Autodesk Civil 3D在土方量計算中的應(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，它貫穿在項目的可行性論證、工程預(yù)算、招投標等全部過程中，土方量的計算準確度對項目的整體造價具有重要的影響。大部分工程軟件都有土方計算功能，本文介紹Civil 3D在土方量計算中的應(yīng)用，為相關(guān)人員高效的計算土方及加快工程方案實現(xiàn)的速度提供一定的參考。

Civil 3D土方量計算

土方量計算對工程總造價、方案優(yōu)化等具有重要的參考價值，怎樣提高土方計算效率和土方計算的精準性，已經(jīng)成為了從業(yè)人員關(guān)注的焦點。Autodesk Civil3D是Autodesk公司開發(fā)的一款強大的面向土木工程行業(yè)、測量、設(shè)計、分析和文檔處理軟件。可視化、模擬以及分析功能更能幫助工程師推動項目開展，提供更高質(zhì)量的施工文檔和三維模型。Autodesk Civil3D是在同一個區(qū)域建立兩個（或多個）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、等高線、特征線和邊界等組成。土石方量的計算就是曲面與曲面的疊加，在對每一個高程點的Z值進行差值計算后，再用三維幾何計算模型進行精確地計算，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，以上方法在針對不同的計算要求以及各種地貌中有著相應(yīng)的應(yīng)用方式。在現(xiàn)實工作中，土方量計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以及勘察數(shù)據(jù)的不準確。以BIM為基礎(chǔ)的Civil 3D土方計算具備以下特點，突出的三維性、強大的計算效能以及智能動態(tài)關(guān)聯(lián)性，以下文章將對Civil 3D在土方量計算中的應(yīng)用展開分析。

2　Civil 3D應(yīng)用實例介紹

2.1三角網(wǎng)曲面體積計算法

TIN(三角網(wǎng))曲面體積計算采用的是對比基準曲面和對照曲面間精確化的差異，通過對比，得出精確的體積計算成果。三角網(wǎng)可以適應(yīng)更復(fù)雜的地形進，同時能更精確的表示地面上的陡坎、山脊等地形。【1】因此使用本方法可以得到較高的計算精度。

實例1：在工廠施工建設(shè)論證階段，需要對預(yù)建工廠廠址位置進行土方量計算，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行全野外實測，通過實測數(shù)據(jù)建立原始曲面。隨后根據(jù)預(yù)定的平場標高建立相應(yīng)的對照曲面，首先根據(jù)該工廠的外圍坐標繪制閉合多段線，該閉合多段線所包含區(qū)域即為對照曲面邊界，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)于土方量的計算，借助曲面體積工具，創(chuàng)建兩個對比體積面，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柵格計算方法

土方工程量的柵格計算方法是手工設(shè)計作業(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)模式下的自動計算。

實例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的坡度實行放坡到原來的地面，延伸至內(nèi)部5m，坡度為1:2。對于土方量的計算步驟是：得到原始地形的曲面，依據(jù)水池的尺寸實行放坡設(shè)計，通過放坡組最終生成設(shè)計曲面；在土方施工圖的使用下格柵土方圖，可以對格柵點進行自由調(diào)整和標注。土方施工圖的底部會顯示出土方的結(jié)果。利用放坡的體積工作比較計算的結(jié)果，可得出柵格計算法存在精度不太高的特點，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)計是一種比較新穎的概念，橫段面布置是根據(jù)道路等級、規(guī)劃紅線、交通功能、用地、工程造價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。

實例3：該例中的設(shè)計場地是比較簡單的道路，相關(guān)標準數(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，對曲面的縱斷面進行創(chuàng)建，并且對縱斷面的拉坡進行設(shè)計。依據(jù)道路結(jié)構(gòu)標準中的橫斷面裝配，這一方式在Civil 3D是一種新型理念，可以有效幫助計算人員采用搭積木的方式，實現(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挖填條件進行判斷，保證Civil 3D可以對挖填的結(jié)果進行判斷，實現(xiàn)自動應(yīng)用的添加指向原曲面的不同坡率部件，對土方挖填量進行減少。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算標準。實現(xiàn)采樣線分配計算標準后，Civil 3D可以自動對挖方和填方以及結(jié)構(gòu)工程量進行設(shè)計，同時還需要生成土方報告，分裝好土方以及結(jié)構(gòu)層中的工程量計算報告。【2】Civil 3D中的道路工程量計算作為橫斷面法與三維設(shè)計的完美結(jié)合，需要滿足不同設(shè)計者的需求，并且在任意調(diào)整裝配步長并滿足不同土方計算精度的情況下。最終得出工程量計算結(jié)果，需要依據(jù)設(shè)計關(guān)聯(lián)要素進行調(diào)整實現(xiàn)其自動化更新。

3　小結(jié)

由此可以看出基于BIM上的Civil 3D技術(shù)可以為工程項目提供較大的設(shè)計功能，動態(tài)化更新理念可以實現(xiàn)土方計算的高效率和高精度。針對不同項目，設(shè)計要對地形特點、精度要求和成本進行綜合性考慮。本文對Civil 3D在土方計算中的幾種應(yīng)用方法進行了介紹，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.土方計算和優(yōu)化軟件的應(yīng)用 [J].武漢大學(xué)學(xué)報 (工學(xué)版),2010,S1:379-382.

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-9-185-1

倪爾瑞，男，工程師，研究方向為測繪外業(yè)。