Civil 3D在河道治理工程中的应用

Civil 3D在河道治理工程中的应用

邬,龙,张鹏文

中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

摘要：以山西境内MGH治理工程为例，从地形曲面生成、模型的搭建、图纸的抽取、工程量计算等方面介绍了 Civil 3D 在河道治理工程方面的应用。总结了Civil 3D 在河道治理工程中的主要优点和在的应用前景。

关键词：Civil 3D；河道工程

1 前言

近年来，随着BIM技术的日渐成熟和计算机硬件的快速发展，能有效提升设计效率、把控设计质量的三维设计逐渐受到业界认可。

Autodesk公司的Civil 3D软件通过创建动态相关的河道地形、路线、纵断、装配，建立协调一致、包含丰富数据的模型，可从模型中抽取二维图纸，快速形成初步成果。在设计阶段可进行动态可视化分析，实现一处变更、多处更新，避免设计出现协调性错误的风险，有效提升设计效率。

基于BIM技术动态高效的特征，针对河道工程的大尺度特征，本工程选用Civil 3D软件进行设计。

2 Civil 3D在河道工程中的应用

2.1工程概况

本工程治理河道MGH为桑干河一级支流，位于山西省境内。自上世纪70年代起便已断流，除降雨期及灌溉期外，河道内基本处于无水干涸状态。河道宽度为10米至150米不等，形态变化较为剧烈。本次河道设计长度为河道全段，长度27km，主要设计任务为解决河道水流不畅、岸坡不稳等问题。

2.2 Civil 3D设计逻辑

Civil 3D的设计逻辑为创建路线-生成现状纵断面-创建设计纵断面-创建装配-生成道路-计算工程量，在本项目中，Civil 3D的应用流程主要有：创建现状地形曲面、在现状曲面上绘制路线并生成现状纵断、依据设计资料进行河道设计（清淤疏浚及岸坡整理）、计算工程量、自动抽取二维图纸。

2.3创建现状地形曲面

Civil 3D中，曲面有多种生成方式，本工程采用涵盖高程点、等高线和特征线的CAD测量图生成曲面。由于治理河道多年断流，有水河段较少，水下部分曲面采用横断测量文件中的水下点位进行补充。初步完成曲面建设后，将现状道路、土埂、土坝等构筑物的边线添加为曲面特征线。之后即可对生成的现状地形曲面进行高程、坡度、汇流等分析，并对通过分析对不合理的点位或三角网进行修正、删除。随着设计的深入，在测量资料更新后，即可采用新数据更新地形曲面，同步优化设计、细化工程量。

图一  地形曲面

图二  高程分析图

2.4路线及纵断面设计

考虑到Civil 3D软件的单线程运行特性，为加快软件运行效率，路线设计时采用先绘制多段线，再由从对象创建路线的方式来绘制路线。路线绘制完成后，选中路线-几何图形编辑器，对河势变化位置的路线圆弧的半径、曲度进行修改，确保转弯半径及曲度满足设计要求。

完成路线设计后，即可选择纵断面-从曲面创建纵断面-在纵断面图中绘制，读取路线所处位置的曲面高程生成现状纵断面并绘制纵断面图，完成纵断面图的绘制和现状纵断面的生成后，可选中纵断面图，选择纵断面创建工具创建设计纵断面并在已生成的纵断面图上绘制。在传统的二维设计中，我们一般提前设定好设计纵断数据后再导入软件，如果需要设计纵断进行修正则需要修改设计纵断数据后重新导入；而在三维设计中，设计人员则可比对着现状纵断面，选中变坡点直接进行移动或使用几何图形编辑器对纵断数据实时调整，操作步骤更少，修改效率更高。

2.5创建装配

由于本工程河道采用梯形设计断面，断面形式较为简单，无需采用部件编辑器创建复杂部件，采用系统自带的部件库即可完成装配设计。以本工程为例，由于河道形态变化较为剧烈，创建单一河底宽度的装配无法满足河道全段设计要求，为简化设计流程，选用工具选项版内的“连接偏移和坡度”作为河道底面部件，“指向曲面的连接坡度”作为河道边坡部件，并对部件的参数赋值，边坡坡比1:3。

2.6生成道路

创建完路线、纵断、装配后，即可选中常用-道路，在生成选框中选择已生成的路线、设计纵断、装配，点击确定即可生成道路。

由于创建装配时，河道地面部件采用了“连接偏移和坡度”部件，生成道路的时候需在在道路特性中选择逻辑目标，本次设计所选宽度逻辑目标即为河道左右两侧河底边线。本工程河道常年为无水断流状态，在进行测量工作时，测量人员将已确定河道的左右现状河底边线点位并在测量成果中标出，后期设计人员对现状河底边线进行修改、调整后即可选择为道路的宽度逻辑目标。如此便形成自然蜿蜒、形态天然的河道形态。

图三  生成的道路模型及曲面

生成道路后，可在对象查看器中查勘道路三维模型，初步检查后可在横断面编辑器中对设计进行细部修改，修改完成后重新生成的道路将同步更新。

2.7计算工程量

Civil 3D中工程量计算可采用断面法和体积法，由于本项目仅涉及土方挖填，因此采用体积法进行工程量计算。选择道路特性-曲面，创建曲面后添加创建装配步骤中已命名的点要素或线要素，形成河道的设计曲面。此时生成的设计曲面范围要大于模型范围，需得在道路特性-边界中选择曲面边界后，设计曲面范围方才与模型范围一致。

图四  边界添加界面

选择分析-体积面板-创建曲面，在弹出的选框中选择现状曲面和设计曲面后点击确定，即生成挖填方。

图五  所生成工程量

2.8自动抽取二维图纸

图纸采用Civil 3D软件结合我公司开发的河道三维设计系统进行抽取，自动生成符合出图要求的二维图纸。后期如需对设计进行变更，所抽取图纸会同步调整，无需进行二次调整。至此，我们完成了本项目的大部分设计工作。

3 结语

本文介绍了Civil 3D软件进行河道类工程设计的流程，对比传统设计软件具备以下几点优势：

（1）有效提升了设计效率，简化了设计流程，将设计人员从繁琐的绘图工作中解脱出来，能够把更多的精力投入到真正的设计工作中去。

（2）设计人员利用Civil 3D软件内各模块之间动态链接的特点，可有效避免设计过程中的一些低级错误，工程设计中如遇到设计变更时，可对设计和图纸进行快速修改。

（3）生成曲面和模型后即可实现三维可视化，设计人员能够更为直观的查看设计成果。

（4）进行方案比选时，调整路线、纵断、装配即可完成比选方案、生成工程量，减轻设计人员的重复工作量。

尽管Civil 3D软件相对传统设计软件具备一些优势，但是我们可以看到，该软件仍存在一些不足之处。该软件基于CAD开发，涵盖了CAD全部功能[1]，不仅继承了CAD的优势，也继承了CAD单线程运行的特征，一旦设计内容过多，软件会有运行迟缓、停止或崩溃闪退的情况，严重拖慢设计进度。因此，治理范围较长的河道宜采用分段设计的方式。

参考文献：

[1] 钟蜀华． Autodesk Civil 3D 2008 三维数字地形模型的创建与应用［J］．科技情报开发与经济，2008，(10) :153－155．

[2] 李俊超，李楼． AutoCAD Civil 3D 和 3ds Max Design 在道路建模中的应用［J］． 测绘通报，2013，(2) :91－94．

[3] 兰立伟，严杰． AutoCAD Civil 3D 在水利工程设计中的应用［J］． 中国水运，2009，(12) :120－121．

[4] 陈懿强,曹蕾,王飞.BIM在维护疏浚工程中的运用[J]. 港工技术,2018,v.55;No.244(03):76-79.

[5] 武卫平.AutoCAD Civil 3D 2018场地设计实例教程[M]. 北京:机械工业出版社,2018.