李光浩，陳巧紅

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢430000）

1 工程概況

孝義河河口濕地水質凈化工程位于雄安新區(qū)安新縣，是華北地區(qū)規(guī)模最大的濕地之一。濕地工藝為“前置沉淀生態(tài)塘+潛流濕地+多塘系統(tǒng)”，水體由孝義河引入濕地后將流經(jīng)前置沉淀生態(tài)塘、水平潛流濕地、多塘系統(tǒng)以及沉水植物塘，最終引出流回孝義河。項目區(qū)域涉及白洋淀蓄滯洪區(qū)，白洋淀蓄滯洪區(qū)是大清河流域緩洪、滯瀝的國家重點蓄滯洪區(qū)，因此，在方案設計中土方平衡尤為重要，需考慮挖填自身平衡不占用蓄滯洪區(qū)容積。

本次陸域形成場地范圍較大，高程變化復雜，隨著設計的深入需要對方案進行多次優(yōu)化。采用傳統(tǒng)高程設計手段（斷面法、等高線法）工作量大且容易出錯，采用Civil 3D 通過建立原始地面曲面，利用放坡、道路及部件編輯器等工具建立工程后曲面，并利用體積工具計算區(qū)域土石方盈虧，結合人工調整，在廠區(qū)內(nèi)各小范圍子區(qū)域實現(xiàn)土方平衡，在實現(xiàn)土方自動化平衡的同時，控制廠區(qū)內(nèi)土方運輸運距，實現(xiàn)設計降低工程成本的目標。

2 方案設計過程

初步分析前置生態(tài)塘、水平潛流濕地為填方區(qū)域，多塘系統(tǒng)為挖方區(qū)域，場地豎向高程由沉水植物塘至前置生態(tài)塘推算。本階段通過豎向布置，將潛流濕地以前場地抬高，保障在發(fā)生較小洪水時，前兩級濕地不會淹沒；孝義河常水位決定了多塘系統(tǒng)常水位，通過改變水深的方式控制整體挖方。利用Civil 3D 建立原始地面、設計場地曲面三維模型，精確計算土方量【1】，通過調整各區(qū)域高程，降低土方工程量并保障無外運土方。

3 原始地面模型的構建

本工程項目場區(qū)在地貌單元屬于雄安新區(qū)沖湖積平原亞區(qū)—洼淀地貌，地勢平坦、開闊，地面標高（1985 國家高程）一般在6.0～7.0m，場地內(nèi)溝壑縱橫，在溝道附近微起伏，場區(qū)以大面積耕地和村落聚集區(qū)為主。

原始地面曲面所采用地形數(shù)據(jù)為工程區(qū)域實測1∶500 地形圖，通過添加點文件、CAD 塊、文字、等高線、特征線等多種方式生成曲面【2】。該項目使用添加CAD 塊的方式來生成曲面，再通過添加特征線的方法來細化生成的曲面。添加CAD 塊時按照類型分批次進行添加，方便后期對模型的修改管理。在添加特征線時勾選“補充因子”，設置“距離”為20m，“中點垂距”為0.1m，形成的三角網(wǎng)較平滑真實。對生成的曲面對象進行高程分析，將整體高程分布通過鮮明的色彩方案展示出來，及時發(fā)現(xiàn)地形曲面中存在的高程錯誤，最大程度地避免設計過程中出現(xiàn)的錯漏問題。

4 設計曲面的構建

4.1 創(chuàng)建放坡組

前置生態(tài)塘、多塘系統(tǒng)在設計時均考慮上頂為同一平面通過一定的邊坡坡度放坡到塘底。在進行設計時，首先根據(jù)塘頂輪廓線生成放坡需要的“要素線”，對其賦予高程屬性，再使用放坡工具按一定的坡度從要素線進行向下放坡直至達到需要的高程。

4.2 部件編輯器

潛流濕地沿軸線采用同一斷面型式為線性工程，部件作為Civil 3D 中的一個重要組件，在道路、鐵路、管廊、輸電線等線性工程設計工作中發(fā)揮巨大作用【3，4】，但軟件本身內(nèi)置的部件模型多為公路模型，無法直接應用于其他工程設計。部件編輯器（SAC，Subassembly Composer）解決了這一問題，通過對設計斷面進行定制化開發(fā)，以繪制流程圖的方式創(chuàng)建帶有復雜邏輯的自定義部件，軟件帶有可視化界面，不需要復雜的編程即可便捷高效地創(chuàng)建適用于各個專業(yè)的部件，并能實現(xiàn)批量出圖，從而提高設計效率。

4.3 創(chuàng)建道路

場地內(nèi)部道路及周邊綠化高地采用道路工具進行設計。根據(jù)設計典型道路斷面的幾何尺寸，將CAD 圖元轉換成來創(chuàng)建道路的“裝配”，逐一對幾何圖元進行代碼編輯，賦予部件屬性，構建采用參數(shù)化定義的動態(tài)三維模型，在Civil 3D 中導入道路中心線，調用“裝配”生成三維道路曲面。

5 土方計算

在各分區(qū)曲面形成之后，對曲面進行合并生成設計曲面，進行土方工作量的計算。選擇軟件菜單選項中“分析”工具，利用“體積面板”以原始地形曲面為基準，設計曲面為對照計算整體挖填方，通過土方體積計算表查看實時挖填方。在滿足水生植物種植工藝需求的情況下，升高或者降低子分區(qū)曲面高程，自動計算土方，重復操作直到調整到合理高程為止，至此場地土方平衡設計完成。通過更改土方體積計算曲面直觀地查看挖和填的區(qū)域，生成土方網(wǎng)格計算圖便于后期施工查看。目前場區(qū)土方工程已基本完工，本次設計成果得到了充分認證。

6 結語

1）本工程利用Civil 3D 曲面功能創(chuàng)建原始曲面及設計后曲面模型，完成從高程設計到出圖的BIM 正向設計流程。

2）與傳統(tǒng)高程設計方法相比，利用Civil 3D 進行陸域高程設計可視化程度高，有效降低圖紙的錯誤率，減少圖紙修改的工作量。

3）通過SAC 可視化的軟件界面和參數(shù)驅動方式創(chuàng)建部件，實現(xiàn)復雜線性結構的斷面構建，在水利領域創(chuàng)建自定義部件滿足設計需要，為設計人員提供了一種新的建模思路。

4）結合Civil 3D 的功能特點對水利工程陸域高程設計提供一種新的思路，為將來參與BIM 項目或復雜高程設計項目提供參考，力爭將BIM 土方平衡方法推廣為水利專業(yè)的固定模塊。