BIM技术在基础设施土方量计算中的应用

郭雁霄

在基础设施的设计和施工阶段，土石方量计算是一个重要的环节，土石方挖填量的计算直接关系到工程造价预算及设计方案的优化，对于工程总投资的控制及施工效率的提高有重要意义[1]。常用的土石方量计算有方格网法、数字地面模型法（DTM）、等高线法、散点法等[2]。BIM技术的可视化特性为项目设计优选及施工方案的优化提供了直观的比较，强大的数据支撑为其扩展提供了支持。本文结合BIM技术图形运算特性，利用LandXML实现其数据支撑，将其二者进行有效结合，提出了基于LandXML标准的土石方量计算的方法，实现土石方工程量的快速精准计算。

1　土石方计算原理

土石方开挖或填充量的计算指的是同一地块开挖或填充前后的方量差。要计算前后的体积差必须知道两个基本条件：①施工前场地的地形轮廓；②设计方案中开挖后的场地状况或设计标高[3]。项目开始前通过现场测量及地质勘测可获取项目所在地的地形数据信息，通过对比地形数据信息及设计方案中的地形信息，算出整个工程中土石方的开挖量及填方量。而在实际运用中，基础设施特别是大型基础设施建设项目大都涉及复杂的地形地质条件，不同类型的地质层的开挖或填充难度也不尽相同，施工方式均有不同要求，实际计算中在地形信息的基础上还应扩展地质类型、开挖难度等权重数据。

根据相关数学原理，利用地质勘测数据拟合得到地层曲面函数后即可进行土石方量的计算。土石方量计算公式见公式（1）：

式中：D为积分区域，z=fi（x，y）为第i层地质层曲面函数，z=fi+1（x，y）为第i+1层地质层曲面函数，z=g（x，y）为开挖曲面函数，Ui为第i层地质层的开挖权重。

2　BIM和LandXML数据扩展方法

2.1　LandXML数据格式

LandXML是基础设施领域特别是道路设计中应用较多的一种数据交换的标准格式。LandXML是由行业联盟（www.LandXML.org）推动的非专有数据标准[4]。LandXML标准包含点坐标数据、角度数据、面积、体积、温度、走向等数据。

2.2　LandXML数据及扩展方法

在LandXML文件中点数据是地形地貌信息的关键，通过定义两点之间的关系确定特征线，再确定三角网格面，进而形成了完整的地形信息，进行材质、温度等数据的扩展后，构成了具有完整地形信息的LandXML文件。其数据模型如图1所示。

图1　landXML定义方量的数据模型

2.3　LandXML与图形数据的结合

利用空间几何关系，通过程序转变为LandXML格式的数据文件经扩展又可赋予其相应的属性，形成既有数据又有属性的实体数据。同时LandXML文件又可以在多种三维设计软件中读取，修改后的LandXML文件能通过软件展示出三维实体模型，实现了图形与数据之间的相互转化。

3　应用实例

以某工程为例，该工程地处某山区，需要确定办公场地及料区的位置，第一种方案是设在山谷左侧，第二种方案是设在山谷右侧。将项目的地形文件导入Infraworks后获得地质三维模型，分别在山谷两侧进行场地的布置，完成场地布置后，利用Infraworks中基于LandXML文件数据而开发的地形信息统计功能，即可计算出两个不同方案的挖方量、填方量及净挖填方量等数据。两种方案的布置示意相关数据如表1。

表1　两种方案挖填方信息对比

通过上述两个方案的对比可以看出，基于LandXML文件数据进行的地形信息统计可以直接计算出挖填方量等信息，在上图所示的两个方案中，可以对任意的数据进行修改，形成各种不同的设计方案，然后进行地形信息统计，在多次对比后实现方案的优选。

5　结语

基于LandXML标准文件进行土方量计算有效解决了基础设施建设中土方量计算的问题，结合图形数据技术提高了工作效率，其可扩展性为更复杂的土方量计算提供了强大的支撑。

[1]毕林，赵辉，杨新锋.DIMINE填挖方量计算原理与方法研究[J].黄金科学技术，2017，25（03）：108～115.

[2]陈爱梅，吴昊，吴北平，党海龙，惠振阳.四种土方量计算方法的对比研究与应用[J].北京测绘，2015（01）：104～108.

[3]高 超.土石方量工程计算方法研究[J].测绘与空间地理信息，2017，40（11）：190～193.

[4]高嵩，张晖，周 欢，吴超仲.基于LandXML数据可视化技术的道路交通仿真三维场景快速生成方法[J].交通与计算机，2008（04）：103～106+119.