ZDM軟件在土方開挖工程量計算中的應用

汪李艷，楊 珂，王春娟

(1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065；2.陜西省水務集團，西安 710016)

1 ZDM軟件介紹

ZDM軟件是在AutoCAD平臺上開發出來的一款CAD輔助設計軟件，可以廣泛應用于水利水電行業的各個專業。該軟件由184項通用功能與232項專業功能組成了土建、管道、電氣共3個專業模塊，包含了鋼筋圖、建筑規劃、渠道、管線、堤防及河道設計、管網水力計算以及開挖計算等不同功能的軟件包共10余種，含有制圖命令約600多條。經過大量的工程設計實踐驗證，ZDM軟件能夠大幅提高設計人員的工作效率，節省大量的制圖時間。該軟件的渠道、管線、堤防及河道設計軟件包特別是對長線路工程的設計效率有較顯著的提高[1]。同樣，在該軟件中占據重要地位的開挖計算軟件包功能也非常強大。其中，針對土方工程量的計算根據其功能與適用范圍的設計有3種不同的方法[2-3]：剖面法、放坡法和三維實體法。

2 3種土方量計算方法的分析與比較

本文根據已施工的某管道工程[4-5]中的一段 (見圖1)，就ZDM軟件3種土方工程量計算方法的計算過程、適用性及其優缺點等方面進行分析比較。無論是哪種計算方法，都必須以精確的測繪地形圖為基礎，并利用該軟件對地形圖進行必要的處理。

2.1 剖面法

剖面法[4]是指在管線平面布置圖中設置等距離的剖切樁號，再剖切橫斷面并插入設計開挖斷面，然后在橫剖圖上計算挖填量，最后匯總統計生成工程量表。該方法基本步驟如下[1]。

(1) bzzh：標注管線首尾兩端及各拐點樁號。

(2) dxpm：剖切管道中心線縱斷面，然后在該縱斷面圖上根據地形、管道的設計埋深以及其他要求來確定管道的設計開挖底部高程。

(3) bzzh2：在平面布置圖上對管線設置等距離的剖切樁號，本例每30 m設置1個樁號(剖切樁號的疏密是影響土方工程量計算精度的因素之一)。

(4) p_bg：在平面布置圖上設置管道中心線的設計開挖底部高程。將第2步設置好的管道中心線設計開挖底部高程通過cr及uppm命令導入到管道中心線平面布置圖中(見圖2)。

(5) dxpm：剖切管道平面圖上各樁號所對應的橫剖面。

(6) indm：批量對第5步中每個橫剖面插入設計開挖斷面(見圖3)。

(7) kwarea：批量計算每個橫斷面的土方開挖量

(8) calarea：根據管道實際長度按斷面平均法計算開挖工程量，并在CAD圖上直接生成計算表格(見表1)。

圖1 管道平面布置圖

圖2 帶樁號及處理后的管道平面布置圖

圖3 開挖斷面圖 單位：m

樁號/m間距L/m挖方A/m2A/m2V/m30+000.00 3.94 0+030.00303.943.94118.20+060.00303.953.95118.360+090.00303.923.94118.060+120.00303.953.94118.060+150.0030.014.184.07121.990+180.00304.194.19125.550+210.00303.944.07121.950+240.00303.913.93117.760+270.0030.014.094.00120.040+300.00303.944.02120.460+330.0030.013.953.95118.390+360.0030.013.993.97119.130+390.00303.943.97118.950+420.0030.013.973.96118.710+430.4810.483.953.9641.51工程量合計 1717.11

2.2 放坡法

放坡法[5-6]是直接在管線平面圖中根據開挖坡比繪制放坡線，并按設計開挖斷面進行土方挖填的計算。實際計算時對梯形開挖斷面分別計算第Ⅰ部分及第Ⅱ部分工程量，最終計算結果為Ⅰ、Ⅱ部分工程量之和(見圖4)。

圖4 開挖斷面計算分塊圖

該方法基本步驟如下[1]。

(1) p_bg：在平面布置圖上設置管道中心線的設計開挖底部高程(直接采用第1種方法的基礎數據)。

(2) ofpbg：根據管道設計開挖槽底寬度，偏移中心線。

(3) fpx：根據擬定的開挖坡比繪制管槽兩側放坡線(見圖5)。

(4) pjx：生成坡腳線并計算第Ⅰ部分開挖工程量。所謂坡腳線即為放坡線與地面線結合而生成的開挖線。

(5) tltw：計算第Ⅱ部分開挖工程量。

最終兩部分計算結果(見圖5)。

2.3 三維實體法

三維實體法[7]是指在管線平面圖中建立三維實體模型，并進行土方挖填的計算。ZDM軟件可以建立幾種簡單的三維實體模型，如楔形實體、帶狀實體、方變圓實體及異形城門洞實體等，對實體進行差集計算，即可求出土方挖填量。該方法基本步驟如下。

(1) bzzh：標注管線首尾兩端及各拐點樁號。

(2) p_bg：在平面布置圖上設置管道中心線的設計開挖底部高程(直接采用第1種方法的基礎數據)。

(3) tran3d：將二維多段線轉換為三維多段線。

(4) stls：此步先制作一個封閉的開挖斷面，再將該開挖斷面放入管道平面圖中進行三維拉伸。

(5) dx_solid：沿管道中心線采用多段線設置一個封閉區域，建立實體地面以及管道帶狀三維實體模型(見圖6)。

(6) calwtf：直接通過第5步建立的實體模型進行管道土方開挖計算。

2.4 計算結果分析

以上3種土方挖填計算方法的計算結果見表2[8]。

表2 3種方法計算成果比較表

根據表2可以看出，剖面法的計算結果最接近實際施工所發生的工程量，誤差僅為4.5%，若是縮小樁號計算間距，誤差還可以減小。

3 結 語

ZDM軟件3種挖填計算方法各有優缺點，且每種方法的適用范圍、精度、易操作性都有所不同，具體如下：

(1) 剖面法可適用于任何地形和建筑物體型的土方挖填計算，也適用于工程的各個設計階段并特別適用于長距離工程，計算精度依賴于樁號設置的疏密程度，尤其在地形起伏較大的位置，若要獲得較為精確的計算結果，需要減小斷面間距，增加斷面個數。該方法優勢在于一旦平面線路調整，可以根據線路的調整對相關聯的縱斷面圖、橫斷面圖進行自動更新，修改方便。該方法雖然步驟較多但可操作性強，設計人員能夠較快而且熟練的掌握，也是使用頻率最高的一種方法。

圖5 放坡法計算原理及計算結果圖

圖6 管道開挖實體模型

(2) 放坡法和三維實體法適用于工程的前期規劃及可研階段(工程量計算精度的要求不是很高)，對工程的初設階段、施工詳圖階段以及長距離工程并不推薦。這兩種方法的最大優點是無需剖切橫斷面進行開挖計算，挖填方的組合計算較方便。隨著地形越復雜，距離越長，這兩種方法的計算過程也很長，計算的精度也難以保證，因為在計算過程中對地形做了很多近似處理。況且，一旦平面線路調整，必須重新建模并計算，修改不方便。這兩種方法都是直接在平面圖上進行操作并得到計算結果，沒有形成縱橫斷面圖的相關數據，為以后成圖工作帶來很大不方便。

剖面法、放坡法和三維實體法3種挖填計算工具是ZDM軟件的核心內容之一，其中剖面法有其廣泛的實用性，相對放坡法和三維實體法，計算精度也更容易被設計人員把握，同時還可以結合ZDM軟件中的縱、橫斷面圖模塊共同使用，后期成圖工作也顯得尤為方便，設計人員可以在較為緊張的設計周期內大幅提高工作效率。

參考文獻:

[1] 張東明. ZDM水工設計軟件使用手冊研究報告[M/OL]. (2011-07-15)[2018-03-07]https://max.book118.com/html/2017/0329/97809505.shtm.

[2] 張健君.基于ZDM軟件的土方挖填快速計算[J].水利科技與經濟，2015，21(07):115-117.

[3] 呂圓芳.淺談土方量計算的方法[J].山西建筑，2011，37(30):208-208.

[4] 曾楚武.ZDM軟件在灌區渠道中改建設計中的應用[J].人民珠江，2012，(03):65-68.

[5] 方騰衛.ZDM 制圖軟件在中小河流治理工程中的運用[J].廣東水利水電，2016(05)：105-106.

[6] 龔艷光.ZDM軟件在河道整治工程中的應用[J].城市建設理論研究，2013(11)：33-37.

[7] 吳棟橋,楊一聞.淺談Civil3D及ZDM軟件在灌區工程設計中的應用[J].城市建設理論研究，2014(28)：23-24.

[8] 蘇艷霞,王三虎.ZDM軟件在計算中的應用與分析[J].硅谷 ，2012，(06):118-119.