Civil3D在海港疏浚工程中的應(yīng)用探討

袁曉洲　宋宗旋

摘 要：Civil3d軟件包含勘測(cè)、曲面和放坡、地塊布局、道路建模、管道、土方量計(jì)算等模塊，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)三維工程模型的即時(shí)修改，其對(duì)象之間的智能關(guān)聯(lián)可使用戶更輕松、更高效地探索和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。本文通過(guò)某海港疏浚工程實(shí)例來(lái)探討Civil3d軟件在海港疏浚工程的應(yīng)用，為該軟件廣泛應(yīng)用于港口工程特別是海港工程土方計(jì)算、出圖總結(jié)實(shí)現(xiàn)方法并提供工程案例。

關(guān)鍵詞：Civil3d;港口工程;海港;港池疏浚

中圖分類號(hào)：U65? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）10-0059-03

1 Civil3d簡(jiǎn)介

Civil3d不僅包含了AutoCAD的全部功能，而且還具備三維動(dòng)態(tài)模型的設(shè)計(jì)功能，通過(guò)曲面編輯、路線創(chuàng)建、放坡組工具等功能可實(shí)現(xiàn)實(shí)際工程領(lǐng)域的建模與設(shè)計(jì)計(jì)算。通過(guò)軟件，設(shè)計(jì)者可實(shí)時(shí)查看三維視圖，判斷軟件建模及計(jì)算是否滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)也可以通過(guò)三維視圖來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與工程實(shí)際的結(jié)合，便于設(shè)計(jì)者更直觀理解相關(guān)設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)過(guò)程[1]。

在土方計(jì)算中，Civil3D軟件利用復(fù)合體積算法或平均斷面算法，能快速計(jì)算原始地形曲面和設(shè)計(jì)曲面之間的土方量;其原理實(shí)際就是曲面與曲面的疊加，通過(guò)地形曲面與設(shè)計(jì)曲面的各高程點(diǎn)的Z值之差，利用較精確的三角網(wǎng)或者柵格計(jì)算模型來(lái)計(jì)算其體積[2]。

2 海港碼頭水域疏浚的特點(diǎn)分析

特點(diǎn)一：水域疏浚工程量較大，按照傳統(tǒng)的方法計(jì)算疏浚量存在工程量大，錯(cuò)誤多，反復(fù)性繪圖等缺點(diǎn)。

特點(diǎn)二：海港碼頭具有碼頭等級(jí)較大，靠泊船舶噸級(jí)較大等特點(diǎn)，為減小整個(gè)疏浚工程量從而降低工程總投資，海港碼頭船舶回旋水域（即調(diào)頭水域）會(huì)考慮乘潮進(jìn)港，從而在停泊水域與回旋水域之間出現(xiàn)一個(gè)放坡漸變區(qū)（下文稱之為過(guò)渡區(qū)）。

特點(diǎn)三：海港碼頭根據(jù)工程所處區(qū)域位置不同，工程地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，在疏浚土深度方向土質(zhì)變化可能較明顯。根據(jù)《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，疏浚巖土應(yīng)根據(jù)疏浚機(jī)具對(duì)其挖掘、提升、輸送等的難易程度進(jìn)行分級(jí)，不同分級(jí)的疏浚土方采用的疏浚設(shè)備不一、疏浚方式不一，從而導(dǎo)致單位工程疏浚單價(jià)不一。如何較準(zhǔn)確的計(jì)算不同土層的疏浚土方工程量影響到疏浚綜合單價(jià)的確定以及最終的總疏浚費(fèi)用等。

3 實(shí)際工程設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

欽州某海港碼頭，碼頭采用岸壁式沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭前沿停泊水域?qū)?5m，長(zhǎng)539m，碼頭前沿停泊水域設(shè)計(jì)底高程為-13.7m;回旋水域布置在停泊水域前方，回旋水域長(zhǎng)軸為572.5m，短軸為458m，回旋水域占用進(jìn)港航道水域，船舶考慮乘潮進(jìn)港，回旋水域設(shè)計(jì)底高程與進(jìn)港航道設(shè)計(jì)底高程取為一致，即-11.3m。根據(jù)業(yè)主要求，本工程不包含進(jìn)港航道部分疏浚，進(jìn)港航道部分設(shè)計(jì)由業(yè)主另行委托。本工程疏浚平面布置詳見圖1：

另根據(jù)相關(guān)勘察報(bào)告揭示，水域部分地層主要由第四系（Q）松散海相堆積物及基底志留系（S）風(fēng)化巖組成，大致可分為三層——場(chǎng)地覆蓋層（疏浚等級(jí)2～8級(jí)、局部11級(jí)）、強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖層（疏浚等級(jí)11～12級(jí)）、中風(fēng)化粉砂質(zhì)

（疏浚等級(jí)13級(jí)，需炸礁）。本工程典型斷面地質(zhì)剖面圖見圖2：

根據(jù)本海港工程特點(diǎn)，該工程水域疏浚需考慮不同土層分級(jí)分別按照不同的穩(wěn)定坡比放坡來(lái)計(jì)算疏浚量，同時(shí)，需考慮停泊水域和回旋水域過(guò)渡區(qū)放坡計(jì)算，最后還需生成斷面圖及土方工程量統(tǒng)計(jì)表，前文所述海港碼頭特點(diǎn)均有涉及，具有一定的代表性。本文以該海港碼頭為例來(lái)探討Civil3d在海港碼頭疏浚工程的應(yīng)用及適應(yīng)性，總結(jié)實(shí)現(xiàn)方法，為其他類似工程提供案例參考。

3.2 Civil3d應(yīng)用

3.2.1 創(chuàng)建地形曲面

Civil3d可以根據(jù)勘測(cè)資料方便快捷的創(chuàng)建地形曲面，創(chuàng)建曲面的方法有很多種，本文通過(guò)創(chuàng)建三角網(wǎng)曲面，然后向三角網(wǎng)曲面添加數(shù)據(jù)方式創(chuàng)建地形曲面。Civil3d可以通過(guò)圖形對(duì)象、DEM文件、點(diǎn)文件、特征線、等高線等多種方式向曲面添加數(shù)據(jù)，對(duì)勘測(cè)地形的可識(shí)別程度高，軟件適應(yīng)性和通用性較強(qiáng)。

生成原始地形曲面后，可選中創(chuàng)建的曲面通過(guò)對(duì)象查看器查看曲面，如有發(fā)現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤，可以通過(guò)曲面特性進(jìn)行修改。本文勘測(cè)地形屬性為塊，通過(guò)圖形對(duì)象中的塊向新建的三角網(wǎng)曲面添加數(shù)據(jù)，生成原始地形曲面如圖3所示：

3.2.2 創(chuàng)建設(shè)計(jì)曲面

創(chuàng)建設(shè)計(jì)曲面需通過(guò)要素線和放坡組來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，根據(jù)港池疏浚平面圖，考慮到本工程存在過(guò)渡區(qū)，因而回旋水域范圍邊線需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，預(yù)留出過(guò)渡區(qū)范圍。以本文案例為例，過(guò)渡區(qū)為停泊水域按照1：5放坡至回旋水域區(qū)域，考慮兩水域高差，計(jì)算出過(guò)渡區(qū)寬度為12m，將停泊水域邊線向外側(cè)偏移12m，連接至回旋水域邊線;然后，創(chuàng)建要素線，并定義要素線各點(diǎn)高程;最后，定義放坡組，放坡組包含邊坡坡度以及放坡樣式等，通過(guò)放坡組工具，選擇要素線進(jìn)行放坡，生成設(shè)計(jì)曲面，如圖4所示。

3.2.3 計(jì)算土方工程量

Civil3d計(jì)算土方工程量可通過(guò)“常用”—“放坡”—“放坡創(chuàng)建工具”中“放坡體積工具”選項(xiàng)，快速統(tǒng)計(jì)計(jì)算邊坡量、總量等土方量。另外，可通過(guò)“放坡體積工具”選項(xiàng)面板左上角“設(shè)定放坡組”來(lái)分區(qū)域統(tǒng)計(jì)相關(guān)土方量，詳見圖5。

3.2.4 生成斷面圖

Civil3d批量繪制斷面圖可采用道路橫斷圖方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，采用路線創(chuàng)建工具，定義路線，確定斷面位置等;然后通過(guò)采樣線工具，沿定義好的路線按一定間距創(chuàng)建采樣線（即斷面線），確定斷面間距、放坡范圍等;最后，通過(guò)橫斷面圖工具，批量創(chuàng)建土方斷面圖，每個(gè)采樣線對(duì)應(yīng)一個(gè)斷面圖，橫斷面圖樣式根據(jù)各院出圖習(xí)慣及要求靈活自行定制。此外，對(duì)于初設(shè)階段，典型土方斷面圖可通過(guò)更為簡(jiǎn)捷的“快速縱斷面”工具來(lái)創(chuàng)建。

“快速縱斷面”及“橫斷面圖”工具可極大的減少人工繪制土方斷面的工作量，同時(shí)結(jié)合Civil3d實(shí)時(shí)查看、動(dòng)態(tài)修改及其對(duì)象之間的智能關(guān)聯(lián)性，可極大的提高工作效率。

3.2.5 分土質(zhì)計(jì)算

Civil3d生成的放坡坡頂線可被識(shí)別作為要素線進(jìn)行放坡等操作，針對(duì)地質(zhì)分層較明顯的港池疏浚工程，可將各分層土層分別建立地形曲面（1～n），以港池開挖邊界作為初始要素線自下而上逐層放坡，下層坡頂線作為上層土層的要素線，如此重復(fù)，可得到不同土層不同坡度的設(shè)計(jì)曲面，再分層統(tǒng)計(jì)各土層開挖土方量，最后采用上述3.2.4步驟生成斷面圖，從而達(dá)到施工圖（含分層土質(zhì)線及分層土方量）出圖要求。

3.2.6 小結(jié)

目前，隨著BIM技術(shù)在水運(yùn)行業(yè)的探索與應(yīng)用，Civil3D因其具有強(qiáng)大的三維地面模型處理能力而越來(lái)越被廣泛使用。利用Civil3D建立三維地面模型，在進(jìn)行場(chǎng)地設(shè)計(jì)、地塊劃分、路線布置、室外管線設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)工程量的同時(shí)，還可得到能夠即時(shí)更新的地形斷面圖、土石方施工圖、道路及管線的布置圖和斷面圖等。

Civil3D可實(shí)現(xiàn)土質(zhì)分層計(jì)算并在批量生成的斷面圖中繪制土質(zhì)分層線，同時(shí)Civil3D可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各生成的斷面圖的挖方、填方面積，這極大的提高了設(shè)計(jì)效率，也是其他土方軟件所不具備的功能。

4 結(jié)論

3D立體化設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，Civil3d具有直觀、精確、高效等優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)今對(duì)設(shè)計(jì)成果要求越來(lái)越高，設(shè)計(jì)周期越來(lái)越短的工作環(huán)境下，Civil3d在保證準(zhǔn)確性的前提下極大的提高了設(shè)計(jì)工作者的效率[3]。

本文以某海港碼頭為例來(lái)探討Civil3d在海港碼頭疏浚工程的應(yīng)用及適應(yīng)性，總結(jié)實(shí)現(xiàn)方法，為其他類似工程提供工程案例參考。經(jīng)過(guò)深入分析并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了Civil3d對(duì)于工程設(shè)計(jì)具有動(dòng)態(tài)高效的特點(diǎn)，Civil3d以其強(qiáng)大的綜合功能可較好的適應(yīng)港口工程疏浚設(shè)計(jì)。相較于傳統(tǒng)計(jì)算方法，其優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

Civil3d對(duì)勘測(cè)的地形數(shù)據(jù)類型具有較強(qiáng)的兼容性，相較其他土方軟件，更具備廣泛的適用性。

Civil3d能根據(jù)地形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成三維模型，可通過(guò)三維模型較直觀、快捷的觀察地形數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)Civil3d的曲面功能可方便的對(duì)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯修改，盡量避免地形資料錯(cuò)誤對(duì)工程設(shè)計(jì)造成影響。

Civil3d可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)三維工程模型的即時(shí)修改，其對(duì)象之間具備智能關(guān)聯(lián)，更新地形數(shù)據(jù)后，其相關(guān)的地形曲面、設(shè)計(jì)曲面、放坡組、斷面圖等可自動(dòng)智能關(guān)聯(lián)修改，極大的方便了設(shè)計(jì)者進(jìn)行方案比較設(shè)計(jì)，可使用戶更輕松、更高效的探索和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

Civil3d可批量繪制斷面圖，計(jì)算工程量并輸出工程量報(bào)表，大幅度提高出圖效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘭立偉，嚴(yán)杰.AutoCAD Civil3d在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2009，9（12）：120-121.

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[3] 郭陽(yáng)洋.Civil3d軟件在場(chǎng)地平整設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)市政工程，2013.