Autodesk Civil 3D在土方量计算中的应用

2016-04-14倪尔瑞

地球 2016年9期

关键词：三角网横断面栅格

■倪尔瑞

（安徽省第四测绘院　安徽　合肥　230031）

Autodesk Civil 3D在土方量计算中的应用

■倪尔瑞

（安徽省第四测绘院安徽合肥230031）

土方在土木工程建设中非常重要，它贯穿在项目的可行性论证、工程预算、招投标等全部过程中，土方量的计算准确度对项目的整体造价具有重要的影响。大部分工程软件都有土方计算功能，本文介绍Civil 3D在土方量计算中的应用，为相关人员高效的计算土方及加快工程方案实现的速度提供一定的参考。

Civil 3D土方量计算

土方量计算对工程总造价、方案优化等具有重要的参考价值，怎样提高土方计算效率和土方计算的精准性，已经成为了从业人员关注的焦点。Autodesk Civil3D是Autodesk公司开发的一款强大的面向土木工程行业、测量、设计、分析和文档处理软件。可视化、模拟以及分析功能更能帮助工程师推动项目开展，提供更高质量的施工文档和三维模型。Autodesk Civil3D是在同一个区域建立两个（或多个）曲面，精确比较曲面间的体积差（即土方量）。Civil 3D软件被广泛应用在了市政、水利、道路和规划行业中。

1　原理与方法

数字地形模型在Civil 3D软件中被称为曲面，Civil 3D使用曲面来表示三维地形，曲面由三角网或栅格组成，地形曲面的数据来源包括点、等高线、特征线和边界等组成。土石方量的计算就是曲面与曲面的叠加，在对每一个高程点的Z值进行差值计算后，再用三维几何计算模型进行精确地计算，但所依据不同的地形模型而采用不同的曲面构造方法。可以将其分为以下几种情况：TIN法、横断面法和栅格法等，以上方法在针对不同的计算要求以及各种地貌中有着相应的应用方式。在现实工作中，土方量计算法存在的误差造成的纠纷数量比较多，导致这一状况的主要原因是由于方法的选择不当以及勘察数据的不准确。以BIM为基础的Civil 3D土方计算具备以下特点，突出的三维性、强大的计算效能以及智能动态关联性，以下文章将对Civil 3D在土方量计算中的应用展开分析。

2　Civil 3D应用实例介绍

2.1三角网曲面体积计算法

TIN(三角网)曲面体积计算采用的是对比基准曲面和对照曲面间精确化的差异，通过对比，得出精确的体积计算成果。三角网可以适应更复杂的地形进，同时能更精确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较高的计算精度。

实例1：在工厂施工建设论证阶段，需要对预建工厂厂址位置进行土方量计算，预建厂址位置的基础数据为：最小高程39.884m，最大高程45.749m，三维面积值是53316m2，为丘陵地带。具体步骤为：采用原始地面的地形进行全野外实测，通过实测数据建立原始曲面。随后根据预定的平场标高建立相应的对照曲面，首先根据该工厂的外围坐标绘制闭合多段线，该闭合多段线所包含区域即为对照曲面边界，随后利用特性工具栏中的高程数值。建立空曲面，加入三维多段线后，最终形成平面三角网曲面。关于土方量的计算，借助曲面体积工具，创建两个对比体积面，得出该工厂的净挖方量为147498.35立方米（未考虑土质松散系数）。

2.2栅格计算方法

土方工程量的栅格计算方法是手工设计作业中的代表性工程量估算手段，即将一块不规则体分成足够多的方格体，每个方格体的体积累加就是不规则体的土方量。Civil 3D为其提供了相应模式下的自动计算。

实例2：在将要建设的某场地中的水池中，池顶宽为2m，坡度是0%，向外的情况下要按照1:2的坡度实行放坡到原来的地面，延伸至内部5m，坡度为1:2。对于土方量的计算步骤是：得到原始地形的曲面，依据水池的尺寸实行放坡设计，通过放坡组最终生成设计曲面；在土方施工图的使用下格栅土方图，可以对格栅点进行自由调整和标注。土方施工图的底部会显示出土方的结果。利用放坡的体积工作比较计算的结果，可得出栅格计算法存在精度不太高的特点，这主要是由于边界处的格栅为不规则引起的。

2.3横断面法

Civil 3D在道路工程中的应用属于泛指概念，Civil 3D可应用在一切的带状土木工程建设中，例如：水渠、航道、铁路、道路。道路的设计是一种比较新颖的概念，横段面布置是根据道路等级、规划红线、交通功能、用地、工程造价等因素确定道路横断面。根据沿线不同的用地规划、交通功能，道路断面也有所变化。

实例3：该例中的设计场地是比较简单的道路，相关标准数据为：路段长度是282.3m单侧的横断布置：车道（3.6m）+路缘+路肩（0.9m），横坡度是2%，结构成是底基层(30cm)+基层（10cm）+面层（5cm）。建模的具体过程为：依据原始地面的勘测数据形成曲面；随后开展路线平面的布置，对曲面的纵断面进行创建，并且对纵断面的拉坡进行设计。依据道路结构标准中的横断面装配，这一方式在Civil 3D是一种新型理念，可以有效帮助计算人员采用搭积木的方式，实现部件例如车道、路肩和分隔断以及路缘等道路组成的智能化组和。在挖填边缘部件之前要对挖填条件进行判断，保证Civil 3D可以对挖填的结果进行判断，实现自动应用的添加指向原曲面的不同坡率部件，对土方挖填量进行减少。借助创建道路制定创建三维模型，制定部件采用基准面的连接代码，将其表示为土方工程的顶面，并创建采样线，为采样线制定土方计算标准。实现采样线分配计算标准后，Civil 3D可以自动对挖方和填方以及结构工程量进行设计，同时还需要生成土方报告，分装好土方以及结构层中的工程量计算报告。【2】Civil 3D中的道路工程量计算作为横断面法与三维设计的完美结合，需要满足不同设计者的需求，并且在任意调整装配步长并满足不同土方计算精度的情况下。最终得出工程量计算结果，需要依据设计关联要素进行调整实现其自动化更新。