陳萬寶　張嘉明　馬天皓　張世偉

摘要：為了彌補(bǔ)BIM建模軟件Autodesk Civil 3D在水土保持工程設(shè)計(jì)中的局限性，解決傳統(tǒng)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)工作無專業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件、信息化水平低、二三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換困難等問題，利用C#語言、Winform界面開發(fā)、Civil 3D API及部件編輯器、MVC架構(gòu)模式對(duì)Civil 3D平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)。通過分析棄渣場(chǎng)各設(shè)計(jì)步驟的業(yè)務(wù)流程，研發(fā)了適用于水土保持工程棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)的專業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了容渣量分析、穩(wěn)定性計(jì)算、以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的快速建模與出圖算量等功能，并應(yīng)用于引洮供水二期（骨干）工程多個(gè)棄渣場(chǎng)的施工圖設(shè)計(jì)中。結(jié)果表明：該平臺(tái)將工程設(shè)計(jì)規(guī)范與帶有步驟引導(dǎo)的可視化操作界面相關(guān)聯(lián)，在彌補(bǔ)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)無專業(yè)輔助軟件的同時(shí)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效地推動(dòng)了棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)從二維向三維轉(zhuǎn)換。

關(guān) 鍵 詞：棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)； 水土保持； Civil 3D二次開發(fā)； C語言； 二三維一體化

中圖法分類號(hào)： TV222.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.04.025

0 引 言

BIM技術(shù)作為水利勘察設(shè)計(jì)行業(yè)數(shù)字化發(fā)展的重要手段和有效方法，在水利水電行業(yè)工程全生命周期各階段逐漸展開應(yīng)用［1-4］。水土保持工程與工址地形地貌密切相關(guān)，Civil 3D具有數(shù)據(jù)化、模擬化、可視化等功能，為水土保持工程設(shè)計(jì)提供了很好的技術(shù)支持。但目前中國(guó)水土保持領(lǐng)域?qū)ivil 3D的應(yīng)用尚淺，Civil 3D現(xiàn)有功能與水土保持專業(yè)貼合度不足，依靠CAD圖紙的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與BIM設(shè)計(jì)并存現(xiàn)象廣泛存在［5］。棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)是水土保持設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)工作無專業(yè)輔助設(shè)計(jì)軟件、信息化水平低，工程設(shè)計(jì)人員繪制斷面設(shè)計(jì)圖效率低且工作重復(fù)，圖紙標(biāo)準(zhǔn)化困難，使用橫斷面法在Excel中計(jì)算工程量工作量大、容易出錯(cuò)。近年來，BIM技術(shù)在棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)工作中逐漸應(yīng)用并發(fā)展，但是目前BIM技術(shù)在棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用僅停留在Civil 3D應(yīng)用的探索階段［6-9］，開發(fā)的部件通用性不強(qiáng)，剖切的斷面不能滿足施工圖的要求，不具備高效率建模、高質(zhì)量出圖、算量、方案調(diào)整等功能。通過Civil 3D API結(jié)合C#語言對(duì)Civil 3D軟件進(jìn)行二次開發(fā)，自主增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算功能模塊，創(chuàng)建、操作三維模型，為解決上述問題提供了新的思路。國(guó)內(nèi)對(duì)于Civil 3D軟件二次開發(fā)的研究起步較晚，2021年金瑞等［10］針對(duì)水運(yùn)工程航道整治工程開發(fā)了BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)，極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。2022年賈興斌［11］對(duì)鐵路隧道棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量的研究，但對(duì)復(fù)雜地形和二三維結(jié)合方面未進(jìn)行探討。因而，BIM應(yīng)用過程中亟需一種新的技術(shù)去打通二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換的“壁壘”。本文結(jié)合水土保持專業(yè)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，基于Civil 3D包含建模和繪圖功能的特點(diǎn)，進(jìn)行具有針對(duì)性的棄渣場(chǎng)二三維結(jié)合設(shè)計(jì)的研究開發(fā)。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 棄渣場(chǎng)BIM正向設(shè)計(jì)

棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)包括棄渣場(chǎng)原始地形、容渣量分析、堆置方案設(shè)計(jì)，以及攔渣工程、防洪排導(dǎo)工程、后期利用或植被恢復(fù)等防護(hù)措施設(shè)計(jì)［12］。工程設(shè)計(jì)中須基于精確的原始地形，綜合考慮多種因素進(jìn)行棄渣場(chǎng)選址，受選址地形影響，堆置坡面和防護(hù)建筑物通常沒有固定的形式。對(duì)于涉及大量重復(fù)性工作的渣場(chǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)有利于設(shè)計(jì)成果可視化，顯著提高設(shè)計(jì)工作效率。AutoCAD Civil 3D是土木工程建筑信息模型解決方案，廣泛適用于勘察測(cè)繪、地形地貌、道路交通、水利水電、土地規(guī)劃等領(lǐng)域。Civil 3D不僅具備AutoCAD的全部繪圖功能，而且可以精確創(chuàng)建原始三維地形，將地形曲面作為參考創(chuàng)建與源數(shù)據(jù)保持動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的路線、縱斷面等智能對(duì)象，設(shè)計(jì)人員可以通過場(chǎng)地設(shè)計(jì)、創(chuàng)建路線、縱橫斷面設(shè)計(jì)等功能逐步實(shí)現(xiàn)棄渣場(chǎng)的建模，快速實(shí)現(xiàn)工程量計(jì)算與施工圖生成。常規(guī)Civil 3D軟件雖然和CAD的界面相似，但操作邏輯復(fù)雜、專業(yè)貼合度不足，需要結(jié)合具體專業(yè)設(shè)計(jì)場(chǎng)景研發(fā)適用于棄渣場(chǎng)工程的BIM專業(yè)化設(shè)計(jì)平臺(tái)和方法。

1.2 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

棄渣場(chǎng)二三維一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng)基于AutoCAD Civil 3D與Visual Studio 2019搭建開發(fā)環(huán)境，采用C#語言［13-14］對(duì)Civil 3D進(jìn)行二次開發(fā)，將棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)中的固定步驟做成專業(yè)設(shè)計(jì)版塊，通過分析提煉各步驟的業(yè)務(wù)流程研發(fā)出符合水土保持專業(yè)習(xí)慣的棄渣場(chǎng)BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)，見圖1。同時(shí)，將零散操作流程融入具有引導(dǎo)性步驟的用戶界面，使復(fù)雜過程簡(jiǎn)單化，實(shí)現(xiàn)了容渣量分析、堆置方案設(shè)計(jì)、擋渣墻設(shè)計(jì)、排水措施設(shè)計(jì)、植物措施設(shè)計(jì)等核心功能。設(shè)計(jì)人員無需長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)就可快速掌握該平臺(tái)操作方法，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)。該平臺(tái)的應(yīng)用可降低建模成本，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

系統(tǒng)建設(shè)總體框架采用MVC三層架構(gòu)模式，貫徹了以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了基于一套設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行棄渣場(chǎng)快速建模與出圖算量、方案優(yōu)化等，并已在多個(gè)水土保持工程棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)中成功應(yīng)用。所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)于dwg文件中，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)了讓設(shè)計(jì)師回歸設(shè)計(jì)本

身的數(shù)字化設(shè)計(jì)，提供了一種有效推動(dòng)棄渣場(chǎng)二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換的參考方法。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

2 平臺(tái)開發(fā)

2.1 地形數(shù)據(jù)處理

Civil 3D是通過先創(chuàng)建后選擇數(shù)據(jù)源的方式定義原始地形曲面，數(shù)據(jù)源通常在不同的圖層，包括點(diǎn)、等高線、DEM等。手動(dòng)操作時(shí)需要把用到的等高線等數(shù)據(jù)分離出來，數(shù)據(jù)量較大、圖層較多時(shí)操作不便，且電腦容易出現(xiàn)卡頓情況。該平臺(tái)開發(fā)了創(chuàng)建棄渣場(chǎng)功能，點(diǎn)擊按鈕程序自動(dòng)過濾包含等高線等包含高程信息的圖層，經(jīng)用戶確認(rèn)數(shù)據(jù)源圖層識(shí)別正確后一鍵生成原始地形曲面，大大提高了曲面創(chuàng)建效率。

2.2 堆置方案

2.2.1 容渣量分析

Civil 3D中計(jì)算容渣量是通過求兩個(gè)曲面的體積實(shí)現(xiàn)的，要實(shí)現(xiàn)容量分析需要重復(fù)構(gòu)建堆渣曲面，再以地形曲面為基準(zhǔn)計(jì)算容渣量，堆渣曲面構(gòu)建繁瑣且工作重復(fù)，嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)效率。針對(duì)這一需求，平臺(tái)開發(fā)了容渣量分析功能，用戶只需指定坡腳位置并輸入堆置邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)，就可一鍵點(diǎn)擊生成容渣量曲線，見圖3。用戶修改參數(shù)后，可再次生成分析圖表，同時(shí)將分析結(jié)果保存在曲線對(duì)象中供用戶查詢。

所生成的圖3容渣曲線中存儲(chǔ)的分析結(jié)果可用于方案比選、優(yōu)化，選定一條容渣量曲線，還可根據(jù)容量查詢高程值、根據(jù)高程查詢?nèi)萘恐?，見圖4。

2.2.2 堆置方案設(shè)計(jì)

堆置方案設(shè)計(jì)包括各級(jí)邊坡、馬道、渣頂曲面的構(gòu)建。Civil 3D的放坡功能不夠靈活，不能滿足所有類型的堆置坡面構(gòu)建；通過創(chuàng)建要素線結(jié)合放坡功能可以比較靈活地創(chuàng)建曲面，但手動(dòng)構(gòu)建要素線過程繁瑣且重復(fù)工作量大、效率低，也不利于方案變更優(yōu)化。

針對(duì)以上問題，平臺(tái)通過把繁瑣的手工操作過程梳理成具有步驟引導(dǎo)的業(yè)務(wù)流程，將堆置方案設(shè)計(jì)場(chǎng)景歸納為兩種情況進(jìn)行功能二次開發(fā)。① 平行于坡腳線情況：利用內(nèi)置“連接寬度和坡度”部件，動(dòng)態(tài)構(gòu)建不限級(jí)數(shù)的多級(jí)邊坡部件，指定坡腳多段線，一鍵即可生成堆置坡面，見圖5（a）。② 垂直于溝道線情況：堆置邊坡曲面沿著溝道線流向布置，更適用于溝道型渣場(chǎng)?；谟脩衾L制的溝道縱軸線，系統(tǒng)提出了一種基于三維多段線的邊坡曲面構(gòu)建算法，一鍵生成邊坡要素線、各級(jí)邊坡和馬道曲面，并提供添加特征線的操作選項(xiàng)，生成邊坡曲面如圖5（b）所示。另外，堆置方案設(shè)計(jì)功能允許多個(gè)設(shè)計(jì)方案并存，極大提高了方案比選的效率。

2.3 植物措施設(shè)計(jì)

基于堆置方案設(shè)計(jì)中創(chuàng)建的各級(jí)堆渣坡面、馬道和渣頂，對(duì)不同部位進(jìn)行植物措施布置，措施上包括植物護(hù)坡、綜合護(hù)坡、馬道排水、馬道植物措施、渣頂植物措施。平臺(tái)按三北、北方、黃河流域地區(qū)建立了常用的樹草種數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶首先選取措施部位，然后設(shè)計(jì)整地方式、選擇樹草種和種植密度等。系統(tǒng)根據(jù)各部位曲面面積及植物措施設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量。

2.4 工程措施設(shè)計(jì)

棄渣場(chǎng)涉及的工程措施有攔擋工程、防洪排導(dǎo)工程等，包含擋渣墻、排水溝等建筑物，建模繁瑣且工作重復(fù)。設(shè)計(jì)人員需花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去創(chuàng)建BIM模型，但剖切的縱橫斷面及標(biāo)注、樣式等往往不符合出圖習(xí)慣，模型利用率較低，導(dǎo)致BIM設(shè)計(jì)效率低，應(yīng)用推廣困難。針對(duì)這些痛點(diǎn)問題，秉持以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、輔助設(shè)計(jì)為核心的設(shè)計(jì)原則，自主開發(fā)了基于縱橫斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成三維建模、二維出圖、工程量統(tǒng)計(jì)、方案優(yōu)化等二三維一體化設(shè)計(jì)功能模塊。

2.4.1 業(yè)務(wù)流程分析

按規(guī)范要求，棄渣必須設(shè)置專門的堆放場(chǎng)地并修建攔渣工程，包括擋渣墻、攔渣壩等，以防止棄渣流失對(duì)周邊環(huán)境造成危害［15］。擋渣墻的設(shè)計(jì)主要包括平面線路、縱橫斷面、細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)和擋渣墻穩(wěn)定性驗(yàn)算。為避免棄渣場(chǎng)上方的坡面洪水沖刷棄渣，在坡面一般應(yīng)綜合考慮布設(shè)截、排水溝導(dǎo)排洪水，排水溝的設(shè)計(jì)包括平面線路、縱斷面、橫斷面和水力學(xué)計(jì)算。在Civil 3D中，用戶可以通過常用選項(xiàng)板中的功能區(qū)按鈕功能，通過創(chuàng)建路線、曲面縱斷面、設(shè)計(jì)縱斷面、自定義部件、創(chuàng)建道路、創(chuàng)建采樣線等步驟完成從線路、縱橫斷面設(shè)計(jì)和模型創(chuàng)建。以擋渣墻設(shè)計(jì)為例，業(yè)務(wù)流程分析見圖6。

2.4.2 斷面設(shè)計(jì)開發(fā)

Civil 3D自帶功能進(jìn)行平縱橫設(shè)計(jì)操作復(fù)雜、操作步驟專業(yè)貼合度不足，平臺(tái)通過對(duì)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)流程梳理，將建筑物平面線路設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)等步驟融入到一個(gè)操作界面，用戶只需按照先后順序切換界面并輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)即可完成設(shè)計(jì)，無需培訓(xùn)也可完成設(shè)計(jì)工作。以擋渣墻設(shè)計(jì)為例，工作流程優(yōu)化見圖7。

為了方便用戶根據(jù)平面線路進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)、建筑物布設(shè)，平臺(tái)開發(fā)了一鍵樁號(hào)標(biāo)注工具，并可以交互繪制多段線方式創(chuàng)建縱斷面設(shè)計(jì)線。建筑物橫斷面設(shè)計(jì)是基于參數(shù)化部件，Civil 3D自帶的部件和裝配不能滿足所有的應(yīng)用場(chǎng)景。在部件編輯器中定義輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)，對(duì)擋渣墻、排水溝等建筑物結(jié)構(gòu)、地基、開挖等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，創(chuàng)建完部件并進(jìn)行組裝就可完成各個(gè)結(jié)構(gòu)體標(biāo)準(zhǔn)橫斷面的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，在部件中定義的輸入?yún)?shù)需同時(shí)在縱橫斷面設(shè)計(jì)操作界面定義輸入項(xiàng)。因后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化出圖、計(jì)算各部位結(jié)構(gòu)材質(zhì)工程量、創(chuàng)建開挖曲面及動(dòng)態(tài)對(duì)象樣式需要精確定位到點(diǎn)、線、面，在創(chuàng)建自定義部件的過程中，需要給每個(gè)“點(diǎn)”“連接”及“造型”添加代碼。

2.4.3 建模與算量

橫斷面設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于自定義部件參數(shù)，同時(shí)建筑物材質(zhì)、伸縮縫等參數(shù)在出圖過程中用于標(biāo)簽標(biāo)注、動(dòng)態(tài)創(chuàng)建縱斷面顯示樣式、橫斷面顯示樣式、路線標(biāo)簽樣式、代碼集樣式等，以滿足水保棄渣場(chǎng)施工圖相關(guān)規(guī)范和出圖要求。用戶只需按照自己的設(shè)計(jì)理念輸入或修改相關(guān)數(shù)值即可快速生成三維模型，見圖8。建模的同時(shí)軟件后臺(tái)自動(dòng)創(chuàng)建采樣線，并計(jì)算建筑物結(jié)構(gòu)、地基、開挖、夯填等部位的工程量。

3 平臺(tái)功能

3.1 出 圖

為使項(xiàng)目中模型、圖紙、表格標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，平臺(tái)將圖層、模型命名、材質(zhì)、顏色、字體、線型線寬等按照規(guī)范和習(xí)慣進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。本平臺(tái)利用各步驟措施設(shè)計(jì)模塊的同一套斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊繪圖按鈕可一鍵成圖。

Civil 3D自身可以利用縱斷面圖功能和橫斷面圖功能針對(duì)三維模型進(jìn)行剖圖，然而Civil 3D的縱橫斷面圖對(duì)象樣式、標(biāo)注欄、標(biāo)簽樣式等操作復(fù)雜，操作時(shí)間成本高且難以達(dá)到符合出圖習(xí)慣的樣式。平臺(tái)利用Civil 3D地形曲面、開挖線創(chuàng)建精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，提取出通過模型剖切的三維地面線，并與二維圖繪制、標(biāo)注功能融合，充分利用了二三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。出圖效果見圖9。

3.2 分析計(jì)算功能

排水措施設(shè)計(jì)中包括設(shè)計(jì)流量計(jì)算和水文計(jì)算。① 設(shè)計(jì)流量計(jì)算指截排水溝設(shè)計(jì)流量計(jì)算，平臺(tái)開發(fā)了水文計(jì)算和排水溝水力學(xué)計(jì)算功能。棄渣場(chǎng)攔擋、護(hù)坡、排水等防護(hù)措施設(shè)計(jì)應(yīng)在渣體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此須根據(jù)棄渣場(chǎng)地形、地質(zhì)及水文條件等進(jìn)行擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算，確保渣場(chǎng)穩(wěn)定［12］。② 擋土墻穩(wěn)定性計(jì)算包括滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算。平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算功能的計(jì)算方式采用SL 379-2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A土壓力計(jì)算提供的計(jì)算方法［16］。

3.3 工程量統(tǒng)計(jì)

使用Civil 3D自帶功能計(jì)算工程量的過程中，用戶首先需要在自定義部件時(shí)為各種材質(zhì)的輪廓點(diǎn)、線和造型添加數(shù)量繁多的部件代碼，再創(chuàng)建大量開挖道路曲面和體積曲面，然后創(chuàng)建采樣線并逐個(gè)采樣上一步創(chuàng)建的曲面和道路模型。為提高生產(chǎn)效率，方便用戶快速統(tǒng)計(jì)工程量，平臺(tái)通過對(duì)棄渣場(chǎng)各個(gè)部位、建筑物的進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化編碼設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了用戶在一鍵點(diǎn)擊完成設(shè)計(jì)的同時(shí)，自動(dòng)完成工程量計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在對(duì)象擴(kuò)展數(shù)據(jù)中。用戶只需點(diǎn)擊工程量表按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)查詢數(shù)據(jù)并生成符合出圖習(xí)慣的工程量表。

3.4 知識(shí)推送

設(shè)計(jì)人員在輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)常需要參考設(shè)計(jì)規(guī)范等文檔資料，查找資料耗時(shí)耗力。為了方便用戶，平臺(tái)對(duì)用戶操作界面的數(shù)據(jù)入口動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)資料數(shù)據(jù)庫(kù)。通過在后臺(tái)添加文字、圖片、文檔等多種格式的規(guī)范、政策文件，完成相關(guān)數(shù)據(jù)向前端界面的自動(dòng)推送，示例見圖10。

4 工程應(yīng)用

引洮供水二期（骨干）工程渠線總長(zhǎng)571 km，主要建設(shè)內(nèi)容有1條總干渠，6條干渠及2條分干渠，18條供水管線，總長(zhǎng)176 km。主體工程以隧洞為主，沿線共布置隧洞171座，總長(zhǎng)約370 km。布置棄渣場(chǎng)209處，占地面積110.22 hm2，堆渣量643.63萬m3，設(shè)計(jì)總工期70個(gè)月。充分考慮棄方綜合利用后，仍有大量棄渣需在規(guī)劃棄渣場(chǎng)集中堆放。項(xiàng)目區(qū)山高坡陡、短歷時(shí)降雨量和降雨強(qiáng)度大，

溝壑密度大，運(yùn)渣困難，棄渣場(chǎng)選址和水土保持措施設(shè)計(jì)工作難度大。

在施工圖設(shè)計(jì)階段，使用該軟件進(jìn)行棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)、建模、出圖、算量，有效提高了計(jì)算效率，設(shè)計(jì)成果精度更高，也使棄渣場(chǎng)安全穩(wěn)定得到保障且與周圍環(huán)境充分融合。棄渣場(chǎng)基本情況如表1所列。

表中所列棄渣場(chǎng)主要分為溝道型和坡地型兩種，對(duì)于坡地形渣場(chǎng)，選擇堆置方案設(shè)計(jì)功能中的“平行于坡腳線”選項(xiàng)，拾取對(duì)應(yīng)的坡腳設(shè)計(jì)線；對(duì)于棄渣場(chǎng)所在溝道蜿蜒曲折及分叉的復(fù)雜地形情況，用戶需指定溝道線，一鍵創(chuàng)建棄渣場(chǎng)曲面和原始地形曲面，來進(jìn)行容渣量分析。棄渣場(chǎng)曲面的創(chuàng)建將Civil 3D放坡、求曲面交線、體積分析等多種功能整合在一起，用戶按照自己的設(shè)計(jì)理念輸入渣場(chǎng)堆置方案設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)值（初步確定棄渣場(chǎng)按1∶2邊坡分級(jí)堆渣，設(shè)置每級(jí)堆渣高度5～8 m，馬道寬2 m），

即可得出設(shè)計(jì)渣場(chǎng)堆置方案對(duì)應(yīng)的容渣量高程曲線、表格及渣場(chǎng)三維實(shí)體堆置效果，可直觀獲得容渣量及其所對(duì)應(yīng)的高程，同時(shí)也可通過容渣量一鍵查詢按鈕來對(duì)其進(jìn)行查詢。根據(jù)棄渣場(chǎng)堆置方案設(shè)計(jì)及項(xiàng)目區(qū)自然概況，設(shè)計(jì)人員可自主選擇適地適生的植物，對(duì)渣場(chǎng)邊坡及平臺(tái)進(jìn)行植物措施設(shè)計(jì)。該模塊整合了喬灌草常見植物圖例模塊，方便一鍵出圖填充。利用Civil 3D動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的工作模式，計(jì)算棄渣場(chǎng)水土保持措施各部位的工程量，并生成工程量表，同時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況按照用戶選擇的工程進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、輸出和人工調(diào)整。棄渣場(chǎng)水土保持措施設(shè)計(jì)橫斷面發(fā)生變化，工程量會(huì)同步設(shè)計(jì)橫斷面協(xié)調(diào)變化，無需人為重新反復(fù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，相比傳統(tǒng)工程量統(tǒng)計(jì)方法，效率提高且精確度較高。

在引洮二期工程中應(yīng)用本軟件進(jìn)行棄渣場(chǎng)施工圖設(shè)計(jì)，與手工方式相比提高效率約3～5倍。該軟件開發(fā)的堆置方案設(shè)計(jì)、擋渣墻設(shè)計(jì)、排水溝設(shè)計(jì)模塊均支持多個(gè)設(shè)計(jì)方案并存，每次輸入的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均可反復(fù)修改使用，方案迭代優(yōu)化效率比手工方式提高10倍左右。應(yīng)用本軟件出圖算量、分析計(jì)算，準(zhǔn)確率和效率比未開發(fā)前有了很大提高。

5 結(jié) 論

針對(duì)傳統(tǒng)棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)信息化水平低、二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換三維困難的問題，通過對(duì)三維BIM設(shè)計(jì)軟件Civil 3D二次開發(fā)，將水土保持棄渣場(chǎng)工程設(shè)計(jì)的工作模式和Civil 3D工作流進(jìn)行有機(jī)融合，利用Civil 3D包含建模和繪圖功能的特點(diǎn)，研究開發(fā)了棄渣場(chǎng)二三維設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件。

（1） 各功能模塊均采用步驟引導(dǎo)設(shè)計(jì)界面，將復(fù)雜的操作過程精簡(jiǎn)為設(shè)計(jì)流程，降低建模難度，減少培訓(xùn)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。把設(shè)計(jì)人員從繁雜的建模、制圖、算量等操作中解放出來，把更多的時(shí)間精力用于設(shè)計(jì)本身。

（2） 統(tǒng)一數(shù)據(jù)入口并關(guān)聯(lián)資料庫(kù)，標(biāo)準(zhǔn)化的輸入不僅減少設(shè)計(jì)師重復(fù)勞動(dòng)的時(shí)間，也保證了設(shè)計(jì)風(fēng)格和標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)統(tǒng)一。容渣分析、堆置方案設(shè)計(jì)等模塊支持多個(gè)設(shè)計(jì)方案并存，便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案比選、迭代優(yōu)化。

（3） 平臺(tái)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、輔助設(shè)計(jì)為核心設(shè)計(jì)原則，輸入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均可保存，三維建模和二維出圖共享一套數(shù)據(jù)，提供了一種有效推動(dòng)棄渣場(chǎng)二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換的參考方法，有利于BIM平臺(tái)軟件的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

［1］王寧，陳嶸，楊新軍，等.基于BIM技術(shù)的水利工程三維設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)［J］.人民長(zhǎng)江，2017，48（增1）：156-159.

［2］陳龍，陳凱，汪子書.BIM技術(shù)在水利工程施工組織設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討：以南水北調(diào)東線某工程為例［J］.中國(guó)高新科技，2021（16）：45-47.

［3］趙杏英，陳沉，汪洋，等.BIM模型整合應(yīng)用現(xiàn)狀及關(guān)鍵因素分析［J］.人民長(zhǎng)江，2021，52（增2）：279-282.

［4］王軍.水利工程BIM標(biāo)準(zhǔn)編碼及清單計(jì)價(jià)的應(yīng)用研究［J］.人民長(zhǎng)江，2021，52（增2）：157-160.

［5］張鵬利，崔超，賈寧霄.BIM在黃金峽水利樞紐工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究［J］.人民長(zhǎng)江，2022，53（5）：149-155.

［6］高飛，何京拔，湛漢溪.AutoCAD Civil 3D軟件在棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.人民長(zhǎng)江，2017，48（12）：12-14.

［7］常勝.Autodesk Civil 3D在大型棄渣場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的模擬研究［J］.吉林水利，2022（3）：6-9.

［8］張哲.基于Autodesk Civil 3D的復(fù)雜棄渣場(chǎng)堆渣二次設(shè)計(jì)［C］∥遼寧省水利學(xué)會(huì)水與水技術(shù)（第9輯）.沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2019.

［9］陳瑜.Civil 3D在溝道型渣場(chǎng)三維建模方法的應(yīng)用［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2021（11）：46-49.

［10］金瑞，肖春紅，朱明，等.基于Civil 3D的航道整治BIM設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)［J］.水運(yùn)工程，2021（4）：169-174.

［11］賈興斌.基于Civil 3D的鐵路隧道棄渣場(chǎng)三維設(shè)計(jì)軟件研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2022，66（6）：105-109，158.

［12］索麗生，劉寧.水工設(shè)計(jì)手冊(cè).第3卷，征地移民，環(huán)境保護(hù)與水土保持［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

［13］王磊.AutoCAD Civil 3D.NET二次開發(fā)［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2018.

［14］朱致遠(yuǎn)，牛志偉，張宇，等.Revit二次開發(fā)在水閘工程擋土墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.人民長(zhǎng)江，2021，52（2）：117-121.

［15］中華人民共和國(guó)水利部.水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 51018-2014［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

［16］中華人民共和國(guó)水利部.水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 379-2007［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

（編輯：黃文晉）

Study on 2D and 3D integration design platform for spoil area based on Civil 3D

CHEN Wanbao，ZHANG Jiaming，MA Tianhao，ZHANG Shiwei

（Gansu Investigation Design Institute of Water Conservancy and Hydropower，Lanzhou 730000，China）

Abstract： In order to remedy the limitations of Autodesk Civil3D in the design of water and soil conservation projects，and solve the traditional spoil area design problems，such as lack of professional auxiliary design software，low level of informatization，and difficulties in 2D and 3D design conversion，we adopt the method of secondary development of Civil 3D platform with C# language，Winform interface development，Civil 3D API and Subassembly Composer and MVC architecture mode.By analyzing the business process of each design step of the spoil area，a professional platform suitable for the design of the spoil area of water and soil conservation project is developed，which can realize the functions of slag capacity analysis，stability calculation，rapid modeling and mapping calculation.The platform has been successfully applied in the design of multiple spoil areas in water supply project of transferring water from Taohe River.The results showed that the platform associated the engineering design specifications with the visual operation interface of step guidance，which greatly improved the design efficiency and design quality while made up for the lack of professional auxiliary design software in the design of spoil areas，and effectively promoted the transformation of the design of spoil areas from two-dimensional to three-dimensional.

Key words： spoil area design；soil and water conservation；secondary development of Civil 3D；C language；2D and 3D integration

收稿日期：2022-07-01

作者簡(jiǎn)介：陳萬寶，男，工程師，碩士，主要從事水利信息化工作。E-mail：891516064@qq.com