Civil3D在海港疏浚工程中的应用探讨

袁晓洲　宋宗旋

摘 要：Civil3d软件包含勘测、曲面和放坡、地块布局、道路建模、管道、土方量计算等模块，可实现动态三维工程模型的即时修改，其对象之间的智能关联可使用户更轻松、更高效地探索和优化设计方案。本文通过某海港疏浚工程实例来探讨Civil3d软件在海港疏浚工程的应用，为该软件广泛应用于港口工程特别是海港工程土方计算、出图总结实现方法并提供工程案例。

关键词：Civil3d;港口工程;海港;港池疏浚

中图分类号：U65               文献标识码：A            文章編号：1006—7973（2019）10-0059-03

1 Civil3d简介

Civil3d不仅包含了AutoCAD的全部功能，而且还具备三维动态模型的设计功能，通过曲面编辑、路线创建、放坡组工具等功能可实现实际工程领域的建模与设计计算。通过软件，设计者可实时查看三维视图，判断软件建模及计算是否满足设计要求，实现设计意图，同时也可以通过三维视图来实现设计与工程实际的结合，便于设计者更直观理解相关设计理念的实现过程[1]。

在土方计算中，Civil3D软件利用复合体积算法或平均断面算法，能快速计算原始地形曲面和设计曲面之间的土方量;其原理实际就是曲面与曲面的叠加，通过地形曲面与设计曲面的各高程点的Z值之差，利用较精确的三角网或者栅格计算模型来计算其体积[2]。

2 海港码头水域疏浚的特点分析

特点一：水域疏浚工程量较大，按照传统的方法计算疏浚量存在工程量大，错误多，反复性绘图等缺点。

特点二：海港码头具有码头等级较大，靠泊船舶吨级较大等特点，为减小整个疏浚工程量从而降低工程总投资，海港码头船舶回旋水域（即调头水域）会考虑乘潮进港，从而在停泊水域与回旋水域之间出现一个放坡渐变区（下文称之为过渡区）。

特点三：海港码头根据工程所处区域位置不同，工程地质条件千差万别，在疏浚土深度方向土质变化可能较明显。根据《疏浚与吹填工程设计规范》，疏浚岩土应根据疏浚机具对其挖掘、提升、输送等的难易程度进行分级，不同分级的疏浚土方采用的疏浚设备不一、疏浚方式不一，从而导致单位工程疏浚单价不一。如何较准确的计算不同土层的疏浚土方工程量影响到疏浚综合单价的确定以及最终的总疏浚费用等。

3 实际工程设计应用

3.1 项目简介

钦州某海港码头，码头采用岸壁式沉箱结构，码头前沿停泊水域宽65m，长539m，码头前沿停泊水域设计底高程为-13.7m;回旋水域布置在停泊水域前方，回旋水域长轴为572.5m，短轴为458m，回旋水域占用进港航道水域，船舶考虑乘潮进港，回旋水域设计底高程与进港航道设计底高程取为一致，即-11.3m。根据业主要求，本工程不包含进港航道部分疏浚，进港航道部分设计由业主另行委托。本工程疏浚平面布置详见图1：

另根据相关勘察报告揭示，水域部分地层主要由第四系（Q）松散海相堆积物及基底志留系（S）风化岩组成，大致可分为三层——场地覆盖层（疏浚等级2～8级、局部11级）、强风化粉砂质泥岩层（疏浚等级11～12级）、中风化粉砂质

（疏浚等级13级，需炸礁）。本工程典型断面地质剖面图见图2：

根据本海港工程特点，该工程水域疏浚需考虑不同土层分级分别按照不同的稳定坡比放坡来计算疏浚量，同时，需考虑停泊水域和回旋水域过渡区放坡计算，最后还需生成断面图及土方工程量统计表，前文所述海港码头特点均有涉及，具有一定的代表性。本文以该海港码头为例来探讨Civil3d在海港码头疏浚工程的应用及适应性，总结实现方法，为其他类似工程提供案例参考。

3.2 Civil3d应用

3.2.1 创建地形曲面

Civil3d可以根据勘测资料方便快捷的创建地形曲面，创建曲面的方法有很多种，本文通过创建三角网曲面，然后向三角网曲面添加数据方式创建地形曲面。Civil3d可以通过图形对象、DEM文件、点文件、特征线、等高线等多种方式向曲面添加数据，对勘测地形的可识别程度高，软件适应性和通用性较强。

生成原始地形曲面后，可选中创建的曲面通过对象查看器查看曲面，如有发现明显的错误，可以通过曲面特性进行修改。本文勘测地形属性为块，通过图形对象中的块向新建的三角网曲面添加数据，生成原始地形曲面如图3所示：

3.2.2 创建设计曲面

创建设计曲面需通过要素线和放坡组来实现。首先，根据港池疏浚平面图，考虑到本工程存在过渡区，因而回旋水域范围边线需进行相应调整，预留出过渡区范围。以本文案例为例，过渡区为停泊水域按照1：5放坡至回旋水域区域，考虑两水域高差，计算出过渡区宽度为12m，将停泊水域边线向外侧偏移12m，连接至回旋水域边线;然后，创建要素线，并定义要素线各点高程;最后，定义放坡组，放坡组包含边坡坡度以及放坡样式等，通过放坡组工具，选择要素线进行放坡，生成设计曲面，如图4所示。

3.2.3 计算土方工程量

Civil3d计算土方工程量可通过“常用”—“放坡”—“放坡创建工具”中“放坡体积工具”选项，快速统计计算边坡量、总量等土方量。另外，可通过“放坡体积工具”选项面板左上角“设定放坡组”来分区域统计相关土方量，详见图5。

3.2.4 生成断面图

Civil3d批量绘制断面图可采用道路横断图方法来实现。首先，采用路线创建工具，定义路线，确定断面位置等;然后通过采样线工具，沿定义好的路线按一定间距创建采样线（即断面线），确定断面间距、放坡范围等;最后，通过横断面图工具，批量创建土方断面图，每个采样线对应一个断面图，横断面图样式根据各院出图习惯及要求灵活自行定制。此外，对于初设阶段，典型土方断面图可通过更为简捷的“快速纵断面”工具来创建。

“快速纵断面”及“横断面图”工具可极大的减少人工绘制土方断面的工作量，同时结合Civil3d实时查看、动态修改及其对象之间的智能关联性，可极大的提高工作效率。

3.2.5 分土质计算

Civil3d生成的放坡坡顶线可被识别作为要素线进行放坡等操作，针对地质分层较明显的港池疏浚工程，可将各分层土层分别建立地形曲面（1～n），以港池开挖边界作为初始要素线自下而上逐层放坡，下层坡顶线作为上层土层的要素线，如此重复，可得到不同土层不同坡度的设计曲面，再分层统计各土层开挖土方量，最后采用上述3.2.4步骤生成断面图，从而达到施工图（含分层土质线及分层土方量）出图要求。

3.2.6 小结

目前，随着BIM技术在水运行业的探索与应用，Civil3D因其具有强大的三维地面模型处理能力而越来越被广泛使用。利用Civil3D建立三維地面模型，在进行场地设计、地块划分、路线布置、室外管线设计和统计工程量的同时，还可得到能够即时更新的地形断面图、土石方施工图、道路及管线的布置图和断面图等。

Civil3D可实现土质分层计算并在批量生成的断面图中绘制土质分层线，同时Civil3D可自动统计各生成的断面图的挖方、填方面积，这极大的提高了设计效率，也是其他土方软件所不具备的功能。

4 结论

3D立体化设计是设计行业的发展趋势，Civil3d具有直观、精确、高效等优点。在当今对设计成果要求越来越高，设计周期越来越短的工作环境下，Civil3d在保证准确性的前提下极大的提高了设计工作者的效率[3]。

本文以某海港码头为例来探讨Civil3d在海港码头疏浚工程的应用及适应性，总结实现方法，为其他类似工程提供工程案例参考。经过深入分析并通过实例验证了Civil3d对于工程设计具有动态高效的特点，Civil3d以其强大的综合功能可较好的适应港口工程疏浚设计。相较于传统计算方法，其优势主要有以下几点：

Civil3d对勘测的地形数据类型具有较强的兼容性，相较其他土方软件，更具备广泛的适用性。

Civil3d能根据地形数据实时生成三维模型，可通过三维模型较直观、快捷的观察地形数据的准确性，同时Civil3d的曲面功能可方便的对地形数据进行编辑修改，尽量避免地形资料错误对工程设计造成影响。

Civil3d可实现动态三维工程模型的即时修改，其对象之间具备智能关联，更新地形数据后，其相关的地形曲面、设计曲面、放坡组、断面图等可自动智能关联修改，极大的方便了设计者进行方案比较设计，可使用户更轻松、更高效的探索和优化设计方案。

Civil3d可批量绘制断面图，计算工程量并输出工程量报表，大幅度提高出图效率。

参考文献：

[1] 兰立伟，严杰.AutoCAD Civil3d在水利工程设计中的应用[J].中国水运（下半月），2009，9（12）：120-121.

[2] 余剑.Civil3d在土方量计算中的应用[J].城市勘测，2009（4）：87-89.

[3] 郭阳洋.Civil3d软件在场地平整设计中的应用[J].中国市政工程，2013.