Civil3D在土地开发工程中的应用__墨水学术,论文发表,发表论文,职

所属栏目：应用电子技术论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:141

副标题#e#摘要：许多工程建设都要在施工前期进行大量的土石方开挖，在土地开发工程中，土方量测算是开发企业核算结算的科学依据，通过测绘技术结合相关计算机软件实现土地开发过程中的三维再现，科学的计算并直观的展示土方工程量是一项先进的科学技术，本文通过一个实例，讲解了Civil3D软件在土方量计算中的应用。利用软件的三维地形功能和数据处理功能提供的资料，在工程建设中，有着非常重要的实用价值。
　　关键词：三维模型；Civil3D；土方量计算
　　1引言
　　土方量的计算在土地开发工程设计阶段和施工阶段都是一个必不可少的步骤，而且计算的数据量比较大。现在大部分的测量软件都有计算土方量的功能，如南方CASS、HTCAD等，虽然这些软件提供了多种计算方法，但对一些数据的筛选以及三维模型的支持还不够完善。
　　Civil3D是Autodesk公司在基础设施行业推出的一款适用于多领域、一体化的三维设计软件，广泛应用于勘察测绘、地形地貌、岩土工程、土地规划等领域。它可以分析和调整测量数据，创建或复原三维地形，平整场地并计算土方量，设计各种路线及纵横断面，生成道路模型并计算土方量等。
　　2Civil3D计算土方量原理和方法
　　在Civil3D中，数字地形模型被称为“曲面”，曲面是一块土地的三维几何表示，曲面由三角形或栅格组成，而这些三角形或栅格是由我们在野外所采集的点所组成的。可以利用各种三维数据源构建地形曲面。可以分析等高线、坡度、高程和流域面积，并在编辑曲面时即时更新等高线、体积和曲面分析。当添加、编辑或删除源数据时，软件会自动更新整个地形曲面。在土方量计算中，土方量就是曲面与曲面的叠加，计算出每一个高程点的Z值之差，利用精确的几何计算模型来计算的。但是它也根据不同地形模型而采用不同的曲面构造方法。其曲面分为：
　　2.1、三角网曲面：它是由不规则三角网中的三角形组成，组成曲面三角剖分的三角形由三角网组成。曲面中任何的高程都是通过对该点所在三角形顶点的高程进行内插来定义的。此种曲面适合用于不规则分布的采样数据而得到的复杂多变的曲面。
　　2.2、栅格曲面：是由规则的点组成。主要用于均匀分布的采样数据而得到的均匀曲面。
　　2.3、三角网体量曲面：此曲面是由基准曲面和对照曲面中的点组合而成。它提供了基准面和对照曲面之间的精确差异。体量曲面中的任何点的Z值都等于对照曲面和基准曲面在该点的Z值之差。此方法将给出两个曲面定义之间的精确体积测量值，如图1。
　　
　　图1三角网体量曲面
　　2.4、栅格体量曲面：此曲面大致可以看作基准面与对照曲面之差。栅格体量曲面的形成方法是利用Z值来生成栅格，因此它仅在栅格点处给出了精确的差值。如图2：
　　
　　图2栅格体量曲面
　　
　　3具体实例应用
　　下面通过本人在工作中的一个具体实例来看一下Civil3D在土方量计算中的应用。浙江省江山市竹木园区为发展需要，将一片丘陵规划为建设用地，该区域地势起伏较大，最大高差达到28米之多，面积约267亩。土地前期开发成本较大，经多方商讨，为最大降低工程前期投资，土地开挖中尽量减少土方外运和重复填挖，制作场地平整的直观的设计三维图形，合理设计开挖面，为前期工程论证提供直观的模型，并以此计算土方量。
　　3.1、数据准备。业主提供了测区的1:500电子版地形图，作为土地开发的参考资料，经认真分析和实地查勘，比对地形地貌，对图上数据进行修改完善，并根据土方量算要求利用仪器对实地数据进行了补测和加密，以满足土方量算的技术要求，提高内业计算的精度。笔者发现，在许多土方计算中，数据的加密和修正常常被忽视，主要有两个原因，一是对地形的科学认识不够；二是传统二维土方计算软件抽象，不能够显示数据缺失造成的失真。数据是土方量算的重要依据，数据决#p#副标题#e#定着土方计算的科学准确性，必须进行反复的比对、校核、加密，尽量贴合原始地形地貌特征。
　　开挖面设计根据原始地貌特征，按照低成本、宜建设的原则，尽量做到填挖平衡，以减少土方外运。开发方案确定后，利用CAD成图软件建立等高线的设计模拟地形，然后生成数据资料，以备土方计算使用。
　　3.2、三维图形的建立。原始地形地貌和设计开挖场景的三维再现有利于直观判断开挖要求，有利于开发单位施工操作，直观地反映开挖方量。经CAD软件生成等高线文件导入3DSMax进行修饰加工，制作了三维图形，原始地形地貌如图3；设计开挖模拟地形如图4。
　　
　　图3原始地形地貌
　　
　　图4设计开挖模拟地形
　　3.3、三维地形相对于二维图形的优势。传统CAD的二维等高线图形比较抽象，在工程论证和施工过程中给非专业人员带来很多不便。三维图形由于依据原始科学的外业测绘数据，具有真实形象、实时动态、科学准确的特点，便于工程的论证、规划布局、工程承包以及具体施工。测绘单位提供的地形图属于二维图形，用等高线表示高程，CAD图形如图5。
　　图5二维地形图
　　通过软件的数据导入功能将各点的高程展绘到图上，然后建立三角网曲面并生成三维模型，如图6。
　　
　　图6三维模型
　　在三维模型中，Civil3D自动给地形起伏实体配上不同的颜色，这样有利于数据的排查。以开挖设计数据作为基础面，也就是开挖土方实体的底面，以原始地形数据作为顶面，需开挖的山体就可以通过该软件直观的显示出来。
　　然后生成体积报告，如图7。
　　
　　图7生成体积报告
　　当然在考虑不同类型土质的松散系数和压实系数时，可以在软件当中根据不同类型的土质来设置系数，从而设定计算者的土方量计算规则，
　　4结束语
　　Civil3D中的曲面由形成不规则三角网的三角形组成，而组成曲面三角剖分的三角形由三角网线组成，为了创建三角网线，Civil3D会连接彼此最接近的曲面点。理论上组成曲面的三角形越多，即外业采集的点越多，模型和实地地形就更接近，土方量计算就更精确，但是这样给外业增加许多工作量，费时费力。
　　另外在曲面中，特征线（如坡、坎、塘等地形）将强制沿特征线进行曲面三角剖分以防止跨特征线进行三角剖分。特征线是创建精确曲面模型的关键，因为它不仅是数据，还用在确定模型造型的数据内插中。所以在外业采集的时候，不仅要保持适当的采集密度，还要尽量采集特征点，让所建的三维模型和实际地形相吻合。计算时利用Civil3D强大的地形处理功能，从而准确的计算出土方量。
　　土方量计算的软件和方法很多，但Civil3D不仅速度快，而且精度高，尤其是此软件可以根据数据实时生成高程的三维模型，能让使用者很直观的了解地形起伏，也方便了我们检查外业的数据采集任务。
　　参考文献：
　　[1]陈宜金.Autodeskcivil3D2006认证培训教程.北京：化学工业出版社，2006
　　[2]覃辉.土木工程测量（第三版）.上海：同济大学出版社出版