Civil3D在海港疏浚工程中的應用探討

袁曉洲　宋宗旋

摘 要：Civil3d軟件包含勘測、曲面和放坡、地塊布局、道路建模、管道、土方量計算等模塊，可實現動態三維工程模型的即時修改，其對象之間的智能關聯可使用戶更輕松、更高效地探索和優化設計方案。本文通過某海港疏浚工程實例來探討Civil3d軟件在海港疏浚工程的應用，為該軟件廣泛應用于港口工程特別是海港工程土方計算、出圖總結實現方法并提供工程案例。

關鍵詞：Civil3d;港口工程;海港;港池疏浚

中圖分類號：U65? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）10-0059-03

1 Civil3d簡介

Civil3d不僅包含了AutoCAD的全部功能，而且還具備三維動態模型的設計功能，通過曲面編輯、路線創建、放坡組工具等功能可實現實際工程領域的建模與設計計算。通過軟件，設計者可實時查看三維視圖，判斷軟件建模及計算是否滿足設計要求，實現設計意圖，同時也可以通過三維視圖來實現設計與工程實際的結合，便于設計者更直觀理解相關設計理念的實現過程[1]。

在土方計算中，Civil3D軟件利用復合體積算法或平均斷面算法，能快速計算原始地形曲面和設計曲面之間的土方量;其原理實際就是曲面與曲面的疊加，通過地形曲面與設計曲面的各高程點的Z值之差，利用較精確的三角網或者柵格計算模型來計算其體積[2]。

2 海港碼頭水域疏浚的特點分析

特點一：水域疏浚工程量較大，按照傳統的方法計算疏浚量存在工程量大，錯誤多，反復性繪圖等缺點。

特點二：海港碼頭具有碼頭等級較大，靠泊船舶噸級較大等特點，為減小整個疏浚工程量從而降低工程總投資，海港碼頭船舶回旋水域（即調頭水域）會考慮乘潮進港，從而在停泊水域與回旋水域之間出現一個放坡漸變區（下文稱之為過渡區）。

特點三：海港碼頭根據工程所處區域位置不同，工程地質條件千差萬別，在疏浚土深度方向土質變化可能較明顯。根據《疏浚與吹填工程設計規范》，疏浚巖土應根據疏浚機具對其挖掘、提升、輸送等的難易程度進行分級，不同分級的疏浚土方采用的疏浚設備不一、疏浚方式不一，從而導致單位工程疏浚單價不一。如何較準確的計算不同土層的疏浚土方工程量影響到疏浚綜合單價的確定以及最終的總疏浚費用等。

3 實際工程設計應用

3.1 項目簡介

欽州某海港碼頭，碼頭采用岸壁式沉箱結構，碼頭前沿停泊水域寬65m，長539m，碼頭前沿停泊水域設計底高程為-13.7m;回旋水域布置在停泊水域前方，回旋水域長軸為572.5m，短軸為458m，回旋水域占用進港航道水域，船舶考慮乘潮進港，回旋水域設計底高程與進港航道設計底高程取為一致，即-11.3m。根據業主要求，本工程不包含進港航道部分疏浚，進港航道部分設計由業主另行委托。本工程疏浚平面布置詳見圖1：

另根據相關勘察報告揭示，水域部分地層主要由第四系（Q）松散海相堆積物及基底志留系（S）風化巖組成，大致可分為三層——場地覆蓋層（疏浚等級2～8級、局部11級）、強風化粉砂質泥巖層（疏浚等級11～12級）、中風化粉砂質

（疏浚等級13級，需炸礁）。本工程典型斷面地質剖面圖見圖2：

根據本海港工程特點，該工程水域疏浚需考慮不同土層分級分別按照不同的穩定坡比放坡來計算疏浚量，同時，需考慮停泊水域和回旋水域過渡區放坡計算，最后還需生成斷面圖及土方工程量統計表，前文所述海港碼頭特點均有涉及，具有一定的代表性。本文以該海港碼頭為例來探討Civil3d在海港碼頭疏浚工程的應用及適應性，總結實現方法，為其他類似工程提供案例參考。

3.2 Civil3d應用

3.2.1 創建地形曲面

Civil3d可以根據勘測資料方便快捷的創建地形曲面，創建曲面的方法有很多種，本文通過創建三角網曲面，然后向三角網曲面添加數據方式創建地形曲面。Civil3d可以通過圖形對象、DEM文件、點文件、特征線、等高線等多種方式向曲面添加數據，對勘測地形的可識別程度高，軟件適應性和通用性較強。

生成原始地形曲面后，可選中創建的曲面通過對象查看器查看曲面，如有發現明顯的錯誤，可以通過曲面特性進行修改。本文勘測地形屬性為塊，通過圖形對象中的塊向新建的三角網曲面添加數據，生成原始地形曲面如圖3所示：

3.2.2 創建設計曲面

創建設計曲面需通過要素線和放坡組來實現。首先，根據港池疏浚平面圖，考慮到本工程存在過渡區，因而回旋水域范圍邊線需進行相應調整，預留出過渡區范圍。以本文案例為例，過渡區為停泊水域按照1：5放坡至回旋水域區域，考慮兩水域高差，計算出過渡區寬度為12m，將停泊水域邊線向外側偏移12m，連接至回旋水域邊線;然后，創建要素線，并定義要素線各點高程;最后，定義放坡組，放坡組包含邊坡坡度以及放坡樣式等，通過放坡組工具，選擇要素線進行放坡，生成設計曲面，如圖4所示。

3.2.3 計算土方工程量

Civil3d計算土方工程量可通過“常用”—“放坡”—“放坡創建工具”中“放坡體積工具”選項，快速統計計算邊坡量、總量等土方量。另外，可通過“放坡體積工具”選項面板左上角“設定放坡組”來分區域統計相關土方量，詳見圖5。

3.2.4 生成斷面圖

Civil3d批量繪制斷面圖可采用道路橫斷圖方法來實現。首先，采用路線創建工具，定義路線，確定斷面位置等;然后通過采樣線工具，沿定義好的路線按一定間距創建采樣線（即斷面線），確定斷面間距、放坡范圍等;最后，通過橫斷面圖工具，批量創建土方斷面圖，每個采樣線對應一個斷面圖，橫斷面圖樣式根據各院出圖習慣及要求靈活自行定制。此外，對于初設階段，典型土方斷面圖可通過更為簡捷的“快速縱斷面”工具來創建。

“快速縱斷面”及“橫斷面圖”工具可極大的減少人工繪制土方斷面的工作量，同時結合Civil3d實時查看、動態修改及其對象之間的智能關聯性，可極大的提高工作效率。

3.2.5 分土質計算

Civil3d生成的放坡坡頂線可被識別作為要素線進行放坡等操作，針對地質分層較明顯的港池疏浚工程，可將各分層土層分別建立地形曲面（1～n），以港池開挖邊界作為初始要素線自下而上逐層放坡，下層坡頂線作為上層土層的要素線，如此重復，可得到不同土層不同坡度的設計曲面，再分層統計各土層開挖土方量，最后采用上述3.2.4步驟生成斷面圖，從而達到施工圖（含分層土質線及分層土方量）出圖要求。

3.2.6 小結

目前，隨著BIM技術在水運行業的探索與應用，Civil3D因其具有強大的三維地面模型處理能力而越來越被廣泛使用。利用Civil3D建立三維地面模型，在進行場地設計、地塊劃分、路線布置、室外管線設計和統計工程量的同時，還可得到能夠即時更新的地形斷面圖、土石方施工圖、道路及管線的布置圖和斷面圖等。

Civil3D可實現土質分層計算并在批量生成的斷面圖中繪制土質分層線，同時Civil3D可自動統計各生成的斷面圖的挖方、填方面積，這極大的提高了設計效率，也是其他土方軟件所不具備的功能。

4 結論

3D立體化設計是設計行業的發展趨勢，Civil3d具有直觀、精確、高效等優點。在當今對設計成果要求越來越高，設計周期越來越短的工作環境下，Civil3d在保證準確性的前提下極大的提高了設計工作者的效率[3]。

本文以某海港碼頭為例來探討Civil3d在海港碼頭疏浚工程的應用及適應性，總結實現方法，為其他類似工程提供工程案例參考。經過深入分析并通過實例驗證了Civil3d對于工程設計具有動態高效的特點，Civil3d以其強大的綜合功能可較好的適應港口工程疏浚設計。相較于傳統計算方法，其優勢主要有以下幾點：

Civil3d對勘測的地形數據類型具有較強的兼容性，相較其他土方軟件，更具備廣泛的適用性。

Civil3d能根據地形數據實時生成三維模型，可通過三維模型較直觀、快捷的觀察地形數據的準確性，同時Civil3d的曲面功能可方便的對地形數據進行編輯修改，盡量避免地形資料錯誤對工程設計造成影響。

Civil3d可實現動態三維工程模型的即時修改，其對象之間具備智能關聯，更新地形數據后，其相關的地形曲面、設計曲面、放坡組、斷面圖等可自動智能關聯修改，極大的方便了設計者進行方案比較設計，可使用戶更輕松、更高效的探索和優化設計方案。

Civil3d可批量繪制斷面圖，計算工程量并輸出工程量報表，大幅度提高出圖效率。

參考文獻：

[1] 蘭立偉，嚴杰.AutoCAD Civil3d在水利工程設計中的應用[J].中國水運（下半月），2009，9（12）：120-121.

[2] 余劍.Civil3d在土方量計算中的應用[J].城市勘測，2009（4）：87-89.

[3] 郭陽洋.Civil3d軟件在場地平整設計中的應用[J].中國市政工程，2013.