AutoCAD Civil 3D在山區(qū)高速公路臨建場地施工中的應用

魏江東，鄒家勇

（中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧530000）

0 引言

隨著企業(yè)對BIM等高新信息技術在施工和管理中的應用和重視，利用三維可視化、智能集成化的軟件解決工程施工技術難題是每個工程技術人員必須掌握的技能。本文以貴州劍河至榕江高速公路第14合同段炸藥庫的場地施工為依托，介紹了AutoCAD Civil 3D在山區(qū)高速公路臨建場地施工中的具體應用過程。

1 工程簡介

貴州省劍河至榕江高速公路第14合同段，起止樁號為K101＋150～K109＋889，路線全長8．74km，主要結構有橋梁6座，隧道3座，路基2．7km，蓋板涵12座，橋隧比為70%。路線沿榕江縣西側群山山腰而過，高于榕江盆地40～100m，北低南高。項目所處地形以山嶺重丘為主，河谷形態(tài)為“U”字型，植被發(fā)育。項目橋隧比大，高墩橋梁、高填深挖路基、深埋隧道分布，施工難度大（如圖1所示）。

圖1 項目平面圖

2 炸藥庫規(guī)劃選址

公路途經區(qū)域土石分布不均，局部基巖裸露。路塹開挖、橋樁挖孔及隧道掘進需采用爆破技術，項目規(guī)劃建設一座20t炸藥庫，以保證項目正常作業(yè)需求。

根據地方民爆公司要求，建設20t炸藥庫需≥5 000m2場地。炸藥庫位置經過多方調查比選確定，并結合現(xiàn)場地形，確定采用100m×50m的矩形進行控制規(guī)劃。該炸藥庫位置遠離高速路線及村落城鎮(zhèn)2km外，三面環(huán)山，靠近公路；山體土質為全風化、強風化巖石，山體發(fā)育良好，未發(fā)生過滑坡、坍塌等自然災害，谷間無地表水匯集，地勢較高。

炸藥庫規(guī)劃于三面環(huán)山溝谷中，可用長度約110m，寬度約20～30m。要達到100m×50m的平地要求，需要對周邊山體進行刷坡開挖。為避免借土和棄土，考慮以挖作填，抬高地面，最終與規(guī)劃尺寸吻合。如何在填挖平衡下確定場地標高和兩側開挖范圍，是該炸藥庫場地規(guī)劃施工的難點。如用傳統(tǒng)的土方斷面計算法，在缺乏地形圖情況下，處理該類問題將非常繁瑣，而高效確定土方平衡和土地征用范圍是本工程應用AutoCAD Civil 3D軟件的基本出發(fā)點。

3 AutoCAD Civil 3D應用

3．1 AutoCAD Civil 3D簡介

AutoCAD Civil 3D軟件是 Autodesk公司為基礎設施行業(yè)推出的一款適用于多領域、一體化、智能化的三維設計軟件，廣泛適用于勘察測繪、地形地貌、巖土工程、道路交通、水利水電、地下管網、土地規(guī)劃等領域。AutoCAD Civil 3D比較適用于較低等級道路設計及出圖，其三維動態(tài)設計及自動智能計算功能在山區(qū)場地規(guī)劃應用中更為直觀、高效。

3．2 地形圖獲取

由于該炸藥庫選址在高速公路設計地形圖之外，無現(xiàn)成地形圖，故地形圖的準確獲取是關鍵。線外地形圖的獲取途徑有：（1）傳統(tǒng)的現(xiàn)場采樣方式，易受人為因素干擾，導致某些特征點易忽略，造成精度降低，尤其在環(huán)境復雜、儀器信號差等區(qū)域，宜盡量不采用，人工補充測點應作為輔助方式；（2）網絡上民用衛(wèi)星地圖最大可輸出10m等高線地形圖（1∶10 000），由于是平均等高線，局部實際地形地貌識別度差、精度低，無法滿足小范圍地塊的具體使用要求；（3）公司引進的傾斜攝影系統(tǒng)可建立三維模型、還原真實世界、輸出高精度地形圖（1∶500），系統(tǒng)由無人機及專用軟件組成，需要專業(yè)人員處理，更適合在重點區(qū)域應用；（4）土地征用需地方政府土地部門參與，經許可利用土地部門5m等高線衛(wèi)星地形圖（1∶5 000），與民用衛(wèi)星地圖地物地貌對比吻合后，在CAD中調整為與設計路線一致的坐標系統(tǒng)，視實際地標做一定修正，可滿足施工放樣精度要求（見圖2、圖3）。

圖2 等高線地形圖

圖3 處理后同坐標系地形圖

3．3 曲面

曲面的建立是利用AutoCAD Civil 3D進行三維設計的基礎，通過地形圖中的地形點、等高線、特征線等構成三角網，在排除奇異點后，形成起伏的地形曲面，場地的挖填及標高控制均以建立的三維曲面為基礎進行布爾運算。曲面的建立過程，就是通過添加曲面，定義組成曲面的點、等高線和特征線。本工程曲面特征線是公路兩邊線，也是地形圖實際修正的控制線。曲面的顯示方式有很多種，簡要列舉如圖4所示：

圖4 曲面效果圖

3．4 場地邊界設置

本炸藥庫場地規(guī)劃尺寸為100m×50m矩形，依據現(xiàn)場實際地形，需要進行兩側山體開挖、中間谷地回填，要求場地兩側的開挖高度大致均衡，避免一側深挖；谷地填方區(qū)需要預留空間，確保場地進出口與公路的順接，并滿足通道縱坡要求。

3．5 放坡工具的應用

放坡工具是利用AutoCAD Civil 3D進行場地設計的主要工具。放坡的操作流程是：調出放坡創(chuàng)建工具→創(chuàng)建放坡組→選擇標準集→創(chuàng)建放坡→創(chuàng)建要素線→選擇放坡邊→應用到整個長度→設置挖填方坡率→創(chuàng)建填充→步驟完成，形成基于原地面曲面的挖填放坡曲面，非常簡捷。其中標準集是軟件中國本地化包已設置完善的規(guī)則，可以直接使用，而設置挖方坡率和填方坡率，可使用“曲面－挖填坡度”，也可單獨設置（見圖5）。

圖5 放坡創(chuàng)建及效果圖

3．6 土石平衡調整

利用放坡工具創(chuàng)建出場地后，即可利用放坡體積工具初步進行土石平衡，通過設置土石平衡量，軟件自動對場地進行抬高或降低；放坡體積工具進行土石平衡是基于挖方和填方系數(shù)均為1的情況下進行的。在實際施工中要考慮挖方松方系數(shù)和填方壓實系數(shù)的影響。具體調整方案是：先利用放坡體積工具對挖方和填方系數(shù)均為1的情況進行土石平衡，再利用體積面板調整挖方和填方施工系數(shù)，通過放坡體積工具的場地抬高或降低試算，最終以反映在體積面板中的凈值作為施工土石平衡控制的依據。本工程山體土質為全風化、強風化巖石，密實性好，設置挖方系數(shù)為1．2，填方系數(shù)為1．03（如圖6～8所示）。

需要說明的是，利用AutoCAD Civil 3D軟件進行多級挖填放坡是有困難的。在實際應用中，通過坡率反算平面距離確定邊坡平臺，估算一級以上實際挖填方量，相應征地邊界向外平移。雖然一級以上實際挖填方量是估算的，但征地邊界不受影響。

圖6 初步土石平衡圖（自然體積）

圖7 調整后土石平衡圖（自然體積）

圖8 體積面板實際土石平衡圖（施工體積）

3．7 用地邊界確定

由于軟件在多級放坡方面的功能欠缺，導致實際施工中多級邊坡開挖征地線需要手動向外調節(jié)平臺距離。征地邊界在設計平面預留平臺空間，導出坐標點位即可用于現(xiàn)場用地放樣（如圖9所示）。

圖9 炸藥庫出圖示例及最終成果圖

4 炸藥庫施工

4．1 臨時用地

山區(qū)土地征用是一項難度很大的工作，在林木植被覆蓋茂密的地區(qū)，GPS信號虛弱，放樣困難，加之地形險峻，需要先開路后放樣。本項目采用紅色塑料絲帶沿兩側放樣樁點延伸出用地帶狀范圍，在經村民現(xiàn)場識別后，一方面作為臨建場地用地征用邊界，一方面作為場地開挖的指導線，作用良好。

4．2 邊坡開挖

邊坡開挖采用挖掘機沿坡面上山，根據邊界絲帶，從上至下進行開挖，邊開挖邊刷坡，一次成型，土石方于坡腳傾填堆積。兩側山體可同時進行開挖，也可一次開挖成型后，再開挖另一側。

4．3 場地回填

場地回填前，需進行填前處理，對草皮、枯枝等進行清理，并碾壓。場地回填早期填筑范圍小時采用推土機進行運土、推平，壓路機跟進分層碾壓；在中后期填筑范圍大時，同時投入挖掘機和自卸汽車進行裝土、運土，推土機整平，壓路機分層碾壓?；靥钋疤幚韷簩嵍取?0%，場地分層壓實度≥94%，以確保炸藥庫在運營過程中不沉降，避免結構坍塌造成爆炸事故。

5 結語

隨著BIM信息技術的快速發(fā)展，利用軟件的三維可視化技術結合動態(tài)設計理念去解決工程問題便易如反掌。只要地形圖足夠精確，AutoCAD Civil 3D軟件可用于取棄土場規(guī)劃、隧道洞口規(guī)劃、臨建場地規(guī)劃等，在便捷易用的基礎上，極大地減少了測量及方案編制人員的工作量，節(jié)約了時間與成本。