Civil 3D在雄安新区孝义河河口湿地项目场地设计中的应用

2020-03-06李光浩陈巧红

工程建设与设计 2020年9期

李光浩，陈巧红

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉430000）

1 工程概况

孝义河河口湿地水质净化工程位于雄安新区安新县，是华北地区规模最大的湿地之一。湿地工艺为“前置沉淀生态塘+潜流湿地+多塘系统”，水体由孝义河引入湿地后将流经前置沉淀生态塘、水平潜流湿地、多塘系统以及沉水植物塘，最终引出流回孝义河。项目区域涉及白洋淀蓄滞洪区，白洋淀蓄滞洪区是大清河流域缓洪、滞沥的国家重点蓄滞洪区，因此，在方案设计中土方平衡尤为重要，需考虑挖填自身平衡不占用蓄滞洪区容积。

本次陆域形成场地范围较大，高程变化复杂，随着设计的深入需要对方案进行多次优化。采用传统高程设计手段（断面法、等高线法）工作量大且容易出错，采用Civil 3D 通过建立原始地面曲面，利用放坡、道路及部件编辑器等工具建立工程后曲面，并利用体积工具计算区域土石方盈亏，结合人工调整，在厂区内各小范围子区域实现土方平衡，在实现土方自动化平衡的同时，控制厂区内土方运输运距，实现设计降低工程成本的目标。

2 方案设计过程

初步分析前置生态塘、水平潜流湿地为填方区域，多塘系统为挖方区域，场地竖向高程由沉水植物塘至前置生态塘推算。本阶段通过竖向布置，将潜流湿地以前场地抬高，保障在发生较小洪水时，前两级湿地不会淹没；孝义河常水位决定了多塘系统常水位，通过改变水深的方式控制整体挖方。利用Civil 3D 建立原始地面、设计场地曲面三维模型，精确计算土方量【1】，通过调整各区域高程，降低土方工程量并保障无外运土方。

3 原始地面模型的构建

本工程项目场区在地貌单元属于雄安新区冲湖积平原亚区—洼淀地貌，地势平坦、开阔，地面标高（1985 国家高程）一般在6.0～7.0m，场地内沟壑纵横，在沟道附近微起伏，场区以大面积耕地和村落聚集区为主。

原始地面曲面所采用地形数据为工程区域实测1∶500 地形图，通过添加点文件、CAD 块、文字、等高线、特征线等多种方式生成曲面【2】。该项目使用添加CAD 块的方式来生成曲面，再通过添加特征线的方法来细化生成的曲面。添加CAD 块时按照类型分批次进行添加，方便后期对模型的修改管理。在添加特征线时勾选“补充因子”，设置“距离”为20m，“中点垂距”为0.1m，形成的三角网较平滑真实。对生成的曲面对象进行高程分析，将整体高程分布通过鲜明的色彩方案展示出来，及时发现地形曲面中存在的高程错误，最大程度地避免设计过程中出现的错漏问题。

4 设计曲面的构建

4.1 创建放坡组

前置生态塘、多塘系统在设计时均考虑上顶为同一平面通过一定的边坡坡度放坡到塘底。在进行设计时，首先根据塘顶轮廓线生成放坡需要的“要素线”，对其赋予高程属性，再使用放坡工具按一定的坡度从要素线进行向下放坡直至达到需要的高程。

4.2 部件编辑器

潜流湿地沿轴线采用同一断面型式为线性工程，部件作为Civil 3D 中的一个重要组件，在道路、铁路、管廊、输电线等线性工程设计工作中发挥巨大作用【3，4】，但软件本身内置的部件模型多为公路模型，无法直接应用于其他工程设计。部件编辑器（SAC，Subassembly Composer）解决了这一问题，通过对设计断面进行定制化开发，以绘制流程图的方式创建带有复杂逻辑的自定义部件，软件带有可视化界面，不需要复杂的编程即可便捷高效地创建适用于各个专业的部件，并能实现批量出图，从而提高设计效率。

4.3 创建道路

场地内部道路及周边绿化高地采用道路工具进行设计。根据设计典型道路断面的几何尺寸，将CAD 图元转换成来创建道路的“装配”，逐一对几何图元进行代码编辑，赋予部件属性，构建采用参数化定义的动态三维模型，在Civil 3D 中导入道路中心线，调用“装配”生成三维道路曲面。

5 土方计算

在各分区曲面形成之后，对曲面进行合并生成设计曲面，进行土方工作量的计算。选择软件菜单选项中“分析”工具，利用“体积面板”以原始地形曲面为基准，设计曲面为对照计算整体挖填方，通过土方体积计算表查看实时挖填方。在满足水生植物种植工艺需求的情况下，升高或者降低子分区曲面高程，自动计算土方，重复操作直到调整到合理高程为止，至此场地土方平衡设计完成。通过更改土方体积计算曲面直观地查看挖和填的区域，生成土方网格计算图便于后期施工查看。目前场区土方工程已基本完工，本次设计成果得到了充分认证。