BIM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施土方量計算中的應(yīng)用

郭雁霄

在基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和施工階段，土石方量計算是一個重要的環(huán)節(jié)，土石方挖填量的計算直接關(guān)系到工程造價預(yù)算及設(shè)計方案的優(yōu)化，對于工程總投資的控制及施工效率的提高有重要意義[1]。常用的土石方量計算有方格網(wǎng)法、數(shù)字地面模型法（DTM）、等高線法、散點法等[2]。BIM技術(shù)的可視化特性為項目設(shè)計優(yōu)選及施工方案的優(yōu)化提供了直觀的比較，強大的數(shù)據(jù)支撐為其擴展提供了支持。本文結(jié)合BIM技術(shù)圖形運算特性，利用LandXML實現(xiàn)其數(shù)據(jù)支撐，將其二者進行有效結(jié)合，提出了基于LandXML標準的土石方量計算的方法，實現(xiàn)土石方工程量的快速精準計算。

1　土石方計算原理

土石方開挖或填充量的計算指的是同一地塊開挖或填充前后的方量差。要計算前后的體積差必須知道兩個基本條件：①施工前場地的地形輪廓；②設(shè)計方案中開挖后的場地狀況或設(shè)計標高[3]。項目開始前通過現(xiàn)場測量及地質(zhì)勘測可獲取項目所在地的地形數(shù)據(jù)信息，通過對比地形數(shù)據(jù)信息及設(shè)計方案中的地形信息，算出整個工程中土石方的開挖量及填方量。而在實際運用中，基礎(chǔ)設(shè)施特別是大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目大都涉及復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，不同類型的地質(zhì)層的開挖或填充難度也不盡相同，施工方式均有不同要求，實際計算中在地形信息的基礎(chǔ)上還應(yīng)擴展地質(zhì)類型、開挖難度等權(quán)重數(shù)據(jù)。

根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)原理，利用地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)擬合得到地層曲面函數(shù)后即可進行土石方量的計算。土石方量計算公式見公式（1）：

式中：D為積分區(qū)域，z=fi（x，y）為第i層地質(zhì)層曲面函數(shù)，z=fi+1（x，y）為第i+1層地質(zhì)層曲面函數(shù)，z=g（x，y）為開挖曲面函數(shù)，Ui為第i層地質(zhì)層的開挖權(quán)重。

2　BIM和LandXML數(shù)據(jù)擴展方法

2.1　LandXML數(shù)據(jù)格式

LandXML是基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域特別是道路設(shè)計中應(yīng)用較多的一種數(shù)據(jù)交換的標準格式。LandXML是由行業(yè)聯(lián)盟（www.LandXML.org）推動的非專有數(shù)據(jù)標準[4]。LandXML標準包含點坐標數(shù)據(jù)、角度數(shù)據(jù)、面積、體積、溫度、走向等數(shù)據(jù)。

2.2　LandXML數(shù)據(jù)及擴展方法

在LandXML文件中點數(shù)據(jù)是地形地貌信息的關(guān)鍵，通過定義兩點之間的關(guān)系確定特征線，再確定三角網(wǎng)格面，進而形成了完整的地形信息，進行材質(zhì)、溫度等數(shù)據(jù)的擴展后，構(gòu)成了具有完整地形信息的LandXML文件。其數(shù)據(jù)模型如圖1所示。

圖1　landXML定義方量的數(shù)據(jù)模型

2.3　LandXML與圖形數(shù)據(jù)的結(jié)合

利用空間幾何關(guān)系，通過程序轉(zhuǎn)變?yōu)長andXML格式的數(shù)據(jù)文件經(jīng)擴展又可賦予其相應(yīng)的屬性，形成既有數(shù)據(jù)又有屬性的實體數(shù)據(jù)。同時LandXML文件又可以在多種三維設(shè)計軟件中讀取，修改后的LandXML文件能通過軟件展示出三維實體模型，實現(xiàn)了圖形與數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)化。

3　應(yīng)用實例

以某工程為例，該工程地處某山區(qū)，需要確定辦公場地及料區(qū)的位置，第一種方案是設(shè)在山谷左側(cè)，第二種方案是設(shè)在山谷右側(cè)。將項目的地形文件導(dǎo)入Infraworks后獲得地質(zhì)三維模型，分別在山谷兩側(cè)進行場地的布置，完成場地布置后，利用Infraworks中基于LandXML文件數(shù)據(jù)而開發(fā)的地形信息統(tǒng)計功能，即可計算出兩個不同方案的挖方量、填方量及凈挖填方量等數(shù)據(jù)。兩種方案的布置示意相關(guān)數(shù)據(jù)如表1。

表1　兩種方案挖填方信息對比

通過上述兩個方案的對比可以看出，基于LandXML文件數(shù)據(jù)進行的地形信息統(tǒng)計可以直接計算出挖填方量等信息，在上圖所示的兩個方案中，可以對任意的數(shù)據(jù)進行修改，形成各種不同的設(shè)計方案，然后進行地形信息統(tǒng)計，在多次對比后實現(xiàn)方案的優(yōu)選。

5　結(jié)語

基于LandXML標準文件進行土方量計算有效解決了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中土方量計算的問題，結(jié)合圖形數(shù)據(jù)技術(shù)提高了工作效率，其可擴展性為更復(fù)雜的土方量計算提供了強大的支撐。

[1]畢林，趙輝，楊新鋒.DIMINE填挖方量計算原理與方法研究[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2017，25（03）：108～115.

[2]陳愛梅，吳昊，吳北平，黨海龍，惠振陽.四種土方量計算方法的對比研究與應(yīng)用[J].北京測繪，2015（01）：104～108.

[3]高 超.土石方量工程計算方法研究[J].測繪與空間地理信息，2017，40（11）：190～193.

[4]高嵩，張暉，周 歡，吳超仲.基于LandXML數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的道路交通仿真三維場景快速生成方法[J].交通與計算機，2008（04）：103～106+119.