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摘要：结合AutoCAD Civil 3D软件在肯尼亚‘莱-切’公路项目横断面设计及工程量计算中的实际应用和心得，浅析该软件用于道路原始地形曲面、道路模型及典型横断面、道路设计曲面的创建和调整方法，以及工程量计算和横断面出图的具体过程。
关键词：肯尼亚‘莱-切’公路项目；Civil 3D；原始地形曲面；道路横断面；道路设计曲面；工程量计算；横断面出图。
1 工程概况
肯尼亚‘莱-切’公路项目（以下简称本项目）位于肯尼亚西部Rift Valley省境内，本项目主线起于Trans Nzoia郡Kitale市Lessos镇，至Maili kumi na moja 村，长度约为14.8km；经Maili kumi na moja 村后，右侧转向直至终于West Pokete 郡Kapenguria市Tartar镇，长度约为13.7km；支线起于Maili kumi ma moja村后，朝左侧转向直至Trans Nzoia郡Endbase市Chepchoina镇，长度约为30.1km。
本项目主要合同内容为将现有泥结碎石路面改造升级为沥青双表处路面，设计宽度7m。道路主要结构包括沥青双表处、基层、底基层及路基，其中沥青双表处为14/20mm第一层封层及6/10第一层封层，基层厚12.5cm，底基层厚17.5cm，路基厚度30cm。路面横坡坡率-2.5%，路面结构坡比1：4，路基回填段坡比1：1.5～1：4，路基开挖段坡比1：1.5～1：2（见图1）。
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图1 肯尼亚‘莱-切’公路典型横断面示意图（单位：m）
2 Civil3D 软件的选择及应用概述
由于本项目业主采用AutoCAD Civil 3D（以下简称Civil 3D）软件进行道路平曲线及纵断面设计，为了能够更好的与设计对接并在必要时进行设计优化，我方作为承包商如果也选择Civil 3D作为道路横断面图的设计软件，就可以直接利用原始设计数据来绘制道路横断面图并计算工程量，能够有效提高施工图出图进度并降低出错几率，而提高设计效率。
本项目利用Civil 3D软件对线性对象进行数据处理的功能，以原始地形曲面为基础，结合业主提供的道路平面曲线和剖面曲线以及设计横断面，创建以平纵曲线驱动横断面而形成道路的空间线性模型，并通过特定频率的采样线进行剖切，完成横断面图的设计和工程量的计算，并根据设计变更进行实时更新。
Civil 3D软件是一款面向土木工程设计与文档编制的建筑信息模型（BIM）解决方案，是能够在工程设计对象之间建立智能化关系，从而使设计变更实现动态更新的土木工程三维参数设计工具，最大程度的减少了道路横断面设计和工程量计算过程中的出错率并提高效率。.
3 原始地形曲面建立
3.1 原始地形数据处理
在Civil 3D中，曲面的实质是数字地面模型，是利用一个任意坐标系中大量已知X、Y、Z的坐标点对连续地面的一种数字模拟表示，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。因此可以直接利用测量人员提供的包含有原始地形数据的点文件再通过调整数据格式后直接创建一个三角网曲面作为原始地形曲面。
本项目采用中海达GPS系统作为原始地形数据的采集工具，以现有道路LESSOS - MAILI KUMI NA MOJA、MAILI KUMI NA MOJA - TARTAR、MAILI KUMI NA MOJA - CHEPCHOINA作为采集对象，沿道路中线以断面间距20m（转弯及超高路段加密间距至10m）、道路中心线两侧30m范围内进行采集，形成文本文档格式的点数据原始文件，处理成PENZD（依次为点号、东距、北距、高程、点描述并用逗号进行隔开）或其他格式文件，便于Civil 3D直接读取。
3.2 创建原始地形曲面
在Civil 3D中创建一个空白的曲面对象，然后把格式调整好的点数据文件添加到曲面的定义中，由此可以生成原始地形曲面。
创建空白曲面。点击Civil 3D“工具空间”→通过鼠标右键点击“曲面”选择“创建曲面”创建一个名为“原始地形曲面”的空白曲面。在“原始地形曲面”的定义中右键点击“点文件”后选择“添加”弹出“添加点文件”对话框，然后点击对话框右上角“+”选择添加点数据文件，指定点文件格式为PENZD（逗号分隔）之后点击“确定”，完成原始地形曲面的创建。
定义和调整曲面。根据具体需要，进行曲面特性和曲面样式的调整，完成曲面的定义。在曲面特性的对话框中点选“定义”选项卡，可通过“生成”、“数据操作”、“编辑操作”等三个选项来定义曲面，例如定义筛选高程数据，可定义高程的上限值和下限值来排除小于下限值以及高于上限值的高程数据；可定义相邻三角网线之间的最大角度和三角形的最大边长等。
4 典型横断面及道路模型的建立与调整
4.1典型横断面设计数据
根据业主设计师提供的道路典型断面设计图（见图1），其填方规则包括：HF（填方高度）≤1m，坡比1：4；1m＜HF≤3m，坡比1：2；HF＞3m，坡比1：1.5。挖方规则包括：HC（挖方高度）≤1m，坡比1：2；1m＜HC≤3m，坡比1：2；HC＞3m，坡比1：1.5。
4.2 建立横断面模型
针对道路工程的特点，Civil 3D通过“装配”将设计图中的典型横断面的挖、填方规则进行定制，结合道路的设计参数并将其应用到路线中，使其在后续操作中可以实现在挖方路段执行挖方规则、填方路段执行填方规则等。
利用Civil 3D的“装配设计”功能，根据设计需要组装程序自带的部件，形成一个符合设计要求的典型装配。创建时点击“常用”选项卡中“创建设计”中的“装配”新建一个空装配并命名为“典型横断面”→点击新建空装配，会在工具栏中显示“装配：典型横断面”选项卡，点击打开“工具选项板”→逐步在空装配上添加“基本”、“车道”、“常用”、“条件”等模块中的相关部件，利用“镜像”、“复制到”、“移动到”等命令以及调整装配特性来完成装配的组装与编辑→通过修改部件特性并设定部件样式及部件的标签样式来定义部件以满足出图要求。
4.3建立道路模型
道路模型是一个具有道路轴线水平几何特性、纵剖面垂直几何特性及横断面几何特性的三维空间模型，是通过将横断面中的二维部件沿着道路轴线进行延伸，原来的点被拉伸成为一个要素线，原来的连接被拉伸成为三维带状的面，而原来的造型则被拉伸成为一个带状的空间实体。
在Civil 3D中以各种对象和数据（包括部件、装配、路线、曲面和纵断面等）为基础来创建道路模型，并可以从中提取数据诸如曲面、要素线和体积数据等。
在创建本项目道路模型的具体实践中，根据已有的原始地形曲面以及现有道路轴线，由业主设计师根据道路设计规范以及最高限速来确定新的道路轴线及纵断面，再由承包商进行道路横断面的设计和模型的创建。
点击工具空间的“创建设计”-“道路”弹出“创建道路”对话框。以MAILI KUMI NA MOJA- CHEPCHEOINA段为例，在这里定义好道路的名称“MAILI KUMI NA MOJA- CHEPCHEOINA”，可根据要求选择道路样式和道路所在图层，依次选择好道路轴线、纵断面、典型横断面，目标曲面选择“原始地形曲面”，点选“设定基准线和区域参数”后，点击“确定”生成道路模型（见图2）。
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图2 创建好的本项目道路模型（局部）
创建好道路模型之后，可以通过道路特性来对道路模型进行编辑，从而修改道路属性。通过修改道路中的“频率”来定义间隔多少距离放置一个断面，设置的频率越高，道路就越精确。在道路特性的“参数”选项卡中通过右键点击道路参数弹出的“拆分区域”来添加道路区域将特定装配与道路上的特定桩号范围相关联，通过指定不同的装配（即标准横断面），将一条道路划分成不同的区域路段。
5 道路设计曲面的创建
Civil 3D在创建完成道路模型后并不是自动生成道路曲面的。在创建好道路模型后，可以通过代码和特征线控制创建多个不同用途的道路曲面。例如可以创建道路最高的曲面用于表示道路的完成面，也可以创建道路路基最下面的曲面，可以表示场地平整的曲面。
选择已创建好的“MAILI KUMI NA MOJA- CHEPCHEOINA”道路模型，右键点击打开道路特性，在道路特性的“曲面”选项卡中点击“+”创建一个空曲面；在数据类型上选择“连接”，然后将表示路面结构、路基放坡等的代码添加到该空白曲面当中，然后点击确定生成道路设计曲面（见图3a，3b）。
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图3a 创建好的本项目道路曲面（局部）
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图3b 创建好的本项目道路曲面（路基横断面）
6 工程量计算
在Civil 3D中计算道路的土方量可以用断面法和曲面法来计算。断面法计算土方量有利于图纸的表达，缺点是计算不够精确，地形越是复杂的地方，计算的精确度越差。曲面法就是通过两个曲面比较计算土方量，和断面法相比，计算比较精确。并且横断面和工程量都可以随着道路模型的调整而同步更新，能够极大的提高工作效率。
要计算工程量，需要创建采样线编组，在道路范围内创建一组虚拟剖面以便于读取与之相交的对象数据的剖面线。选择已经创建好的“MAILI KUMI NA MOJA- CHEPCHEOINA”道路模型，右键点击道路轴线选择“创建采样线编组”弹出“创建采样线编组”对话框，设置好采样线编组名称和采样线样式。进一步设置好需要采样的数据源，例如要计算土方工程量，就需要采样原始地形曲面和路基设计曲面；要计算道路材质的工程量，就需要对道路的造型进行采样。
创建好采样线编组之后，右键点击采样线编组选择“特性”弹出“采样线编组特性”对话框，在“材质列表”选项卡下，设置对应的曲面和不同道路造型对应的道路装配部件。
创建工程量表格。通过点击功能区“分析”→“体积和材质”→“总体积表”/“材质体积表”，依次选择道路轴线、采样线编组、材质列表后，点击“确定”即可创建土方工程量总体积表。再进一步选择材质列表中单项材料，点击“确定”可创建各类材质体积表。表格样式可以根据需要修改，设置完之后即可得到总体积表和材质体积表。
7 横断面出图
在Civil 3D中横断面出图是通过创建多个横断面图，然后选取合适的图纸模板生成横断面图纸集，然后在图纸集的基础上创建横断面施工图。创建横断面图之前需要设置好道路轴线、装配、纵断面、道路模型、道路曲面、采样线，以及计算材质和设置横断面图样式，以创建横断面图。
基于前述相关内容，创建肯尼亚莱-切公路“MAILI KUMI NA MOJA- CHEPCHEOINA”路段的横断面图。点击“常用”功能区的“纵断面和横断面图”→“横断面图”中的“创建多个视图”。依次选择好：①道路轴线、采样线编组、横断面图样式；②施工图模板（可以根据标准图框自定义）、编组打印样式；③选择偏移范围、选择高程范围；④横断面标注栏样式可不选择；⑤设置好横断面图体总体积表及材质体积表样式；⑥点击“创建横断面图”以完成道路横断面图的快速出图。
8 结 语
结合Civil 3D在本项目中的应用实践，笔者逐步体会到Civil 3D面向对象是指将该对象视为一个其相关部件的有机整合，并且相关对象间动态响应并随之变化，因而在进行道路设计过程中快速形成道路模型，并通过实时检查修改，促进道路横断面图设计出图及工程量计算，但仍存在工程量表无法快速输出并被EXCEL表格识别的问题，这将是制约Civil 3D用于工程量计算的比较难以解决的痛点，需要在掌握VB、C#等计算机语言的基础上，基于.NET平台对Civil 3D进行二次开发来解决，也将是笔者下一步的学习方向。
通过学习和参考Civil 3D软件的专业资料以及在其他项目的具体应用，笔者基于本项目实际情况，以原始地形曲面、道路模型、典型横断面、道路设计曲面、工程量计算以及横断面出图等为对象，通过简略描述和展示的方式分享了笔者利用Civil 3D创建和修改上述对象的主要过程和些许认识，仅供参考。
参考文献：
[1]《LESSOS-NAMANJALALA-MAILI KUMI NA MOJA-KERINGET- TARTAR及MAILI KUMI NA MOJA-KOLONGOLO-CHEPCHOINA道路标准沥青翻新和维护项目合同》合同编号：RWC 542
[2]《肯尼亚道路与桥梁标准施工规范》（1986版）
[3]《AutoCAD Civil 3D 2018场地设计实例教程》/武卫平 主编-北京：机械工业出版社，2018.9 ISBN 978-7-111-60730-4
[4]《Civil 3D在潼南航电枢纽工程中的应用》/许志德-《四川水利发电》第37卷增刊1
[5]《浅谈Civil 3D与InfraWorks360软件在叶巴滩水电站施工总布置三维设计中的应用》/袁木，吴莹，潘勇-《四川水利发电》2019年第1期
作者简介：
赵维刚（1980年9月），男，陕西咸阳人，西安理工大学水利水电工程专业，学士，工程师，从事工程施工管理工作。
王萌（1987年11月），男，甘肃文县人，中央广播电视大学水利工程专业，助理工程师，从事工程经营管理工作。