入到AL21单元格，之后根据计算出汇水分区6的设计控制降雨量为17.22(mm)输入到AP21单元格，在结合之前的年径流总量的计算方式计算出汇水分区6的年径流总量控制率为69.51％并输入到AQ21单元格；
最后“数据上图”子程序，再次将Excel与CAD关联，通过将组码“7”的组值对应为"同济海绵数据"及"同济海绵文本"的方式，利用字体为锚点建立交互逻辑，实现Excel与CAD交互的数据集为文字图元，然后以“图层名”为筛选条件，依次筛选出不同图层名的数据组，以图元图层名为归类类别，图元线型比例为排序序号，提取Excel单元格的值至对应图元的文本内容进行替换，以6号下凹绿地为例，在Excel软件中，设计计算后得到该下凹绿地的各类海绵城市相关数据如控制容积在AU21单元格、对应汇水分区的设计控制降雨深度在AP21单元格及年径流总量控制率在AQ21单元格，在CAD软件中绘制的文字图元则是线型比例为6的图层名分别为T-41，T-16及T-17的文字图元，***会自动将这些图元的文本替换至对应单元格的值6.94、17.22及69.51％。
在Excel文件的05模型模拟sheet中包含一个“模型模拟”控件，通过点击控件进行编程和运行代码可以将按设计模板格式绘制的dwg格式图纸内的图元信息提取至该表进行整理计算，实现Excel与CAD的交互。之后将设计结果以及之前Excel各表格内的相关建模数据提取后自动生成用于SWMM模型模拟的.inp格式的模型文件及.dat格式的雨量计文件，实现Excel与SWMM的交互。同时点击AB1及AB2单元格可以直接打开对应云端路径上.pdf格式的SWMM说明书文件，实现Excel与PDF的交互。相应的VBA代码运行实施方式如下：
首先，本表与“02基础数据”模块中的代码类似，通过点击单元格自动获取对应路径上.pdf文件并打开，设计师可以选择通过阅读建模说明书的帮助下输入或选择项目的相关建模数据至本表的单元格内；
下一步，当本表的相关数据设置完成后，同时保持CAD软件打开的第一个dwg图纸文件为本项目文件，通过点击模型模拟控件***会依次运行“雨量计”、“汇水分区”、“图纸信息”及“生成模型”四个子程序；
“雨量计”子程序会根据输入的建模参数生成长历时或短历时的.dat格式雨量计文件至本地，当AB6单元格的值选择为“短历时”时，***会根据基础资料表中本项目的降雨强度公式参数，结合本表AB7至AB10单元格的参数，自动计算生成芝加哥雨型数据，并保存至01降雨数据表的M至S列；
当AB6单元格的值选择为“长历时”时，***会根据设计师建模的时间结合本表AB7及AB8单元格的参数，将01降雨数据表C至I列的对应的数据经过处理后同样出入到M至S列。之后***通过print代码，将M至S列的数据生成雨量计文件至本地，文件名为本表F48单元格值，格式为.dat；
下一步，“汇水分区”子程序通过循环函数、判断函数以及引用字典功能等代码，将EXCEL软件中各个表的设计成果数据进行提取排列，匹配对应及格式调整等方式处理，将处理后的数据依次输入至本表A至M列单元格内；
下一步，“图纸信息”子程序与04设计图纸表格内的“提取数据”子程序类似，关联CAD程序打开的第一个.dwg文件，以组码“2”的组值图块名为“H-溢流井”、“H-雨水井”、“H-分流井”、“H-市政井”及组码“8”的组值图层名”H-03”、”H-17”、”H-18”、”H-19”为选择集的筛选条件对图纸文件内的图元信息进行筛选，之后同样以图层名为归类条件对数据集进行分类，对于“块参考”图元，以块的旋转角度作为排序序号；对于“直线”、“多段线”及“二维多段线”等图元依旧以厚度作为排序序号，提取图元坐标值、坐标轴比例、长度、全局宽度等信息，作为模型中节点深度，节点偏移量、管渠长度、管径等相关计量值进行提取排列，匹配对应及格式调整等方式处理，并将处理后的数据依次输入至本表A至M列单元格内；
最后，“生成模型”子程序会创建txt文件，将A至M列单元格内的值该txt，并将该文件转换至inp格式保存至本地，可通过云端的SWMM模型软件程序打开运行本项目的海绵城市设计模拟。
综上所述，一、相比于传统的海绵城市专项设计作业(以设计师常规海绵城市设计工作作业为参照)：
1.设计师需要根据项目当地的降雨数据，参考法规文件、导则指南、导则指南及审查要点等各类设计依据，进行数据统计、设计计算、文本编制、图纸绘制及模型构建等各类作业流程，一般采用Excel、Word、Pdf、CAD及SWMM等软件进行作业。
本技术方案则通过Excel-VBA语言以实现Excel、Word、Pdf、CAD及SWMM等软件之间的交互，实现.xlsx、.docx、.pdf、.dwg、.inp及.dat格式文件的联动，减少设计工作量，降低设计门槛，提升设计效率，提高设计成果准确度。
2.对于年径流总量控制率这个关键基础数据，设计师从指南、规范或者导则等相关资料获取的参考样本较少，样本数据步长均为5％，样本统计曲线没有具体数据点。本技术方案则能够提供更为详实精确的年径流总量控制率数据。
3.由于海绵城市设计因地制宜，各地的气象资料。水文数据、规范导则、法规文件及审查要求等各类相关设计依据差异性较大，同时海绵城市设计是建筑、给排水及景观等多个专业结合的工作，设计师获取项目当地的参考资料的工作成本及设计门槛较高。本技术方案能够提供基础资料库，设计师只需要选择项目的所在的省份、城市及区县，即可自动获取项目地的参考资料启动设计工作，降低设计门槛。
4.除了基本的图纸绘制工作外，海绵城市方案还涉及大量的数据计算，设计师需要在Word软件中输入大量数字文本，同时涉及的数据关联度较高，单个数据的修改导致大量的数字文本需要同步调整，整个作业工程较为重复繁琐且错误率较高。本技术方案提供自动生成方案文件功能，设计师可以将设计成果一键自动转换成项目对应的.docx格式文件，设计师无需在Word软件中依次输入或调整数字文本，大幅提升设计效率及成果的准确度。
5.设计师首先需要在CAD软件中对项目进行汇水分区的拆分，之后分别统计各个汇水分区的面积以及分区内硬质地面、普通屋面、透水铺装及屋顶绿化等各类下垫面的面积从而计算综合雨量径流系数，之后根据该参数布置下凹绿地或雨水花园并统计计算其面积与调蓄容积对雨水进行控制，之后对地表径流、断面溢流及管道排水等各种雨水流量进行校核，最终再将统计计算的各类下垫面面积、海绵设施控制容积、年径流总量控制率、污染物去除率、设计降雨量及流量等各种数据上图表达。整个设计流程在“绘图”、“统计”、“计算”及“校核”等各个流程中反复调整操作，同样较为重复繁琐且错误率较高。本技术方案通过提供CAD与Excel之间的联动交互，设计师可以一键自动将CAD软件中绘制的设计成果提取至Excel中进行统计计算并将EXCEL中的数据返回至CAD软件中自动绘制表达，大幅提升设计效率及成果的准确度。
6.设计师在SWMM模型建模时，需要根据CAD绘制的图纸再次在SWMM进行各类模型节点的绘制工作，之后在各个节点的对象栏中依次输入、选择或调整节点的相关设计参数，同时还需要获取或者计算项目当地的雨量计参数后才能完成建模工作，同样较为重复繁琐且错误率较高。本技术方案提供自动生成模型文件功能，设计师可以将设计成果一键自动转换成项目对应的.inp格式模型文件及.dat雨量计文件，设计师无需在SWMM软件中进行建模操作，大幅提升设计效率及成果的准确度。
二、相对于其他辅助设计***或软件(以鸿业海绵城市***及海市通设计软件作为参照)：
1.设计单位需要为设计师购买安装软件包主体文件，需要一定的硬件和软件配置才能兼容***并运行软件。本技术方案采用Excel软件作为程序主体，无需另外安装，兼容性高，节约成本。
2.设计师需要另外花费时间精力对***或软件进行学习理解并适应规定操作的模式。本技术方案采用Excel软件作为程序主体，Excel作为常规办公软件普适性较高，设计师基本不需要再次学习即可进行操作，学习门槛较低，操作逻辑简单。
3.其单一的软件主体，***生态较为封闭，设计师只能按照软件或***的制式模板操作，受到的限制较多，可参与编辑的内容较少。本技术方案以.xlxs、.docx及.dwg等设计师常规使用文件格式保存，设计师可根据自身需要进行编辑改动，***生态的自由度较高。
4.其计算公式，数据资料等设计依据的调整较多依赖于软件或***的版本更新，时效性较差。本技术方案以.xlxs及pdf等格式运行保存相关计算公式及数据资料等设计依据，设计师可根据最新的规范图集及导则指南进行更新调整，设计依据的时效性较强。
5.其计算公式，数据资料等设计依据集成在软件或***内部，需要较多的计算机本地空间，占用***内存较大，导致运行速度较慢。本技术方案以.xlxs及pdf等格式运行保存相关计算公式及数据资料等设计依据，数据资料以文件夹的形式归类，分布式的保存于云端空间，设计师能够以自行选择项目地点的方式通过网络获取项目地的设计依据并加载在***内保存，计算机本地空间需求较少，占用***内存较小，运行速度较快。
三、相对于其他编程语言或专业软件(以VisualLISP语言及TrueTable编程软件为参照)：
1.设计师掌握专业的计算机语言或编程软件的难度较大，对于***的参与度较低，本技术方案采用Excel-VBA语言进行编程运行***，该语言属于VB语言的子集，较为简单，设计师学习门槛较低，调整修改***编程代码的难度较小，参与度较高。
2.需要搭建基础架构或安装本地软件的方式进行编程及运行，同时与设计师计算机的***兼容性相对较差，运行速度较慢。本技术方案采用Excel-VBA语言进行编程运行***，该语言为Windows原生自带语言，不需要另外安装软件或搭建基础架构即可在Excel软件“开发工具”选项卡进行编程并运行，兼容性较高，***速度较快。

Claims (10)

1.一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，包括降雨数据模块(1)、基础资料模块(2)、方案文本模块(3)、设计图纸模块(4)以及模型模拟模块(5)，所述降雨数据模块(1)、基础资料模块(2)、方案文本模块(3)、设计图纸模块(4)以及模型模拟模块(5)分别由对应的文件夹、excel工作表及VBA代码对象组成；
所述降雨数据模块(1)用于统计输出年径流总量控制对应的设计降雨量数据；
所述基础资料模块(2)用于存储海绵城市相关设计依据文件以及海绵城市相关基础数据；
所述方案文本模块(3)用于集合海绵城市相关计算公式，并依据降雨数据模块(1)和基础资料模块(2)的数据，结合用户输入数据，自动生成海绵城市专项设计方案文本；
所述设计图纸模块(4)用于绘制输出CAD图纸文件模板；
所述模型模拟模块(5)用于自动生成模型文件以及雨量计文件，并进行模型模拟。
2.根据权利要求1所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述降雨数据模块(1)的文件夹内包含多个气象站的降雨数据，每个气象站的降雨数据分别存储在单独的文件夹内，文件夹的命名方式为气象站编号及气象站名称，所述降雨数据以.xlxs格式进行保存。
3.根据权利要求1所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述基础资料模块(2)的文件夹内包含五级子文件夹，其中，第一级子文件夹内包括以编号加省份名及直辖市命名的文件夹、以及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的国家级层次的规范、标准及图集设计资料；
第二级子文件夹内包括以编号加城市名命名的文件夹、以及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的省份级层次的规范、标准及图集设计资料；
第三级子文件夹内包括以编号加区县名命名的文件夹、以及以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的地市级层次的规范、标准及图集设计资料；
第四级子文件夹内包括资料库名称的文件夹、以.pdf格式保存的以编号加文件名称命名的区县级层次的规范、标准及图集设计资料、以及以.xlsx格式保存的以省份编号加地市编号加区县编号加基础资料命名的基础资料数据；
第五级子文件夹及资料库文件夹内保存有以.pdf格式保存的该区县的过往项目参考资料，包括已完成的海绵城市专项设计方案、施工图及审查意见。
4.根据权利要求1所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述方案文本模块(3)的文件夹内包含一个.docx格式的word模板文件，所述word模板文件内已经编制好制式格式的文本以及需要替换文字的编码，编码格式为索引字符+序号+索引字符。
5.根据权利要求1所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述设计图纸模块(4)的文件夹内包含一个.dwg格式的CAD模板文件，所述CAD模板文件内包含多类图元信息，包括文字、块参照及多段线，其中，文字图元以T-+序号的命名的图层进行分类排序；块参照图元以J-+序号的命名的图层进行分类排序；多段线图元以H-+序号的命名的图层进行分类排序；
所述模型模拟模块(5)的文件夹内包含两个.pdf格式的SWMM说明书文件、一个SWMM程序文件夹以及SWMM主程序快捷方式。
6.根据权利要求2所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述降雨数据模块(1)的具体工作过程为：通过点击“降雨数据”控件运行相应VBA代码，利用网络调用百度地图api，以获取输入项目地点的经纬度；
再根据项目地点经纬度与已有气象站经纬度进行匹配，获取距离项目地点最近的气象站编号，通过气象站站点编号匹配对应气象站的文件夹，文件夹中存储有xlsx格式的多年逐日降雨量文件；
利用VBA代码进行Excel软件不同文件之间的交互，批量提取降雨数据资料，并对逐日降雨量进行排序处理，之后进行统计计算，输出年径流总量控制率对应的设计降雨量数据并进行验算。
7.根据权利要求3所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述基础资料模块(2)的具体工作过程为：建立以“编号+省份”、“编号+地市”、“编号+区县”名称命名的三级子文件夹，每级子文件夹内存储.pdf格式的海绵城市相关设计依据文件，包括法规文件、导则指南及图集规范，同时在区县文件夹内存储以各级编号命名的.xlsx格式的海绵城市相关基础资料数据，包括的气象概况、暴雨公式、年径流总量控制率、月均降水量及蒸发量；
通过点击“基础资料”控件运行相应VBA代码，获取文件夹名称，在单元格下拉菜单中显示供用户选择项目的所在省份城市及区县，并自动生成三级编号组成的编码用于匹配基础资料文件路径及名称，实现Excel软件不同文件之间的交互，提取得到对应的基础资料数据；
同时自动识别各级文件夹内的.pdf文件路径及名称，用户在单元格下拉菜单中选择所需的设计依据，选择后通过编码匹配对应.pdf文件的路径及名称，实现Excel与PDF之间的交互，点击Excel的单元格后自动打开对应的pdf设计依据文件，供用户阅读查看；
此外，根据模块1生成的将与数据的基础上再次通过采用“内插法”公式、地方文件数据以及降雨数据模块中的气象站降雨数据，对年径流总量控制率对应的设计降雨量进行数据修正及反算，用户输入年径流总量控制率后自动生成符合地方文件参数又契合气象站数据的设计降雨量，以作为海绵城市专项的基础设计依据。
8.根据权利要求4所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述方案文本模块(3)的具体工作过程为：首先在单元格中集合各类海绵城市相关计算公式，包括年径流总量控制率计算、综合径流系数、SS去除率雨水资源利用率、雨水流量、管道流量及积水深度计算公式，之后依据降雨数据模块(1)及基础资料模块(2)内的数据，结合用户在本模块内输入的数据进行设计计算，得出相关设计成果；
通过点击“基础资料”控件运行相应VBA代码，实现Excel与Word之间的交互，将Excel内的设计成果输出到方案文本文件夹内.docx格式的方案模板中，自动生成海绵城市专项设计方案文本。
9.根据权利要求5所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述设计图纸模块(4)的具体工作过程为：首先绘制.dwg格式的CAD图纸文件模板，模板要素包含多种图纸数据信息，包括图层、字体及块名称；
通过点击“设计图纸”控件运行相应VBA代码，实现Excel与CAD之间的交互，以多种图纸数据信息等作为交互锚点，自动提取多种图纸数据信息进行统计归类及计算，所述图纸数据信息包括图元的厚度、长度及面积，同时，将设计计算后的数据结构返回至CAD图纸，并自动绘制图元信息进行表达。
10.根据权利要求5所述的一种基于Excel-VBA语言的海绵城市数字设计云计算交互***，其特征在于，所述模型模拟模块(5)的具体工作过程为：首先在Excel单元格中输入或选择建模所需的参数，通过点击“模型模拟”控件运行相应VBA代码，实现Excel、Cad及SWMM三个软件之间的交互，自动提取所有模块中存在于Excel中的海绵城市建模相关数据，包括降雨资料、基础数据及设计成果；同时提取CAD图纸中各类信息，包括图元的坐标、面积及角度；
之后将提取的Excel及Cad数据信息相结合，进行统计归类计算操作，自动生成SWMM可以直接打开或调用的.inp格式的模型文件、以及.txt格式的雨量计文件，以进行模型模拟。
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