三维技术在场地平土设计中运用(评审).doc

评审论文三维技术在场地平土设计中的运用雷群攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司摘要：三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础,而AutoCAD Civil 3D软件是面向土木工程的三维信息模型化解决方案。本文以一实际工程为例，利用AutoCAD Civil 3D软件进行三维场地平土设计，探讨三维技术在场地平土设计中的应用。关键词：三维设计 场地平土设计 断面法 三维模型 可视化1前言三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法1。 在工业企业基本建设中，一般施工初期要确定平土方式，进行场地平整工作。场地平土工程是大部分设计项目施工阶段早期、重要的环节，为“三通一平”中的“平”，是整个项目得以实施的前提和基础条件之一。在总图设计中，场地平土设计一般是最早开展的，而且计算繁琐，设计周期较长。在传统场地平土设计中，主要采用断面法、方格网法、等高线法等，前两种方法应用最为广泛，在原始地形复杂且无规律或地形坡度较大的场地，一般采用断面法2。将三维技术应用到总图设计的场地平土设计中，是总图设计实现三维设计的尝试和开拓。欧特克公司的建筑信息模型解决方案（BIM）为不同的行业和应用范畴提供了一系列的应用三维数字技术进行计算机辅助设计的软件。作为面向土木工程的三维信息模型化解决方案，AutoCAD Civil 3D软件能够帮助项目团队更加高效地创建、检查和交付交通建设、土地开发以及环境等项目；利用包括地理空间与雨洪分析、工程量估算、交互式三维模拟在内的可视化和分析工具，AutoCAD Civil 3D能够帮助土木工程师设定更多的设计情境，推动项目开展；更具协调性和可靠性的设计信息能够带来更高质量的文档与精确的三维模型，有效地用于施工阶段的自动化机器指南；能够帮助土木工程师最大限度地减少错误和疏忽，制定更明智的决策，在缩短生产时间的同时获得极大竞争优势。该软件利用复合体积算法或平均断面积算法，更迅速地计算现有曲面与设计曲面之间的土方量。同时，AutoCAD Civil 3D 是建立在全球领先的CAD软件：AutoCAD平台之上，可以利用这一平台更迅速地共享并完成项目3。本文以“攀钢西昌钒钛资源综合利用项目水处理工程生产新水取水泵站及生活水系统”为例，利用AutoCAD Civil 3D软件进行三维场地平土设计，探讨三维技术在场地平土设计中的实际应用和体会。2. 三维场地平土设计2.1 工程场地概况攀钢西昌钒钛资源综合利用项目水处理工程生产新水取水泵站及生活水系统拟建场地位于西木公路南侧，安宁河东侧河堤旁，距离西木公路直线距离约1.3km，该用地西接安宁河河堤，北、东、南三方临农田，原始地面标高在1478.30m左右，设计室外标高为1480.30m，占地约0.64hm2,见图1：图1该场地的Google卫星地图见图2：拟建场地图22.2 三维数字地形模型的建立原始地形图是每个工程必不可少的基础资料，所有总图设计均基于原始地形图开展，在AutoCAD Civil 3D软件中，原始地形图的处理，即三维数字地形模型的建立，是至关重要的一步。首先创建“原始地形曲面”，然后通过添加原始地形的“高程点”形成初始的三维数字地形模型。为了保证该地形模型最大限度的接近实际地形，提高地形模型的精度，在“原始地形曲面”中添加“边界”、“等高线”、“特征线”（描述原始地形中的坎、挡墙、坡、路、房屋、山谷、山脊等地形特征要素）等定义，生成的“原始地形曲面”见图3：图3根据该场地的Google卫星地图，直接利用AutoCAD Civil 3D软件或者结合Autodesk Navisworks、Autodesk 3ds Max design等软件对“原始地形曲面”贴图，可以更直观、形象的模拟、体现真实的原始地形、地貌，帮助总图设计人员更精确的理解地形。本实例利用Autodesk Navisworks软件贴图渲染后的“原始地形曲面”见图4：图42.3 三维平土模型的设计AutoCAD CIVIL 3D软件在场地设计中主要利用其放坡功能，通过放坡，可以快速准确地得到各种数据，如边坡挖填高度，坡脚线位置，土石方工程量等，如需要进行调整，只需调整要素线的位置或标高，即可得到新的数据，给设计者实时提供了大量的参考数据，可以及时地对设计进行调整。每个放坡的基线，可以是实际场地设计中的坡边、坡脚、挡墙顶、挡墙脚、道路边等具备形状、位置、高程等特征的设计控制线，在AutoCAD CIVIL 3D中用放坡要素线来描述。根据地勘报告的要求确定放坡的坡比，创建相应的放坡规则，对每个放坡基线创建相应的放坡。对放坡之间的空白区域，如平台空地、道路等要素线围合封闭区域，创建放坡填充，形成的三维平土模型（以放坡组来表示）见图5：图5最后，根据平土模型（放坡组）创建“平土设计曲面”，见图6：图6AutoCAD CIVIL 3D软件可以及时计算“平土设计曲面”和原始地形曲面”之间的挖、填方量，并根据弃方或缺方自动计算“平土设计曲面”需升高或降低的高度，可以自动优化平土设计，以达到挖、填方量平衡的要求。2.4 平土断面、土方计算表的自动生成采用断面法计算土方量的平土基线在AutoCAD CIVIL 3D软件中用路线来表示，然后根据路线（平土基线）和断面线创建断面采样线组，最后根据断面采样线组自动生成平土断面，见图7:图7AutoCAD CIVIL 3D软件根据平土断面及相应的材质参数自动生成土方计算表（总体积表），见表1:表1平土断面、土方计算表和地形模型、平土模型之间是动态关联的，调整设计模型，平土断面、土方计算表会相应调整。2.5 三维平土设计的可视化AutoCAD CIVIL 3D软件可以创建强大的可视化效果，可以直接从模型生成可视化效果，同时也可将模型发布到Google Earth，以便在现实环境中更好地了解项目。结合使用Autodesk 3ds Max design软件还可以为模型制作照片级真实感的渲染图。在Autodesk Navisworks 软件中利用Civil 3d模型进行模拟则能帮助项目利益相关方更好地了解项目建成后的外观和性能。本实例利用Autodesk 3ds Max design软件后期处理平土设计模型，生成的渲染效果图见图8:图83. 结语根据以上利用三维技术进行场地平土设计的实例和原二维设计方法相比较：在传统利用AutoCAD软件进行的二维设计中，场地平土设计中的断面、土方量需设计人员手工绘制、计算，工作量较大，不易调整修改；而利用AutoCAD Civil 3D软件进行的三维场地平土设计，自动生成平土断面、土方计算表等设计成果，避免了手工绘制、计算中产生的错误，且整个设计计算过程，统一在三维模型中进行，平面、断面、土方计算表等模型是动态关联的，调整其中一个模型的数据，其他模型会自动更新，保证了所有模型数据的一致性，有利于平土设计的调整修改；同时，AutoCAD Civil 3D软件结合Autodesk Navisworks、Autodesk 3ds Max design等三维设计软件的可视化技术提供了对现实的精确、真实、生动的展示，这是二维设计不可能实现的。实际上，以三维模型和可视化为特征的三维设计可以应用在总图设计的整个过程，本文仅在场地平土设计方面的应用进行了初步的阐述，希望能达到抛砖引玉的作用。参考文献1 孙翔峰. 三维设计M. 上海：光明日报出版社，2006.2 井生瑞. 总图设计M. 北京：冶金工业出版社，1989.3 Autodesk. AutoCAD Civil 3D概述. /apac_grtr