魏鹏飞1 张靖雨2 江峡2
中铁建港航局集团勘察设计院有限公司 广东 广州511442
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摘 要： 文章以重庆长寿二桥弃土场设计项目为例，提出了Civil3D在场地设计项目中的应用方向，通过对场地多级边坡设计和土方工程量的计算，揭示了Civil3D所具有的优势，为以后类似工程项目提供了可靠的借鉴作用。
关键词： Civil3D 场地设计 三维模型 多级边坡 土方工程量
1 引言
Civil3D作为一款面向土木工程设计的建筑信息模型（BIM）解决方案，可以方便的进行曲面建模、场地设计等。能根据不同数据来源生成三维数字地形模型，利用数字地形模型可直观、快速、准确的计算土方量，绘制纵横断面图，查看三维模型等功能。同时Autodesk Civil 3D还整合了CAD、3Dmax等软件，并具有强大的项目管理功能，其相关设计要素之间的动态关联更新功能大大降低了设计过程中的劳动强度，实现了所见即所得的设计模式，特别是在土石方工程量计算中当地形数据发生变化和设计参数更新之后该功能保证了工程量计算的正确性。本文以重庆长寿长江二桥弃土场设计项目为例，探讨Civil3D在场地设计中的应用。
2 实例分析
2.1 项目概况
本工程为安置重庆长寿长江二桥工程施工期南北锚碇开挖产生弃土的弃土场设计。南北区在桥未建成之前，行程较远，因此，需要南北两岸开挖出来的土方在各自地区平衡，本文仅以南区弃土场地设计为例，设计可容纳弃土方量约160万m3。
2.2 弃土场设计要点
弃土场设计时需要考虑两个最重要的问题，一是弃土场选址问题，选址要本着“安全、环保、经济”的原则，同时结合项目自身特点，达到科学选址的目的，而安全问题又是其中的重中之重，因此需要合理利用地形设置的放坡形式；二是土方量的问题，要保证设计方量能够满足需求。
2.2 原始地形数据采集
原始地形数据主要为DEM数据，该数据包括平面位置和高程数据两种信息，目前可以采用GPS、三维激光扫描仪或者无人机航空摄影等进行测量，也可以从航空影像、遥感图像或既有地形图上得到，具体采用何种数据源，一方面取决于获得这些数据的难易程度，另一方面也取决于DEM的分辨率、精度、数据量大小和技术条件等。本项目采用无人机倾斜摄影技术得到较为精确的地形数据。
2.3 地形曲面创建
Civil 3D的曲面功能有丰富的曲面创建选项，可以通过添加等高线、DEM 文件、图形对象（点、块、文本等）、点文件等方式创建曲面。本项目将利用无人机倾斜摄影技术得到的数据加以处理后，将高程点数据导入到Civil3D中生成曲面，然后利用等高线和特征线加以修正，并通过曲面特性中的定义选项设置将异常值排除，最后添加外部边界完成整个曲面模型的创建，最终生成的地形曲面模型如图1所示。
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图1 地形曲面模型
2.4 设计曲面创建
基于弃土场设计要点，根据地势拟在本区域东侧堆填为一个高平台，综合考虑弃土量的需求以及本弃土区东南北三向的地面标高后平台标高取360m，以1：2的坡度向各侧放坡，东南北三向地面高差较小，共采用2级放坡；西侧高差约为75m，共采用6级放坡；顶端4级放坡均采用1：2的坡度，每级放坡高度均为15m，并在每级坡间设置一个宽5m的肩台；西侧底部地形壶口形状收缩，适当减少放坡坡度对回填量影响较小，因此底部采用1：4的坡度放坡，每级放坡高度同为15m，2级放坡，肩台取5~10m。封口挡墙设置在西侧端部壶口处，挡墙高8m，顶面标高为285m。
设计放坡为相对复杂的多级边坡，Civil3D提供的“放坡”功能仅能自动判断单级边坡对地形曲面的填挖边坡线，无法满足多级放坡情况，存在一定的使用限制，因此巧用“道路”功能同时灵活配合“装配”功能从而实现多级放坡的功能。该曲面可以使各设计要素之间动态关联，并同步更新，任意修改一种一个参数，系统会自动更新最终结果，大大的提高了设计效率。图2所示为设计曲面模型。
图2 设计曲面模型
3 设计应用
3.1 土方量统计
传统的土方量是按设计开挖高程，用剖面法、等高线法、方格网法或以南方CASS等为代表的土方计算软件进行计算，用不同的方法或软件计算的工程量局限性大、制约因素多。
而Civil3D中求算挖填方量就是在同一个区域建立两个（或多个）曲面，比较曲面之间的体积差，如果测量曲面能够合理反应实际地形，就会得到较为精准的土方量计算结果。图3所示为地形曲面和设计曲面粘贴在一起后形成的完工曲面。同时工程量也可以随设计边坡、高程、基坑型式等设计参数实时动态更新。图4所示为本项目提取的土方工程量。
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图3 完工曲面
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图4 土方工程量
3.2 施工图出图
利用Civil3D设计不仅能够方便的计算工程量，还可以直接导出生成施工图，该图纸也是动态关联各个设计参数，修改任意设计参数，图纸也随之更新，方便快捷。图5所示为导出的平面图。
图5 弃土场平面图
4 结语
通过Civil3D平台在场地设计项目中的应用，可以发现Civil3D具有以下优点：
（1）可视性。利用Civil3D生成的曲面模型、三维模型、剖切图以及各种分析图表，可以形象直观、且能够较真实直观反映工程场地情况。
（2）高效性。Civil3D生成的模型中包含丰富的智能、动态数据，便于在项目的任何阶段快速进行设计变更。
（3）准确性。利用Civil3D创建地形曲面模型具有快捷、准确的特点，特别是在地形复杂的情况下更能体现其优势。同时Civil3D计算土方量效率高、计算数据准确，
通过本项目的实施，充分验证了Civil3D在场地设计项目中应用的可行性，并在一定程度上节约了项目的时间成本，大大提高了工作效率和准确性，为以后类似的项目提供参考。
参考文献
[1] 程许龙, 刘中正. 基于BIM的场地平整技术及应用[J]. 西部大开发(土地开发工程研究), 2018, v.3;No.228(03):35-38.
[2] 叶晓文, Civil 3D 在多级边坡场地设计中的应用[J].港工技术,2020(12).
[3] 张春雷, 王洪梅. Civil 3D软件在岩土边坡设计土石方量计算中的应用研究[J]. 青海国土经略, 2018, 000(005):60-62.
[4] 李万红. 基于AUTO Civil 3D的三维地质建模与应用[J]. 人民长江, 2020(8).
[5] 吕飞飞. 公路弃土场的设计要点[J]. 现代工业经济和信息化, 2017(08):75-76
作者简介：魏鹏飞（1994.07），男，重庆交通大学，港口航道与海岸工程，本科，助理工程师，主要从事结构设计及BIM工作。