CAD三维实体地形建模在建设工程中的运用

CAD三维实体地形建模在建设工程中的运用摘要：针对三维建模中的不精确、反坡部分不好建模及施工隧道无法建模的情况，采用CASS软件和ZDM软件在CAD平台上建立原始地貌的三维实体模型，使得建立的模型达到既“可视”又“可算”的目的。将其应用于双沟水电工程的大坝工程量计算中，证明了该法具有准确、快捷和合理等优点。

关键词：ZDM；CASS；三维实体建模

1、引言

在传统的工程量计算中做法是：对于带状的开挖，采用剖面法，对于封闭区域的开挖采用网格法，进行计算。一般采用断面法计算，断面计算法在实际的断面布设过程中可能由于地形的变化布置断面的间距也不同，数量也不同，而且好要考虑设计断面的变化才能合理的布置断面，这一过程工作量较大，容易出现布置断面不合理。在国外软件中，很多均采用构造三维地形面模型，开挖体面模型，求解地形面模与开挖体面模的交集进行开挖计算。在国内水利水电行业采用三维实体计算工程的专门软件很少，但是计算工程量的软件确实很多，各自有着自己的优势，也有各自的不足，如果把各个软件的优势相结合起来，那么对我们计算工程量有着很大帮助。特别是利用原始地貌的三维实体建模的方法来计算工程量不仅准确而且直观。

本文就以CASS和ZDM相结合在CAD平台上吉林省抚松县双沟水电站大坝进行三维实体建模证明了该法具有准确、快捷和合理等优点。

2、三维实体的建模过程

本文介绍三维实体地形制作的步骤：首先利用CASS建立地形图；其次利用ZDM 软件生成三维实体地形，然后在用布儿运算来计算开挖或者填筑等工程量，具体步骤如下：2．1地形图的构建

目前国内比较好的做地形图的软件是南方CASS软件，CASS软件做地形图比较灵活，特别是它利用地形线能很好的调整三角网与实际地形相符。在CASS中展点并处理所展的高程点，然后利用所展的高程点生成三角网，利用CASS的加入地形线的功能处理好三角网后生成地形图。如下图1：

图1

2．2三维实体地形的建立

利用ZDM的强大三维实体地形建模的功能，ZDM的三维实体的建模是利用地形图先建立方格网，然后把方格网分为4个三角形，利用CAD的拉伸命令拉伸成三角棱柱体，然后用棱柱所在的原来的三角为截面把棱柱截取，最后把一个个的截取好的小棱柱做布尔运算（并集）形成三维实体地形。在建模过程中方格网的中方格边长取的越小，越接近地形图，但是响应的生成实体地形的过程用时就比较长。利用地形图生成的三维实体地形如下图2：

图2

原始地貌照片

从图中能很直观的看到原始地形的形状，而且也很容易看出有没有与实际不符的地方，通过CAD的渲染更加直观，如下图3：

2．3通过布尔运算计算工程量

通过以上的过程，三维实体地形已经建立，如果是开挖，则ZDM软件可以在通过封闭区域内设置不同开挖边坡，变坡、马道生成三维契型实体。也可以将平面图的开挖中心线各段设置不同的高程，将平面线转换为三维多段线，通过沿线路断面拉伸的方法生成三维实体。如果是填筑就必须建立填筑的标准实体，然后与已经建立实体地形做布尔运算（差集）得到实际填筑的形状。如下图：

建立填筑的标准断面：

拉伸标准断面得到标准断面的三维实体坝体：

将拉伸的标准断面的三维实体坝体复制放在已经做好的三维实体地形后做一个布尔运算（求标准断面的三维实体坝体的差集）得到我们实际需要填筑的实体三维坝体，如下

图所示：

然后利用CAD的查询功能就可以查出此坝体填筑总方量为234.56万立方米，与断面法计算结果（234.99万立方米）相差0.43万立方米，与三角网法计算的结果（234.88万立方米）相差0.32万立方米，几种计算的结果相差不超过0.2%。由此说明用本方法建立的模型也很准确了，能满工程计算工程量的精度要求了。通过上述的过程所建的三维实体模型，在今后工程结算和指导施工中很有用处，比如：在施工月结算的时候，只要我们测量实际的填筑高程，就可以直接通过截取的命令按高程截取所需

高程的部分就是实际的完成量，很快可以得出计算结果，比断面法等方法要快很多。

在实际的填筑过程中，可能按高程和完成方量来安排月计划或者周计划，如果把每周的计划完成填筑方量对应到高程上，如果用断面或者其他方法来计算每米高程的填筑方量，那工作量就很大，而且所需的时间将很长，如果用建三维实体模型的方法就很快了，在建好的模型上，按每米高程把三维实体切开就可以直接查询每米高程的填筑方量，速度很快，不易出现错误，减轻了大量的作图计算的过程。

3、三维实体建模在其他方面的运用

由于三维实体建模可以利用CAD的加入密度的功能，能很易的查询所建的模型的质心，在边坡的稳定性判别中用三维建模的方法很容易就可以找出松动体或者滑坡体的质心位置，对凸出危岩的危险程度判别有很大的帮助。如下图所示：

以上方法只是本人摸索的得来的比较快且建模的精度相对比较高些，能用在实际的工程施工中，对计量、施工计划的安排、后期工程三维动画的制作有很大的帮助作用。