civil_3d在土地平整土方量计算方面的应用
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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。