Civil 3D在沟道型渣场三维建模方法的应用

陈 瑜

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

1 弃渣场设计思路

Civil 3D(简称C3D，下同)涉及地质、勘测、道路、桥梁、水利工程等行业，同时还能够进行测量、三维地形处理、挖填量计算、场地设计、公路设计等专业设计[1]，功能十分强大。作为一名水利设计人员，笔者通过学习和了解弃渣场三维建模方法，掌握了C3D在弃渣场设计中应用的思路。

渣场设计，特别是填沟型、截洪型渣场，首先要考虑容渣量，然后确定渣场位置。弃渣场设计的常规方法是根据实测地形图资料绘制弃渣场平面布置草图及纵断面布置图，然后通过平面布置图和断面计算容渣量。容渣量采用常规计算方法，工作量大且精度较低。虽然借助软件如ZDM辅助设计软件等能有效计算容渣量，但计算过程繁琐，需要进行多次反复试算，效率低下，弃渣场容渣量一旦发生调整，则需要多次反复计算，无法实现及时动态更新，故而容渣量计算是弃渣场设计的难点之一。针对以上问题，本文以甘肃省引洮供水二期工程弃渣场设计为例，运用C3D开展设计，不仅能精确计算弃渣场容渣量，还能有效得到弃渣场三维建模效果。同时对沟道型弃渣场平面三维建模的优点和方法进行总结，为具备复杂地形条件的沟道型弃渣场水土保持工程设计建模提供参考和帮助。

2 主要技术路线及建模步骤

在本文的弃渣场建模设计中，首先进行原始数据处理，数据处理完毕后，结合实测2000坐标系地形图，通过先创建再定义的步骤，将地形图添加到C3D中；然后初步确定沟道型弃渣场挡渣墙轴线位置、设计边坡比、分级马道宽度、每级堆渣高度等，创建弃渣场三维地形；最后结合弃渣场地形和原始地形计算容渣量，依据容渣量计算值进行实时调整，直至容渣量达到设计要求[2]。本文的主要技术路线如图1所示。

图1 技术路线

3 三维建模过程

3.1 原始数据处理

C3D建模的数据源主要有点、GCD、DGX、DEM、Landxml等，拿到弃渣场地形图后，需先对地形图进行分析，主要看以上数据源是否有正确的高程值，其次再编辑查看DGX和GCD等是否各存在一个图层，将无用的图层关掉。

3.2 创建地形曲面

在C3D中，三维地形被称之为曲面。C3D创建地形曲面步骤为先创建再定义。

(1)先创建。 创建三维地形的步骤是：①在工具空间右键“曲面”，选择“创建曲面”。②弹出“创建曲面”对话框，选择曲面类型，指定曲面图层(可选)。③输入曲面名称(地形曲面)和描述，指定曲面样式和渲染材质。④单击“确定”即可完成。

(2)再定义。C3D软件定义曲面的方法主要有添加点、点编组、多段线、GCD、DGX、特征线等形式。本文通过添加DGX来定义曲面。主要步骤为：选择地形图中的等高线→右键选择类似对象→原始地形曲面→定义→等高线右键→添加，选择对象查看器，查看生成的地形曲面效果。

然而，采用等高线定义曲面时，地形图中难免会存在一些错误的高程点，称为“错差点”，可以通过如下操作来排除错差点：选择曲面→曲面特性→定义→生成→排除低于某值的高程或排除高于某值的高程或使用三角形最大边长。

3.3 创建弃渣场曲面

3.3.1创建简单沟道型弃渣场曲面

C3D在进行简单地形弃渣场设计(本文主要探讨沟道型弃渣场，下同)时一般采用放坡法创建，即运用软件自带的放坡标准进行放坡。放坡法具体创建步骤如下。

(1)新建场地，场地无样式。

(2)根据地形图确定弃渣场位置，用多段线或要素线绘制出挡渣墙轴线位置，并赋予相应的高程。为了使放坡后实体模型能很好的与原地面地形相契合，将挡渣墙轴线两端适当进行延伸。

(3)初步确定弃渣场坡比，一般为1∶2，堆渣高度以及分级马道宽度。

(4)通过指定的放坡规则，让C3D自动创建放坡和放坡组，并通过放坡组创建设计曲面，计算其体积、平衡土方量。放坡有归属关系，放坡操作必须在相对应的放坡组里。放坡规则为软件自带4种规则，可根据弃渣场堆渣方式，选择相应的放坡标准，在前一个放坡的基础上继续放坡，重复以上操作，直至渣顶平台，最后渣顶平台放坡需延长，以便放坡后实体模型能很好的与原地面地形相契合。

(5)弃场挖填方量计算。具体步骤为：单击“创建新体积曲面”按钮，弹出新建体积曲面对话框。该对话框中两个关键参数是“基准曲面”和“对照曲面”，其中“基准曲面”选择“原始地形”、“对照曲面”选择“弃渣场地形”、“体积面板”中生成计算结果，得到弃渣场填方量后，判断是否满足计划弃渣量，如满足则进行排水、挡墙等线路创建，如不满足，重复放坡操作，直至满足位置。

(6)单击分析按钮→地面数据→曲面之间最小距离→回车→依次选择原始地形和弃渣场地形，求得弃渣场边界，为三维多段(3D PL)线，选择→右键选择类似对象→修改工具选项版→设计→将三维多段三维多段(3D PL)线转为二维多段(2D PL)线，将二维多段(2D PL)线赋值统一高程，连接闭合。

(7)在工具空间右键“弃渣场曲面”，选择“定义”→边界，选择外部，利用生成的边界线对弃渣场曲面添加外部边界。

(8)在工具空间界面，点击曲面，在下拉界面中分别选择地形曲面和弃渣场曲面，点击对象查看器查看曲面模型效果。放坡法生成的弃渣场曲面及平面图如图2—3所示。

图2 放坡法生成的弃渣场曲面图

图3 放坡法生成的弃渣场平面图

3.3.2创建复杂沟道型弃渣场曲面

放坡法对于有多个支沟的复杂沟道型弃渣场则难以实现设计要求。因此，本文对复杂地形弃渣场进行重复多次建模设计，总结出采用特征线法来构建曲面，可以创建任意的边坡形态。特征线法具体创建步骤如下。

(1)依据实测地形图，创建弃渣场曲面。

(2)根据地形情况选定渣场位置，分析确定挡渣墙轴线位置，用多段线绘制出挡渣墙轴线，并赋予其高程，并用添加特征线法将多段线添加成特征线，具体操作如下：选择弃渣场曲面→定义→选择特征线→右键单击添加，将带高程的挡渣墙轴线多段线添加为特征线，手动建立三角网曲面。

(3)初步确定堆渣边坡比，一般为1∶2，堆渣高度、各级马道宽度。

(4)挡墙轴线沿两侧延伸，先向上方偏移3～4m即为马道宽度，利用多段线功能，绘制偏移后的马道边界，并赋予其高程，高程值为挡渣墙轴线高程；同时对此条线再进行偏移，并设定偏移后线段高程，再重复前两次操作。

若为多个支沟的复杂沟道，则根据沟道中心线走势适当设置平台边界，用多段线绘制出平台并赋予其高程，然后将其添加为特征线，手动建立三角网曲面，反复操作以上步骤，直至渣顶，在弃渣场周边绘制一条多段线，并尽量延长超过渣顶范围，与挡渣墙，各级马道或平台边界连接，形成闭合的弃渣场界限，并将其添加为特征线。

重复3.3.1小节第(5)—(8)步，特征线法生成的弃渣场曲面及平面图如图4—5所示。

图4 特征线法生成的弃渣场曲面图

图5 特征线法生成的弃渣场平面图

4 结论

(1)本文提出了基于C3D软件的弃渣场平面三维设计方法。利用该软件能快建模，实时查看及编辑地形图，及时避开地形图错误对工程设计造成的影响[3]。同时，该软件能为水土保持设计工作提供较为先进的设计方法和技术手段。

(2)计算土石方量方面，该软件计算挖填量更加高效精准，速度明显高于其他同类软件[4]。

(3)C3D可以创建任意的边坡形态，还能根据容渣量调整等情况实施动态更新，极大地提高了效率。

(4)本文仅提出了沟道型弃渣场平面建模方法，对于坡地型、临河型等其他类型弃渣场未提出建模方法，函需进一步研究。