ZDM软件在土方开挖工程量计算中的应用

汪李艳，杨 珂，王春娟

(1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065；2.陕西省水务集团，西安 710016)

1 ZDM软件介绍

ZDM软件是在AutoCAD平台上开发出来的一款CAD辅助设计软件，可以广泛应用于水利水电行业的各个专业。该软件由184项通用功能与232项专业功能组成了土建、管道、电气共3个专业模块，包含了钢筋图、建筑规划、渠道、管线、堤防及河道设计、管网水力计算以及开挖计算等不同功能的软件包共10余种，含有制图命令约600多条。经过大量的工程设计实践验证，ZDM软件能够大幅提高设计人员的工作效率，节省大量的制图时间。该软件的渠道、管线、堤防及河道设计软件包特别是对长线路工程的设计效率有较显著的提高[1]。同样，在该软件中占据重要地位的开挖计算软件包功能也非常强大。其中，针对土方工程量的计算根据其功能与适用范围的设计有3种不同的方法[2-3]：剖面法、放坡法和三维实体法。

2 3种土方量计算方法的分析与比较

本文根据已施工的某管道工程[4-5]中的一段 (见图1)，就ZDM软件3种土方工程量计算方法的计算过程、适用性及其优缺点等方面进行分析比较。无论是哪种计算方法，都必须以精确的测绘地形图为基础，并利用该软件对地形图进行必要的处理。

2.1 剖面法

剖面法[4]是指在管线平面布置图中设置等距离的剖切桩号，再剖切横断面并插入设计开挖断面，然后在横剖图上计算挖填量，最后汇总统计生成工程量表。该方法基本步骤如下[1]。

(1) bzzh：标注管线首尾两端及各拐点桩号。

(2) dxpm：剖切管道中心线纵断面，然后在该纵断面图上根据地形、管道的设计埋深以及其他要求来确定管道的设计开挖底部高程。

(3) bzzh2：在平面布置图上对管线设置等距离的剖切桩号，本例每30 m设置1个桩号(剖切桩号的疏密是影响土方工程量计算精度的因素之一)。

(4) p_bg：在平面布置图上设置管道中心线的设计开挖底部高程。将第2步设置好的管道中心线设计开挖底部高程通过cr及uppm命令导入到管道中心线平面布置图中(见图2)。

(5) dxpm：剖切管道平面图上各桩号所对应的横剖面。

(6) indm：批量对第5步中每个横剖面插入设计开挖断面(见图3)。

(7) kwarea：批量计算每个横断面的土方开挖量

(8) calarea：根据管道实际长度按断面平均法计算开挖工程量，并在CAD图上直接生成计算表格(见表1)。

图1 管道平面布置图

图2 带桩号及处理后的管道平面布置图

图3 开挖断面图 单位：m

桩号/m间距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工程量合计 1717.11

2.2 放坡法

放坡法[5-6]是直接在管线平面图中根据开挖坡比绘制放坡线，并按设计开挖断面进行土方挖填的计算。实际计算时对梯形开挖断面分别计算第Ⅰ部分及第Ⅱ部分工程量，最终计算结果为Ⅰ、Ⅱ部分工程量之和(见图4)。

图4 开挖断面计算分块图

该方法基本步骤如下[1]。

(1) p_bg：在平面布置图上设置管道中心线的设计开挖底部高程(直接采用第1种方法的基础数据)。

(2) ofpbg：根据管道设计开挖槽底宽度，偏移中心线。

(3) fpx：根据拟定的开挖坡比绘制管槽两侧放坡线(见图5)。

(4) pjx：生成坡脚线并计算第Ⅰ部分开挖工程量。所谓坡脚线即为放坡线与地面线结合而生成的开挖线。

(5) tltw：计算第Ⅱ部分开挖工程量。

最终两部分计算结果(见图5)。

2.3 三维实体法

三维实体法[7]是指在管线平面图中建立三维实体模型，并进行土方挖填的计算。ZDM软件可以建立几种简单的三维实体模型，如楔形实体、带状实体、方变圆实体及异形城门洞实体等，对实体进行差集计算，即可求出土方挖填量。该方法基本步骤如下。

(1) bzzh：标注管线首尾两端及各拐点桩号。

(2) p_bg：在平面布置图上设置管道中心线的设计开挖底部高程(直接采用第1种方法的基础数据)。

(3) tran3d：将二维多段线转换为三维多段线。

(4) stls：此步先制作一个封闭的开挖断面，再将该开挖断面放入管道平面图中进行三维拉伸。

(5) dx_solid：沿管道中心线采用多段线设置一个封闭区域，建立实体地面以及管道带状三维实体模型(见图6)。

(6) calwtf：直接通过第5步建立的实体模型进行管道土方开挖计算。

2.4 计算结果分析

以上3种土方挖填计算方法的计算结果见表2[8]。

表2 3种方法计算成果比较表

根据表2可以看出，剖面法的计算结果最接近实际施工所发生的工程量，误差仅为4.5%，若是缩小桩号计算间距，误差还可以减小。

3 结 语

ZDM软件3种挖填计算方法各有优缺点，且每种方法的适用范围、精度、易操作性都有所不同，具体如下：

(1) 剖面法可适用于任何地形和建筑物体型的土方挖填计算，也适用于工程的各个设计阶段并特别适用于长距离工程，计算精度依赖于桩号设置的疏密程度，尤其在地形起伏较大的位置，若要获得较为精确的计算结果，需要减小断面间距，增加断面个数。该方法优势在于一旦平面线路调整，可以根据线路的调整对相关联的纵断面图、横断面图进行自动更新，修改方便。该方法虽然步骤较多但可操作性强，设计人员能够较快而且熟练的掌握，也是使用频率最高的一种方法。

图5 放坡法计算原理及计算结果图

图6 管道开挖实体模型

(2) 放坡法和三维实体法适用于工程的前期规划及可研阶段(工程量计算精度的要求不是很高)，对工程的初设阶段、施工详图阶段以及长距离工程并不推荐。这两种方法的最大优点是无需剖切横断面进行开挖计算，挖填方的组合计算较方便。随着地形越复杂，距离越长，这两种方法的计算过程也很长，计算的精度也难以保证，因为在计算过程中对地形做了很多近似处理。况且，一旦平面线路调整，必须重新建模并计算，修改不方便。这两种方法都是直接在平面图上进行操作并得到计算结果，没有形成纵横断面图的相关数据，为以后成图工作带来很大不方便。

剖面法、放坡法和三维实体法3种挖填计算工具是ZDM软件的核心内容之一，其中剖面法有其广泛的实用性，相对放坡法和三维实体法，计算精度也更容易被设计人员把握，同时还可以结合ZDM软件中的纵、横断面图模块共同使用，后期成图工作也显得尤为方便，设计人员可以在较为紧张的设计周期内大幅提高工作效率。

参考文献:

[1] 张东明. ZDM水工设计软件使用手册研究报告[M/OL]. (2011-07-15)[2018-03-07]https://max.book118.com/html/2017/0329/97809505.shtm.

[2] 张健君.基于ZDM软件的土方挖填快速计算[J].水利科技与经济，2015，21(07):115-117.

[3] 吕圆芳.浅谈土方量计算的方法[J].山西建筑，2011，37(30):208-208.

[4] 曾楚武.ZDM软件在灌区渠道中改建设计中的应用[J].人民珠江，2012，(03):65-68.

[5] 方腾卫.ZDM 制图软件在中小河流治理工程中的运用[J].广东水利水电，2016(05)：105-106.

[6] 龚艳光.ZDM软件在河道整治工程中的应用[J].城市建设理论研究，2013(11)：33-37.

[7] 吴栋桥,杨一闻.浅谈Civil3D及ZDM软件在灌区工程设计中的应用[J].城市建设理论研究，2014(28)：23-24.

[8] 苏艳霞,王三虎.ZDM软件在计算中的应用与分析[J].硅谷 ，2012，(06):118-119.