周 衛(wèi)

（中交水利水電建設(shè)有限公司 浙江寧波 315200）

0 引言

Civil 3D 是Autodesk 公司面向土木工程行業(yè)推出的一款為解決建筑信息模型（BIM）方案的一款強大制圖軟件，它是在Autodesk CAD 的基礎(chǔ)上進行開發(fā)的，經(jīng)過幾次版本的更新，Civil 3D 軟件的曲面、放坡、路線、管道、場地、數(shù)據(jù)提取、施工圖繪制、工程量計算和三維建模等功能的不斷完善，使其在交通公路、市政以及水利等行業(yè)越來越受歡迎，使用頻率也逐步上升，在施工管理工作中利用Civil 3D 軟件可以提高工作效率。

1 工程概況

桑干河應縣段河道綜合治理工程主要工程內(nèi)容是河道疏浚開挖和堤防填筑，其中河道開挖底寬為20～30 m，開挖邊坡為1∶3，開挖長約56 km；堤防填筑頂寬6 m，邊坡為1∶3，其中邊坡采用草皮護坡，左右岸堤防總長約75 km。如圖1。

圖1 堤防典型橫斷面圖

2 Civil 3D 軟件在本項目的具體應用

2.1 工作流程

本項目運用Civil 3D 主要任務(wù)為計算土方工程方量和堤防草皮護坡面積工程量，具體工作流程如圖2。

圖2 流程圖

2.2 數(shù)據(jù)準備

根據(jù)原設(shè)計的數(shù)據(jù)，對開挖和堤防填筑中心控制線進行原始地面測量，整理出所需要的原始設(shè)計堤軸線和河道開挖區(qū)域的全部測量數(shù)據(jù)，并將設(shè)計控制線路、設(shè)計開挖底高程和填筑頂高程數(shù)據(jù)整理為Civil 3D 軟件需要的格式。Civil 3D 軟件可適應多種數(shù)據(jù)格式，也可與多種軟件互通互聯(lián)。

2.3 原始三維地形曲面創(chuàng)建

在Civil 3D 中，原始地形曲面可以通過高程點創(chuàng)建，也可以對圖形中的等高線和帶有高程信息的文字、塊、點樣式進行識別創(chuàng)建曲面[1]。在創(chuàng)建過程中可以設(shè)置一定范圍，避免出現(xiàn)錯誤，如桑干河應縣段河道綜合治理項目的高程范圍基本在970～1020 的范圍內(nèi)，即可設(shè)置只取在這范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面，過濾掉錯誤的數(shù)據(jù)。曲面創(chuàng)建完成后可根據(jù)需求對其進行樣式編輯，Civil 3D 有一個強大曲面樣式功能，可以根據(jù)需要滿足不同的顯示形式。

2.4 線路和裝配結(jié)構(gòu)創(chuàng)建

線路可以手動創(chuàng)建，也可以根據(jù)對象、道路和現(xiàn)有線路等方式創(chuàng)建。本工程因已有原設(shè)計控制線，可以根據(jù)控制線對象創(chuàng)建線路。桑干河應縣段河道疏浚開挖因?qū)挾葹?0～30 m，寬度有變化，因此還創(chuàng)建了偏移路線以控制開挖邊線符合設(shè)計要求，并且主槽開挖與穿河過水路面相交處開挖寬度為50 m，在這部分區(qū)域創(chuàng)建加寬區(qū)域。裝配定義即為標準的橫斷面定義。本工程橫斷面相對簡單，通過Civil 3D 裝配定義功能中的“連接寬度和坡度”、“指向曲面的連接”和“自定義部件”等部件，模擬出疏浚開挖、堤防回填和草皮護坡橫斷面[2]。理論上Civil 3D 可以創(chuàng)建任何復雜的橫斷面結(jié)構(gòu)，使其適用于交通公路、市政管網(wǎng)和水利水渠等項目，如圖3。

圖3 裝配圖

2.5 代碼集管理

代碼集需結(jié)合裝配設(shè)置，根據(jù)對橫斷面圖顯示樣式的需求，可自定義代碼集的“連接”、“點”和“造型”具體形式。由于Civil 3D 軟件屬于開放型，沒有特定的樣式，用戶可自己設(shè)計出理想的橫斷面出圖樣式。整個設(shè)置代碼集過程需反復調(diào)試，相對消耗時間，但是根據(jù)橫斷面出圖樣式確定了裝配代碼集，后續(xù)調(diào)用非常便捷。本項目以桑干河堤防填筑為例進行代碼集設(shè)置，對裝配中需要在橫斷面圖中展示數(shù)據(jù)的每一個“連接”和“點”標簽樣式進行修改，使得滿足后續(xù)橫斷面圖需求，如圖4。

圖4 代碼集調(diào)整面板圖

2.6 縱斷面創(chuàng)建

Civil 3D 縱斷面的創(chuàng)建可以通過工具條或文件形式創(chuàng)建，原始地形曲面的縱斷面可自動生成。原始地形曲面的縱斷面生成后，可根據(jù)原設(shè)計文件的設(shè)計縱斷面數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)導入方式生成設(shè)計縱斷面。堤防回填與草皮護坡的設(shè)計縱斷面線高程相差52 cm，堤防回填縱斷面創(chuàng)建完成后只需整體提高高程即可得到草皮護坡縱斷面，在后續(xù)草皮護坡工程量計算中可簡化流程。

2.7 疏浚開挖和堤防回填模型創(chuàng)建

原始地形曲面、路線、設(shè)計縱斷面、裝配要素完成后可通過Civil 3D 軟件“道路”功能創(chuàng)建疏浚開挖和堤防回填模型。模型創(chuàng)建后可用對象查看功能觀察三維狀態(tài)下的模型，模型創(chuàng)建也是后續(xù)橫斷面和工程量計算的前提。本案例中，河道疏浚開挖寬度隨著樁號不斷變化，提前設(shè)置好開挖邊線的控制線路，利用目標映射功能，能解決寬度變化問題，也可解決同一斷面開挖深度不同問題。

2.8 橫斷面出圖

土方工程量計算原理是，上部填筑模型曲面與原始地形曲面相交形成的封閉橫斷面為計算斷面，因此在橫斷面出圖前，應對堤防填筑模型進行曲面化，生成模型曲面，以便土方工程量計算時使用。橫斷面生成前還應設(shè)置采樣線，控制橫斷面出圖的位置樁號和數(shù)量，同時采樣線設(shè)置后需對工程量計算進行設(shè)置，使堤防填筑曲面為上曲面，原始地形曲面為下曲面。設(shè)置好相關(guān)數(shù)據(jù)后進行橫斷面出圖。橫斷面的顯示形式可根據(jù)需求調(diào)整，數(shù)據(jù)輸出顯示表格也可自定義，一旦設(shè)置好模板，橫斷面出圖十分方便，橫斷面上的長度和點位高程標注是由代碼集控制管理，如圖5。

圖5 土方回填計算橫斷面圖

2.9 土方開挖回填工程量計算

在本案例中，不僅需要對土方開挖和回填量進行計算，還需要對清表面積進行計算。傳統(tǒng)的軟件往往只能對土方開挖回填進行自動計算，難以快速計算清表面積。Civil 3D 軟件只要合理設(shè)置模型和參數(shù)，相應需求都可以得到計算結(jié)果，并且Civil 3D 軟件可自動生成包括縱斷面、橫斷面和路線等數(shù)據(jù)表格，不僅是設(shè)計階段，施工階段也同樣便捷。以本工程中的土方計算為例，選中需要計算工程量的橫斷面，即可出現(xiàn)生成體積報告選項，點擊即可自動生成工程量計算表格。本案例清表面積的計算是利用Civil 3D 軟件的報告管理器功能，把需要計算的橫斷面數(shù)據(jù)全部輸出表格，再利用Excel 計算橫斷面輸出的清表邊線坐標偏移量之和，就可自動獲得每個橫斷面的清表寬度，利用平均斷面法即可計算清表面積，如圖6。

圖6 體積報告圖

2.10 更換草皮護坡裝配與草皮護坡工程量計算

在計算草皮護坡面積時，只需把堤防回填模型裝配結(jié)構(gòu)和橫斷面顯示代碼集替換為草皮護坡的裝配結(jié)構(gòu)和代碼集，草皮護坡的橫斷面就可以重新生成。常用的南方CASS 和CAD 等軟件無法系統(tǒng)表達出斜坡長度，Civil 3D 不僅能自動標注斜坡長度，還可以間接做到斜坡長度的計算。先利用Civil 3D 軟件中工具箱報告管理器中道路橫斷面點報告功能，生成全部橫斷面圖數(shù)據(jù)點的坐標，然后利用空間坐標點關(guān)系計算出斜坡標注長度，此方法可快速計算草皮護坡面積，不再需要一個一個地輸入數(shù)據(jù)計算。

圖7 道路橫斷面點報告圖

圖8 草皮護坡計算橫斷面圖

3 動態(tài)更新

Civil 3D 軟件與傳統(tǒng)二維CAD 制圖軟件最大區(qū)別在于摒棄了傳統(tǒng)制圖中手動繪制、計算和輸出數(shù)據(jù)的模式，整個運用過程中，前期模型創(chuàng)建需人機協(xié)作完成，其余運算、輸出的數(shù)據(jù)等均可通過統(tǒng)一模板由電腦自動生成，無需手動計算和輸入。各類數(shù)據(jù)組合后生成模型，使整個模型形成統(tǒng)一的整體，修改某一部分，與之關(guān)聯(lián)的部分會跟著自動修改，關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)也會實時更新，實現(xiàn)動態(tài)關(guān)聯(lián)更新。這種智能化關(guān)聯(lián)關(guān)系省去了傳統(tǒng)制圖中大量重復制圖、計算、檢查和標記等工作，使用者減輕了繁瑣耗時的繪圖工作，降低了出錯率，提高了工作質(zhì)量和效率[3]。本案例中最終需要的是工程量計算，但是如果前期原始地形曲面、線路位置或縱斷面數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)錯誤，傳統(tǒng)的制圖軟件都得整個流程重新工作，Civil 3D 軟件可以做到把相關(guān)錯誤數(shù)據(jù)修改后，最終結(jié)果自動更新，無需重復操作。以本工程草皮護坡工程量計算為例，前期堤防填筑的工程量已經(jīng)計算，相應的地形曲面，路線、縱斷面、道路模型和采樣線都已經(jīng)形成，后面在計算草皮護坡時，只需要重新替換裝配結(jié)構(gòu)和橫斷面顯示代碼集，橫斷面就可以重新生成，草皮護坡工程量即可快速計算，實際操作中原本常規(guī)方法需要幾天的工作時間，使用Civil 3D 軟件不到一天全部完成。

4 總結(jié)

本文以水利工程中的河道疏浚開挖和堤防填筑為實例講述Civil 3D 軟件一部分操作功能，對原始三維地形曲面、線路和裝配結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、縱斷面創(chuàng)建、代碼集管理、橫斷面出圖、工程量計算和動態(tài)更新等方面的應用，得到了較好的分析、計算和輸出效果，同時節(jié)省了大量工作時間，提高了工作效率。Civil 3D 軟件在水利工程中應用相比傳統(tǒng)CAD 軟件主要有如下優(yōu)點：

1）Civil 3D 軟件為Autodesk 公司產(chǎn)品，能與眾多軟件互聯(lián)互通，能處理多種格式數(shù)據(jù)，輸出的數(shù)據(jù)文件也可被多款軟件識別，配合相關(guān)軟件可解決復雜問題。

2）原始地形曲面、路線、縱斷面、橫斷面結(jié)合動態(tài)更新功能，使得在設(shè)計和施工階段工程量計算和出圖非常便捷，提高了工作效率。

3）Civil 3D 軟件強大的標注和自定義設(shè)置功能，可以使得輸出的圖紙和表達的顯示效果能很好適應不同的需求，并且只要制定好模板，后期使用十分方便快捷。