Autodesk Civil 3D在土方量計(jì)算中的應(yīng)用

■倪爾瑞

（安徽省第四測繪院　安徽　合肥　230031）

Autodesk Civil 3D在土方量計(jì)算中的應(yīng)用

■倪爾瑞

（安徽省第四測繪院安徽合肥230031）

土方在土木工程建設(shè)中非常重要，它貫穿在項(xiàng)目的可行性論證、工程預(yù)算、招投標(biāo)等全部過程中，土方量的計(jì)算準(zhǔn)確度對(duì)項(xiàng)目的整體造價(jià)具有重要的影響。大部分工程軟件都有土方計(jì)算功能，本文介紹Civil 3D在土方量計(jì)算中的應(yīng)用，為相關(guān)人員高效的計(jì)算土方及加快工程方案實(shí)現(xiàn)的速度提供一定的參考。

Civil 3D土方量計(jì)算

土方量計(jì)算對(duì)工程總造價(jià)、方案優(yōu)化等具有重要的參考價(jià)值，怎樣提高土方計(jì)算效率和土方計(jì)算的精準(zhǔn)性，已經(jīng)成為了從業(yè)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。Autodesk Civil3D是Autodesk公司開發(fā)的一款強(qiáng)大的面向土木工程行業(yè)、測量、設(shè)計(jì)、分析和文檔處理軟件?？梢暬?、模擬以及分析功能更能幫助工程師推動(dòng)項(xiàng)目開展，提供更高質(zhì)量的施工文檔和三維模型。Autodesk Civil3D是在同一個(gè)區(qū)域建立兩個(gè)（或多個(gè)）曲面，精確比較曲面間的體積差（即土方量）。Civil 3D軟件被廣泛應(yīng)用在了市政、水利、道路和規(guī)劃行業(yè)中。

1　原理與方法

數(shù)字地形模型在Civil 3D軟件中被稱為曲面，Civil 3D使用曲面來表示三維地形，曲面由三角網(wǎng)或柵格組成，地形曲面的數(shù)據(jù)來源包括點(diǎn)、等高線、特征線和邊界等組成。土石方量的計(jì)算就是曲面與曲面的疊加，在對(duì)每一個(gè)高程點(diǎn)的Z值進(jìn)行差值計(jì)算后，再用三維幾何計(jì)算模型進(jìn)行精確地計(jì)算，但所依據(jù)不同的地形模型而采用不同的曲面構(gòu)造方法。可以將其分為以下幾種情況：TIN法、橫斷面法和柵格法等，以上方法在針對(duì)不同的計(jì)算要求以及各種地貌中有著相應(yīng)的應(yīng)用方式。在現(xiàn)實(shí)工作中，土方量計(jì)算法存在的誤差造成的糾紛數(shù)量比較多，導(dǎo)致這一狀況的主要原因是由于方法的選擇不當(dāng)以及勘察數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。以BIM為基礎(chǔ)的Civil 3D土方計(jì)算具備以下特點(diǎn)，突出的三維性、強(qiáng)大的計(jì)算效能以及智能動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)性，以下文章將對(duì)Civil 3D在土方量計(jì)算中的應(yīng)用展開分析。

2　Civil 3D應(yīng)用實(shí)例介紹

2.1三角網(wǎng)曲面體積計(jì)算法

TIN(三角網(wǎng))曲面體積計(jì)算采用的是對(duì)比基準(zhǔn)曲面和對(duì)照曲面間精確化的差異，通過對(duì)比，得出精確的體積計(jì)算成果。三角網(wǎng)可以適應(yīng)更復(fù)雜的地形進(jìn)，同時(shí)能更精確的表示地面上的陡坎、山脊等地形?！?】因此使用本方法可以得到較高的計(jì)算精度。

實(shí)例1：在工廠施工建設(shè)論證階段，需要對(duì)預(yù)建工廠廠址位置進(jìn)行土方量計(jì)算，預(yù)建廠址位置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為：最小高程39.884m，最大高程45.749m，三維面積值是53316m2，為丘陵地帶。具體步驟為：采用原始地面的地形進(jìn)行全野外實(shí)測，通過實(shí)測數(shù)據(jù)建立原始曲面。隨后根據(jù)預(yù)定的平場標(biāo)高建立相應(yīng)的對(duì)照曲面，首先根據(jù)該工廠的外圍坐標(biāo)繪制閉合多段線，該閉合多段線所包含區(qū)域即為對(duì)照曲面邊界，隨后利用特性工具欄中的高程數(shù)值。建立空曲面，加入三維多段線后，最終形成平面三角網(wǎng)曲面。關(guān)于土方量的計(jì)算，借助曲面體積工具，創(chuàng)建兩個(gè)對(duì)比體積面，得出該工廠的凈挖方量為147498.35立方米（未考慮土質(zhì)松散系數(shù)）。

2.2柵格計(jì)算方法

土方工程量的柵格計(jì)算方法是手工設(shè)計(jì)作業(yè)中的代表性工程量估算手段，即將一塊不規(guī)則體分成足夠多的方格體，每個(gè)方格體的體積累加就是不規(guī)則體的土方量。Civil 3D為其提供了相應(yīng)模式下的自動(dòng)計(jì)算。

實(shí)例2：在將要建設(shè)的某場地中的水池中，池頂寬為2m，坡度是0%，向外的情況下要按照1:2的坡度實(shí)行放坡到原來的地面，延伸至內(nèi)部5m，坡度為1:2。對(duì)于土方量的計(jì)算步驟是：得到原始地形的曲面，依據(jù)水池的尺寸實(shí)行放坡設(shè)計(jì)，通過放坡組最終生成設(shè)計(jì)曲面；在土方施工圖的使用下格柵土方圖，可以對(duì)格柵點(diǎn)進(jìn)行自由調(diào)整和標(biāo)注。土方施工圖的底部會(huì)顯示出土方的結(jié)果。利用放坡的體積工作比較計(jì)算的結(jié)果，可得出柵格計(jì)算法存在精度不太高的特點(diǎn)，這主要是由于邊界處的格柵為不規(guī)則引起的。

2.3橫斷面法

Civil 3D在道路工程中的應(yīng)用屬于泛指概念，Civil 3D可應(yīng)用在一切的帶狀土木工程建設(shè)中，例如：水渠、航道、鐵路、道路。道路的設(shè)計(jì)是一種比較新穎的概念，橫段面布置是根據(jù)道路等級(jí)、規(guī)劃紅線、交通功能、用地、工程造價(jià)等因素確定道路橫斷面。根據(jù)沿線不同的用地規(guī)劃、交通功能，道路斷面也有所變化。

實(shí)例3：該例中的設(shè)計(jì)場地是比較簡單的道路，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)為：路段長度是282.3m單側(cè)的橫斷布置：車道（3.6m）+路緣+路肩（0.9m），橫坡度是2%，結(jié)構(gòu)成是底基層(30cm)+基層（10cm）+面層（5cm）。建模的具體過程為：依據(jù)原始地面的勘測數(shù)據(jù)形成曲面；隨后開展路線平面的布置，對(duì)曲面的縱斷面進(jìn)行創(chuàng)建，并且對(duì)縱斷面的拉坡進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)道路結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中的橫斷面裝配，這一方式在Civil 3D是一種新型理念，可以有效幫助計(jì)算人員采用搭積木的方式，實(shí)現(xiàn)部件例如車道、路肩和分隔斷以及路緣等道路組成的智能化組和。在挖填邊緣部件之前要對(duì)挖填條件進(jìn)行判斷，保證Civil 3D可以對(duì)挖填的結(jié)果進(jìn)行判斷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)應(yīng)用的添加指向原曲面的不同坡率部件，對(duì)土方挖填量進(jìn)行減少。借助創(chuàng)建道路制定創(chuàng)建三維模型，制定部件采用基準(zhǔn)面的連接代碼，將其表示為土方工程的頂面，并創(chuàng)建采樣線，為采樣線制定土方計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)采樣線分配計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)后，Civil 3D可以自動(dòng)對(duì)挖方和填方以及結(jié)構(gòu)工程量進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要生成土方報(bào)告，分裝好土方以及結(jié)構(gòu)層中的工程量計(jì)算報(bào)告?！?】Civil 3D中的道路工程量計(jì)算作為橫斷面法與三維設(shè)計(jì)的完美結(jié)合，需要滿足不同設(shè)計(jì)者的需求，并且在任意調(diào)整裝配步長并滿足不同土方計(jì)算精度的情況下。最終得出工程量計(jì)算結(jié)果，需要依據(jù)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)要素進(jìn)行調(diào)整實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化更新。

3　小結(jié)

由此可以看出基于BIM上的Civil 3D技術(shù)可以為工程項(xiàng)目提供較大的設(shè)計(jì)功能，動(dòng)態(tài)化更新理念可以實(shí)現(xiàn)土方計(jì)算的高效率和高精度。針對(duì)不同項(xiàng)目，設(shè)計(jì)要對(duì)地形特點(diǎn)、精度要求和成本進(jìn)行綜合性考慮。本文對(duì)Civil 3D在土方計(jì)算中的幾種應(yīng)用方法進(jìn)行了介紹，希望能為相關(guān)建設(shè)單位提供一定的參考。

[1]余劍.Civil3D在土方量計(jì)算中的應(yīng)用 [J].城市勘測,2009,04:128-130.

[2]馬彥龍,劉勇,王一增,梁曉光.土方計(jì)算和優(yōu)化軟件的應(yīng)用 [J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版),2010,S1:379-382.

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-185-1

倪爾瑞，男，工程師，研究方向?yàn)闇y繪外業(yè)。