Civil 3D软件在桑干河河道综合治理工程的应用

周 卫

（中交水利水电建设有限公司 浙江宁波 315200）

0 引言

Civil 3D 是Autodesk 公司面向土木工程行业推出的一款为解决建筑信息模型（BIM）方案的一款强大制图软件，它是在Autodesk CAD 的基础上进行开发的，经过几次版本的更新，Civil 3D 软件的曲面、放坡、路线、管道、场地、数据提取、施工图绘制、工程量计算和三维建模等功能的不断完善，使其在交通公路、市政以及水利等行业越来越受欢迎，使用频率也逐步上升，在施工管理工作中利用Civil 3D 软件可以提高工作效率。

1 工程概况

桑干河应县段河道综合治理工程主要工程内容是河道疏浚开挖和堤防填筑，其中河道开挖底宽为20～30 m，开挖边坡为1∶3，开挖长约56 km；堤防填筑顶宽6 m，边坡为1∶3，其中边坡采用草皮护坡，左右岸堤防总长约75 km。如图1。

图1 堤防典型横断面图

2 Civil 3D 软件在本项目的具体应用

2.1 工作流程

本项目运用Civil 3D 主要任务为计算土方工程方量和堤防草皮护坡面积工程量，具体工作流程如图2。

图2 流程图

2.2 数据准备

根据原设计的数据，对开挖和堤防填筑中心控制线进行原始地面测量，整理出所需要的原始设计堤轴线和河道开挖区域的全部测量数据，并将设计控制线路、设计开挖底高程和填筑顶高程数据整理为Civil 3D 软件需要的格式。Civil 3D 软件可适应多种数据格式，也可与多种软件互通互联。

2.3 原始三维地形曲面创建

在Civil 3D 中，原始地形曲面可以通过高程点创建，也可以对图形中的等高线和带有高程信息的文字、块、点样式进行识别创建曲面[1]。在创建过程中可以设置一定范围，避免出现错误，如桑干河应县段河道综合治理项目的高程范围基本在970～1020 的范围内，即可设置只取在这范围内的数据创建曲面，过滤掉错误的数据。曲面创建完成后可根据需求对其进行样式编辑，Civil 3D 有一个强大曲面样式功能，可以根据需要满足不同的显示形式。

2.4 线路和装配结构创建

线路可以手动创建，也可以根据对象、道路和现有线路等方式创建。本工程因已有原设计控制线，可以根据控制线对象创建线路。桑干河应县段河道疏浚开挖因宽度为20～30 m，宽度有变化，因此还创建了偏移路线以控制开挖边线符合设计要求，并且主槽开挖与穿河过水路面相交处开挖宽度为50 m，在这部分区域创建加宽区域。装配定义即为标准的横断面定义。本工程横断面相对简单，通过Civil 3D 装配定义功能中的“连接宽度和坡度”、“指向曲面的连接”和“自定义部件”等部件，模拟出疏浚开挖、堤防回填和草皮护坡横断面[2]。理论上Civil 3D 可以创建任何复杂的横断面结构，使其适用于交通公路、市政管网和水利水渠等项目，如图3。

图3 装配图

2.5 代码集管理

代码集需结合装配设置，根据对横断面图显示样式的需求，可自定义代码集的“连接”、“点”和“造型”具体形式。由于Civil 3D 软件属于开放型，没有特定的样式，用户可自己设计出理想的横断面出图样式。整个设置代码集过程需反复调试，相对消耗时间，但是根据横断面出图样式确定了装配代码集，后续调用非常便捷。本项目以桑干河堤防填筑为例进行代码集设置，对装配中需要在横断面图中展示数据的每一个“连接”和“点”标签样式进行修改，使得满足后续横断面图需求，如图4。

图4 代码集调整面板图

2.6 纵断面创建

Civil 3D 纵断面的创建可以通过工具条或文件形式创建，原始地形曲面的纵断面可自动生成。原始地形曲面的纵断面生成后，可根据原设计文件的设计纵断面数据，通过数据导入方式生成设计纵断面。堤防回填与草皮护坡的设计纵断面线高程相差52 cm，堤防回填纵断面创建完成后只需整体提高高程即可得到草皮护坡纵断面，在后续草皮护坡工程量计算中可简化流程。

2.7 疏浚开挖和堤防回填模型创建

原始地形曲面、路线、设计纵断面、装配要素完成后可通过Civil 3D 软件“道路”功能创建疏浚开挖和堤防回填模型。模型创建后可用对象查看功能观察三维状态下的模型，模型创建也是后续横断面和工程量计算的前提。本案例中，河道疏浚开挖宽度随着桩号不断变化，提前设置好开挖边线的控制线路，利用目标映射功能，能解决宽度变化问题，也可解决同一断面开挖深度不同问题。

2.8 横断面出图

土方工程量计算原理是，上部填筑模型曲面与原始地形曲面相交形成的封闭横断面为计算断面，因此在横断面出图前，应对堤防填筑模型进行曲面化，生成模型曲面，以便土方工程量计算时使用。横断面生成前还应设置采样线，控制横断面出图的位置桩号和数量，同时采样线设置后需对工程量计算进行设置，使堤防填筑曲面为上曲面，原始地形曲面为下曲面。设置好相关数据后进行横断面出图。横断面的显示形式可根据需求调整，数据输出显示表格也可自定义，一旦设置好模板，横断面出图十分方便，横断面上的长度和点位高程标注是由代码集控制管理，如图5。

图5 土方回填计算横断面图

2.9 土方开挖回填工程量计算

在本案例中，不仅需要对土方开挖和回填量进行计算，还需要对清表面积进行计算。传统的软件往往只能对土方开挖回填进行自动计算，难以快速计算清表面积。Civil 3D 软件只要合理设置模型和参数，相应需求都可以得到计算结果，并且Civil 3D 软件可自动生成包括纵断面、横断面和路线等数据表格，不仅是设计阶段，施工阶段也同样便捷。以本工程中的土方计算为例，选中需要计算工程量的横断面，即可出现生成体积报告选项，点击即可自动生成工程量计算表格。本案例清表面积的计算是利用Civil 3D 软件的报告管理器功能，把需要计算的横断面数据全部输出表格，再利用Excel 计算横断面输出的清表边线坐标偏移量之和，就可自动获得每个横断面的清表宽度，利用平均断面法即可计算清表面积，如图6。

图6 体积报告图

2.10 更换草皮护坡装配与草皮护坡工程量计算

在计算草皮护坡面积时，只需把堤防回填模型装配结构和横断面显示代码集替换为草皮护坡的装配结构和代码集，草皮护坡的横断面就可以重新生成。常用的南方CASS 和CAD 等软件无法系统表达出斜坡长度，Civil 3D 不仅能自动标注斜坡长度，还可以间接做到斜坡长度的计算。先利用Civil 3D 软件中工具箱报告管理器中道路横断面点报告功能，生成全部横断面图数据点的坐标，然后利用空间坐标点关系计算出斜坡标注长度，此方法可快速计算草皮护坡面积，不再需要一个一个地输入数据计算。

图7 道路横断面点报告图

图8 草皮护坡计算横断面图

3 动态更新

Civil 3D 软件与传统二维CAD 制图软件最大区别在于摒弃了传统制图中手动绘制、计算和输出数据的模式，整个运用过程中，前期模型创建需人机协作完成，其余运算、输出的数据等均可通过统一模板由电脑自动生成，无需手动计算和输入。各类数据组合后生成模型，使整个模型形成统一的整体，修改某一部分，与之关联的部分会跟着自动修改，关联的数据也会实时更新，实现动态关联更新。这种智能化关联关系省去了传统制图中大量重复制图、计算、检查和标记等工作，使用者减轻了繁琐耗时的绘图工作，降低了出错率，提高了工作质量和效率[3]。本案例中最终需要的是工程量计算，但是如果前期原始地形曲面、线路位置或纵断面数据一旦出现错误，传统的制图软件都得整个流程重新工作，Civil 3D 软件可以做到把相关错误数据修改后，最终结果自动更新，无需重复操作。以本工程草皮护坡工程量计算为例，前期堤防填筑的工程量已经计算，相应的地形曲面，路线、纵断面、道路模型和采样线都已经形成，后面在计算草皮护坡时，只需要重新替换装配结构和横断面显示代码集，横断面就可以重新生成，草皮护坡工程量即可快速计算，实际操作中原本常规方法需要几天的工作时间，使用Civil 3D 软件不到一天全部完成。

4 总结

本文以水利工程中的河道疏浚开挖和堤防填筑为实例讲述Civil 3D 软件一部分操作功能，对原始三维地形曲面、线路和装配结构创建、纵断面创建、代码集管理、横断面出图、工程量计算和动态更新等方面的应用，得到了较好的分析、计算和输出效果，同时节省了大量工作时间，提高了工作效率。Civil 3D 软件在水利工程中应用相比传统CAD 软件主要有如下优点：

1）Civil 3D 软件为Autodesk 公司产品，能与众多软件互联互通，能处理多种格式数据，输出的数据文件也可被多款软件识别，配合相关软件可解决复杂问题。

2）原始地形曲面、路线、纵断面、横断面结合动态更新功能，使得在设计和施工阶段工程量计算和出图非常便捷，提高了工作效率。

3）Civil 3D 软件强大的标注和自定义设置功能，可以使得输出的图纸和表达的显示效果能很好适应不同的需求，并且只要制定好模板，后期使用十分方便快捷。