Civil 3D在雄安新區(qū)孝義河河口濕地項目場地設(shè)計中的應(yīng)用

李光浩，陳巧紅

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，武漢430000）

1 工程概況

孝義河河口濕地水質(zhì)凈化工程位于雄安新區(qū)安新縣，是華北地區(qū)規(guī)模最大的濕地之一。濕地工藝為“前置沉淀生態(tài)塘+潛流濕地+多塘系統(tǒng)”，水體由孝義河引入濕地后將流經(jīng)前置沉淀生態(tài)塘、水平潛流濕地、多塘系統(tǒng)以及沉水植物塘，最終引出流回孝義河。項目區(qū)域涉及白洋淀蓄滯洪區(qū)，白洋淀蓄滯洪區(qū)是大清河流域緩洪、滯瀝的國家重點蓄滯洪區(qū)，因此，在方案設(shè)計中土方平衡尤為重要，需考慮挖填自身平衡不占用蓄滯洪區(qū)容積。

本次陸域形成場地范圍較大，高程變化復(fù)雜，隨著設(shè)計的深入需要對方案進(jìn)行多次優(yōu)化。采用傳統(tǒng)高程設(shè)計手段（斷面法、等高線法）工作量大且容易出錯，采用Civil 3D 通過建立原始地面曲面，利用放坡、道路及部件編輯器等工具建立工程后曲面，并利用體積工具計算區(qū)域土石方盈虧，結(jié)合人工調(diào)整，在廠區(qū)內(nèi)各小范圍子區(qū)域?qū)崿F(xiàn)土方平衡，在實現(xiàn)土方自動化平衡的同時，控制廠區(qū)內(nèi)土方運輸運距，實現(xiàn)設(shè)計降低工程成本的目標(biāo)。

2 方案設(shè)計過程

初步分析前置生態(tài)塘、水平潛流濕地為填方區(qū)域，多塘系統(tǒng)為挖方區(qū)域，場地豎向高程由沉水植物塘至前置生態(tài)塘推算。本階段通過豎向布置，將潛流濕地以前場地抬高，保障在發(fā)生較小洪水時，前兩級濕地不會淹沒；孝義河常水位決定了多塘系統(tǒng)常水位，通過改變水深的方式控制整體挖方。利用Civil 3D 建立原始地面、設(shè)計場地曲面三維模型，精確計算土方量【1】，通過調(diào)整各區(qū)域高程，降低土方工程量并保障無外運土方。

3 原始地面模型的構(gòu)建

本工程項目場區(qū)在地貌單元屬于雄安新區(qū)沖湖積平原亞區(qū)—洼淀地貌，地勢平坦、開闊，地面標(biāo)高（1985 國家高程）一般在6.0～7.0m，場地內(nèi)溝壑縱橫，在溝道附近微起伏，場區(qū)以大面積耕地和村落聚集區(qū)為主。

原始地面曲面所采用地形數(shù)據(jù)為工程區(qū)域?qū)崪y1∶500 地形圖，通過添加點文件、CAD 塊、文字、等高線、特征線等多種方式生成曲面【2】。該項目使用添加CAD 塊的方式來生成曲面，再通過添加特征線的方法來細(xì)化生成的曲面。添加CAD 塊時按照類型分批次進(jìn)行添加，方便后期對模型的修改管理。在添加特征線時勾選“補充因子”，設(shè)置“距離”為20m，“中點垂距”為0.1m，形成的三角網(wǎng)較平滑真實。對生成的曲面對象進(jìn)行高程分析，將整體高程分布通過鮮明的色彩方案展示出來，及時發(fā)現(xiàn)地形曲面中存在的高程錯誤，最大程度地避免設(shè)計過程中出現(xiàn)的錯漏問題。

4 設(shè)計曲面的構(gòu)建

4.1 創(chuàng)建放坡組

前置生態(tài)塘、多塘系統(tǒng)在設(shè)計時均考慮上頂為同一平面通過一定的邊坡坡度放坡到塘底。在進(jìn)行設(shè)計時，首先根據(jù)塘頂輪廓線生成放坡需要的“要素線”，對其賦予高程屬性，再使用放坡工具按一定的坡度從要素線進(jìn)行向下放坡直至達(dá)到需要的高程。

4.2 部件編輯器

潛流濕地沿軸線采用同一斷面型式為線性工程，部件作為Civil 3D 中的一個重要組件，在道路、鐵路、管廊、輸電線等線性工程設(shè)計工作中發(fā)揮巨大作用【3，4】，但軟件本身內(nèi)置的部件模型多為公路模型，無法直接應(yīng)用于其他工程設(shè)計。部件編輯器（SAC，Subassembly Composer）解決了這一問題，通過對設(shè)計斷面進(jìn)行定制化開發(fā)，以繪制流程圖的方式創(chuàng)建帶有復(fù)雜邏輯的自定義部件，軟件帶有可視化界面，不需要復(fù)雜的編程即可便捷高效地創(chuàng)建適用于各個專業(yè)的部件，并能實現(xiàn)批量出圖，從而提高設(shè)計效率。

4.3 創(chuàng)建道路

場地內(nèi)部道路及周邊綠化高地采用道路工具進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)設(shè)計典型道路斷面的幾何尺寸，將CAD 圖元轉(zhuǎn)換成來創(chuàng)建道路的“裝配”，逐一對幾何圖元進(jìn)行代碼編輯，賦予部件屬性，構(gòu)建采用參數(shù)化定義的動態(tài)三維模型，在Civil 3D 中導(dǎo)入道路中心線，調(diào)用“裝配”生成三維道路曲面。

5 土方計算

在各分區(qū)曲面形成之后，對曲面進(jìn)行合并生成設(shè)計曲面，進(jìn)行土方工作量的計算。選擇軟件菜單選項中“分析”工具，利用“體積面板”以原始地形曲面為基準(zhǔn)，設(shè)計曲面為對照計算整體挖填方，通過土方體積計算表查看實時挖填方。在滿足水生植物種植工藝需求的情況下，升高或者降低子分區(qū)曲面高程，自動計算土方，重復(fù)操作直到調(diào)整到合理高程為止，至此場地土方平衡設(shè)計完成。通過更改土方體積計算曲面直觀地查看挖和填的區(qū)域，生成土方網(wǎng)格計算圖便于后期施工查看。目前場區(qū)土方工程已基本完工，本次設(shè)計成果得到了充分認(rèn)證。

6 結(jié)語

1）本工程利用Civil 3D 曲面功能創(chuàng)建原始曲面及設(shè)計后曲面模型，完成從高程設(shè)計到出圖的BIM 正向設(shè)計流程。

2）與傳統(tǒng)高程設(shè)計方法相比，利用Civil 3D 進(jìn)行陸域高程設(shè)計可視化程度高，有效降低圖紙的錯誤率，減少圖紙修改的工作量。

3）通過SAC 可視化的軟件界面和參數(shù)驅(qū)動方式創(chuàng)建部件，實現(xiàn)復(fù)雜線性結(jié)構(gòu)的斷面構(gòu)建，在水利領(lǐng)域創(chuàng)建自定義部件滿足設(shè)計需要，為設(shè)計人員提供了一種新的建模思路。

4）結(jié)合Civil 3D 的功能特點對水利工程陸域高程設(shè)計提供一種新的思路，為將來參與BIM 項目或復(fù)雜高程設(shè)計項目提供參考，力爭將BIM 土方平衡方法推廣為水利專業(yè)的固定模塊。