civil_3d在土地平整土方量计算方面的应用

civil 3D 在土方量计算方面的应用

周宏朱海山

摘要：土方量计算是土地整理工作量预算和投资的重要依据，准确快速地计算土方量具有重要的实用价值。为解决传统土方量计算方法精度低、计算过程复杂等问题，采用Civil 3D 软件，通过对地面建立TIN数字模型，根据给定的设计平面，直接计算土方工作量，实现土地平整挖填土方量的准确计算，并能自动进行挖填平衡，同时Civil 3D可以在更改设计后,实现实时更新，大大提高了土方计算的工作效率。

关键词：Civil 3D；土方量计算

1．引言

土地整理项目中土地平整工程投资约占总投资的40-80%，土方量的大小与土地平整的投资直接相关，因此准确计算土方量对开展土方工程、投资预算具有重要意义。

传统土方量计算方法主要包括断面法、方格网法、散点法和表格法。断面法主要用于山地及高差变化比较大的地形，也是土方计算的主要方法。方格网法适用于平坦地区及地形高差变化不太大的地形。散点法适用于地形虽有起伏，但变化比较均匀，不太复杂的地形，这些土方量计算方法的适用范围都受地形条件限制。而且数学模型不够严密，计算精度得不到保证。

随着 GIS 的迅速发展，GIS 技术在土地整理方面得到广泛应用。Civil 3D软件是Autodesk开发的面向工程应用的GIS软件，特点是直接在数字地面模型上进行可视化设计，体现了一个从勘测－设计－施工的无缝衔接的全新的工作理念，减少了不必要的重复环节，大大提高了工作效率。我们尝试利用Civil 3D在体积计算方面的功能，用于土地整理项目中土地平整设计，Civil 3d能够利用TIN数字模型构建的曲面数据进行精确的土方量计算，直接输出土方施工图，并且能够实现在更新设计的同时实时更新土方计算数据，在土地整理项目的土方计算工作中得到了很好的应用。

2．技术流程

2.1 数据采集

2.1.1 点数据的采集。点数据主要包括点号和点位的三维信息，是描述地表形状及建立曲面模型的原始数据，Civil 3d 可以通过读入文本格式的坐标文件获取，这些三维点数据可以是仪器采集的数据，也可以是其他测绘软件导出的格式。我们测绘常用的南方软件的数据格式可以通过转换后再读入。

图1 导入点格式界面

2.1.2 曲面是地的表面的三维几何表示，是进行土方计算的数据基础，由三角形或栅格组成，这些三角形或栅格是 Autodesk Civil 3D 连接组成曲面数据的点而创建的。您可以创

建新的空曲面，然后将数据添加到其中；也可以导入现有的曲面，例如 LandXML、三角网或DEM 文件。通常，原始曲面信息主要包括点或等高线，另外还包括辅助的特征线和边界。特征线就是约束线，例如护墙、河岸和河床、山脊线、路缘及地表上的其他突变。边界控制着曲面的可见范围，可以用来在包含建筑物或水域的曲面中创建孔。

我们通常用到的格式大多是南方CASS等autocad平台上的测绘软件生成的地形图,地形数据可以由图内的等高线导入。具体方法是在屏幕上选择一条等高线，然后单击右键后在菜单中选择“选择类似图元”即选择全部等高线，然后在工具空间中新建一个曲面，再选择该曲面的定义中选择“添加”“等高线”。系统就会根据等高线图元的Z值转换得到相应的高程信息，自动建立一个曲面数学模型，这样就完成了二维图形到三维数据的转换。

图2 构建的地形曲面模型的三维视图

2.2 构建设计曲面

根据土地整理项目的特点和要求，设计曲面是根据地形条件和设计要求，来求得一个能满足灌溉需要又使土方工作量最合理化的一个平面，需要确定的参数有两个：高程和坡度，我们在Civil 3d中用放坡的方法来实现。然后再用设计曲面和上一步骤构建的地表曲面进行体积计算，从而实现土方工作量的计算，如下图。

图3 土方计算示意图

具体方法是在主菜单“放坡”-“放坡创建工具”，然后单击“设置放坡组”，出现如下界面：

图4 创建放坡

选择“自动创建曲面”并定义体积基准曲面为我们先前建立的地形曲面。然后单击“选择规则集”选中“目标：距离”然后在规则下拉列表中选中“距离-坡度”作为我们放坡的参数。然后根据我们在图内定义的边界和给定的放坡参数，创建一个放坡曲面。

2.3 土方计算

曲面数据准备好后，就可以进行土方工作量的计算了。在主菜单“放坡”-“实用工具”，然后单击“放坡体积工具”，出现如下界面：

图5 放坡体积计算

计算出的结果净值往往不是理想值，我们就需要单击“自动升高/降低以平衡体积”工具，给定自动平衡体积的理想净值：

图6 输入所需体积

然后Civil 3d就会进行试算得出准确的自动平衡计算结果：

图7 自动平衡计算结果

然后我们再根据自动平衡计算结果，对设计方案进行必要的调整，也就是对放坡参数进行调整，调整的同时Civil 3d会自动地对体积计算结果进行更新，我们可以很方便地观察到调整后的结果。

2.4 土方施工图输出

经过试算后确定的设计结果，可以直接输出土方施工图。在主菜单“曲面”-“实用工具”，然后单击“土方施工图”。

图8 土方施工图界面

我们把原始地形和设计地形等参数设定好，单击“生成土方施工图”，结果如下图：

图９土方施工图

Civil 3d 会根据先前设定好的样式，自动生成土方施工图，用不同的颜色和样式来反映每个地块的填挖方工作量。

3．结语

经过对Civil 3d在土方计算中的应用尝试，我们的收获有以下几点：

1、Civil 3d计算体积的数据模型和算法都十分严密科学，保证了土地整理项目中土方计算的精度和效率。

2、Civil 3d 给设计者提供了丰富和强大的设计工具，大大提高了设计者的工作效率，同时也对测绘提出了更高的要求，以往提供二维图形数据已经不能满足设计部门的需要，提供能直接用于设计的三维数据是迫在眉睫的需要，也是未来发展的必然趋势。

【参考文献】：

1、《Autodesk Civil 3D help》

2、《约束Delaunay三角剖分在土方量计算中的应用》中国地质大学张剑波等

作者简介：周宏，就职于新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，助理工程师，通讯地址：新疆昌吉市延安南路143号勘测总队。

朱海山，就职于新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院，工程师，通讯地

址同上。