淺析傳統(tǒng)豎向設(shè)計(jì)法與Civil 3D豎向設(shè)計(jì)法在山區(qū)場地設(shè)計(jì)中的應(yīng)用對比

李震　龔云峰

【摘 要】山區(qū)場地地形復(fù)雜，高程落差大，在此處進(jìn)行場地設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于豎向設(shè)計(jì)。豎向設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)高程的確定和土石方工程量的計(jì)算。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法在山區(qū)這樣的復(fù)雜場地模擬方面存在著不足，無法準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)場地豎向設(shè)計(jì)所發(fā)生的工程量，而且一旦場地標(biāo)高發(fā)生變化，豎向設(shè)計(jì)需要重新調(diào)整，前后反復(fù)平添了很多無用的工作量。Civil 3D采用“動(dòng)態(tài)更新+所見即所得”理念，利用曲面這一自定義對象，通過將原始地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地形曲面，并在地形曲面上建立設(shè)計(jì)曲面這一方法計(jì)算不同曲面間的差值確定場地的填挖方工程量，同時(shí)在場地某處標(biāo)高發(fā)生變化時(shí)只需輸入調(diào)整后的高程值設(shè)計(jì)成果自動(dòng)調(diào)整，這樣既保證了工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性，又為設(shè)計(jì)工作節(jié)省了時(shí)間提高了效率。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)場地；豎向設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)標(biāo)高；土石方工程量；Civil 3D

山區(qū)場地豎向設(shè)計(jì)的復(fù)雜性及難點(diǎn)

山區(qū)場地，顧名思義，多指高原、丘陵等多山地區(qū)，由于其地形起伏高差較大，山勢變化無常，建筑物、設(shè)施以及道路等的布置都將受到限制，這就需要處理高差、平衡土方量以及設(shè)立支擋構(gòu)筑物，因此只從場地設(shè)計(jì)本身來看已經(jīng)存在不小的困難，再加之場地內(nèi)建筑、設(shè)施往往有著非比尋常的意義，這樣對設(shè)計(jì)人員的要求就不言而喻了。由于設(shè)計(jì)場地內(nèi)的建筑、設(shè)施通常是固定的且它們之間有防火間距控制，場地內(nèi)的平面布置相對容易，那么針對山區(qū)場地設(shè)計(jì)，其重中之重在于豎向設(shè)計(jì)。

豎向設(shè)計(jì)的目的在于改造和利用地形，使確定的設(shè)計(jì)標(biāo)高和設(shè)計(jì)地面能滿足建構(gòu)筑物、設(shè)施之間和場地內(nèi)外交通運(yùn)輸?shù)暮侠硪?，保證地面水有組織的排除，并力爭土石方工程量最小。豎向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于標(biāo)高的確定，確定好標(biāo)高需要考慮設(shè)計(jì)場地與外部場地諸如高程、坡向、排水等很多因素，因此像外部場地是山區(qū)這樣情況的豎向設(shè)計(jì)其復(fù)雜性可見一斑。在這諸多因素中，山區(qū)場地豎向設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)在于由于設(shè)計(jì)場地處在山區(qū)這樣一個(gè)特殊地區(qū)，交通運(yùn)輸不便，場地豎向設(shè)計(jì)所發(fā)生的填挖方工程量不宜“請外援”，宜“自產(chǎn)自銷”，這樣豎向設(shè)計(jì)的標(biāo)高將相當(dāng)關(guān)鍵，合適的標(biāo)高會(huì)使填挖方平衡，減少外運(yùn)土或是棄土工程量，為工程本身也將節(jié)省一大筆額外的投資。因此，選用合適的豎向設(shè)計(jì)方法確定標(biāo)高將十分重要，目前豎向設(shè)計(jì)的方法主要有兩種，下文將逐一介紹。

1.場地豎向設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法介紹

傳統(tǒng)的場地豎向設(shè)計(jì)方法是在確定場地設(shè)計(jì)范圍的前提下，在原始地形圖高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上繪制設(shè)計(jì)等高線、將設(shè)計(jì)等高線離散生成若干設(shè)計(jì)高程點(diǎn)，進(jìn)而通過計(jì)算設(shè)計(jì)高程點(diǎn)與原始地形圖高程點(diǎn)的差值生成場地的土石方工程量，土石方工程量通常是用方格網(wǎng)的形式表現(xiàn)。這種方法可稱之為“點(diǎn)線”豎向設(shè)計(jì)法。在諸如平原這樣的平整場地設(shè)計(jì)時(shí)，由于場地較平坦，沒有太大的起伏，該方法在采集數(shù)據(jù)及計(jì)算成果方面并無太多的問題，但在山區(qū)場地設(shè)計(jì)中，由于地勢起伏的緣故，在采集原始地形數(shù)據(jù)方面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“粗差點(diǎn)”（即高程點(diǎn)文本值與實(shí)際值不符），數(shù)據(jù)的真實(shí)性有待考證，設(shè)計(jì)人員往往需要手動(dòng)調(diào)整原始高程數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)成果的真實(shí)性也需要進(jìn)一步核實(shí)，一旦某處設(shè)計(jì)場地標(biāo)高發(fā)生變化，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)需要重新調(diào)整，工程量需要重新計(jì)算，造成了很多不必要工作量的增加。

2.利用Civil 3D進(jìn)行場地豎向設(shè)計(jì)的方法介紹

Civil 3D三維設(shè)計(jì)軟件在原始地形圖已存在等高線、特征線和高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過曲面這個(gè)載體將上述三者添加到其中，并將之命名為原始地形曲面，通過對原始地形曲面的三維觀察，排除了“粗差點(diǎn)”的存在，保證了設(shè)計(jì)所需原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在確定了原始地形曲面以及場地設(shè)計(jì)范圍后，利用Civil 3D要素線功能將場地設(shè)計(jì)邊界（一般是圍墻中心線）的各點(diǎn)標(biāo)高確定，再通過要素線放坡功能將設(shè)計(jì)場地與原始地形曲面相接，最后進(jìn)行放坡填充生成完整的設(shè)計(jì)場地曲面。這種方法稱之為“面”豎向設(shè)計(jì)法。它的好處在于場地豎向設(shè)計(jì)模擬的真實(shí)性，將地形圖中彼此之間存在一定距離的高程點(diǎn)和等高線轉(zhuǎn)化為曲面這個(gè)對象，這樣更接近于真實(shí)場地，計(jì)算的成果也更反映實(shí)際發(fā)生的工程量。另外，即便某處設(shè)計(jì)標(biāo)高有所調(diào)整，只需要及時(shí)的調(diào)整要素線上對應(yīng)點(diǎn)處的標(biāo)高，設(shè)計(jì)成果自動(dòng)更新，減少了因?yàn)樵O(shè)計(jì)標(biāo)高的調(diào)整需要重復(fù)計(jì)算工程量這一工作，工作時(shí)間明顯減少，工作效率顯著提升。

3.實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用效果對比

在介紹了以上的兩種豎向設(shè)計(jì)方法之后，本部分內(nèi)容將以實(shí)際項(xiàng)目為例，對這兩種方法的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行對比。

以某山區(qū)油庫場地設(shè)計(jì)為例，該油庫占地面積約600畝，設(shè)計(jì)庫容70萬立方米，按照石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范中的等級劃分該油庫屬于一級油庫。庫址所在地形起伏較大，場地落差最高處達(dá)80米。該工程存在土石方工程量巨大，填方區(qū)地基處理費(fèi)用高昂等多項(xiàng)不利因素，確定合適的標(biāo)高，減少填方帶來的高昂的地基處理費(fèi)用，使填挖方工程量盡量平衡，節(jié)約投資成本成為了當(dāng)務(wù)之急。通過對自然地形的分析，確定了沿自然等高線布置的總平面方案以及臺階式布置的豎向方案（自然地形、總平面及豎向布置方案如圖1所示）。在確定了場地設(shè)計(jì)范圍后，豎向設(shè)計(jì)分別采用“點(diǎn)線”豎向設(shè)計(jì)法和“面”豎向設(shè)計(jì)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

應(yīng)用“點(diǎn)線”豎向設(shè)計(jì)法第一步需要將原始地形圖中的等高線和高程點(diǎn)離散獲取原始地形高程數(shù)據(jù)；第二步，確定場地豎向設(shè)計(jì)范圍并繪制方格網(wǎng)；第三步，在確定的場地豎向設(shè)計(jì)范圍內(nèi)繪制設(shè)計(jì)等高線，離散設(shè)計(jì)等高線為設(shè)計(jì)高程點(diǎn)，獲得設(shè)計(jì)高程數(shù)據(jù)；第四步，計(jì)算設(shè)計(jì)高程數(shù)據(jù)與原始地形高程數(shù)據(jù)的差值，得到填挖方工程量。上述設(shè)計(jì)過程中，最有可能出現(xiàn)兩種問題，一是二維原始地形圖中“粗差點(diǎn)”的存在，導(dǎo)致豎向設(shè)計(jì)工程量的偏差（如圖2所示采集到錯(cuò)誤的高程信息導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果），手動(dòng)調(diào)整原始高程點(diǎn)計(jì)算結(jié)果則有可能不準(zhǔn)確，這種情況為設(shè)計(jì)工作帶來極大的不便；二是在此種山區(qū)場地豎向設(shè)計(jì)時(shí)標(biāo)高的調(diào)整非常頻繁，一旦場地內(nèi)部的設(shè)計(jì)高程有變化時(shí)，通過設(shè)計(jì)等高線數(shù)值的調(diào)整無法即時(shí)的得到工程量的變化（如圖3所示設(shè)計(jì)等高線數(shù)值已改變但無法得到更新的工程量），需要重復(fù)上面所述的三、四步，既浪費(fèi)了工作時(shí)間，又降低了工作效率。

利用Civil 3D的“面”豎向設(shè)計(jì)方法，第一步將原始地形圖中的等高線和高程點(diǎn)轉(zhuǎn)化生成地形曲面，曲面是一個(gè)連續(xù)的自定義對象，從中我們可以找出原始地形數(shù)據(jù)的一些問題，通過對曲面的設(shè)置保證工程量計(jì)算的準(zhǔn)確性（如圖4所示，曲面連續(xù)完整，“粗差點(diǎn)”的問題被排除）；

第二步，通過Civil 3D的要素線功能繪制出圍墻中心線，在要素線上可以在任意點(diǎn)添加標(biāo)高，它相對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的等高線要靈活、便捷很多，如果其上的任意一點(diǎn)標(biāo)高值有所調(diào)整，調(diào)整后填挖方工程量會(huì)自動(dòng)更新；第三步，通過Civil 3D要素線放坡將設(shè)計(jì)完成的要素線與地形曲面相接，并利用Civil 3D放坡填充功能生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)曲面；第四步，通過計(jì)算設(shè)計(jì)曲面和地形曲面的差值生成填挖方工程量。（圖5所示設(shè)計(jì)曲面上的要素線列表及設(shè)計(jì)曲面與地形曲面差值生成的填挖方工程量表，圖6中紅色線框所示調(diào)整要素線上任意一點(diǎn)的標(biāo)高值設(shè)計(jì)曲面及填挖方工程量表動(dòng)態(tài)更新）

上述設(shè)計(jì)過程中，曲面上的數(shù)據(jù)真實(shí)，且便于觀察，“所見即所得”，一旦出現(xiàn)“粗差點(diǎn)”，通過對曲面的設(shè)置可避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的輸入，像“點(diǎn)線”豎向設(shè)計(jì)法中后續(xù)反復(fù)調(diào)整的工作幾乎不存在，而且Civil 3D的要素線可以修改其上任意點(diǎn)的標(biāo)高值，即便場地設(shè)計(jì)標(biāo)高發(fā)生了變化，通過修改要素線上的標(biāo)高值填挖方工程量即時(shí)生成，省時(shí)省力，事半功倍。

結(jié)束語：

在山區(qū)場地設(shè)計(jì)中，Civil 3D的“面”豎向設(shè)計(jì)法與“點(diǎn)線”傳統(tǒng)豎向設(shè)計(jì)法相比，可以使總圖專業(yè)人員專心于場地設(shè)計(jì)本身，通過對場地的不斷調(diào)整、優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到滿足各方要求的場地設(shè)計(jì)最優(yōu)解，這樣就避免了在以往用“點(diǎn)線”豎向設(shè)計(jì)方法時(shí)由于原始地形數(shù)據(jù)不精確導(dǎo)致的手動(dòng)調(diào)整原始高程點(diǎn)存在的工程量誤差以及場地標(biāo)高反復(fù)調(diào)整重復(fù)設(shè)計(jì)工作量大等問題，不但節(jié)約了人力物力，而且提高了工作效率，工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量也有了顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙曉光、黨春紅等著.民用建筑場地設(shè)計(jì). 中國建筑工業(yè)出版社.2004年7月.第2頁

[2]閆寒著.建筑學(xué)場地設(shè)計(jì)（第二版）. 中國建筑工業(yè)出版社.2010年9月.第132頁

[3]任耀主編.AutoCAD Civil 3D 2013應(yīng)用寶典.同濟(jì)大學(xué)出版社.2013年6月.第126頁至第129頁