浅析AutodeskCivil3D在道路设计和施工测量中的应用
摘要：利用Civil 3D软件创建地形曲面和道路模型，再将设计好的模型应用到实际测量工作中。通过对比传统的道路测量方法与利用Civil 3D和全站仪的配套使用的道路测量新方法，让设计和施工人员体会到利用Civil 3D进行道路设计和测量和土方计算时有利于工作效率的提高和工作方法的简化。&&&&关键词：Civil 3D，曲面，道路模型，道路测量，土方计算；&&&&中图分类号：U41 文献标识码： A 文章编号：&&&&0.前言&&&&通过使用Autodesk Civil 3D软件，在一些工程上能取得事半功倍的效果，在以下方面表现尤为突出：
　　1）Civil3D软件突出了三维特性，比一般类似传统软件有了质的飞跃，先进的三维数字模型，真正的实现了“所见即所得”的功能。
　　2）在大规模土石方工程施工中，采用 Autodesk Civil 3D软件计算 ，所有分项工程都用该软件生成三维数字模型，可以快速精确的计算出工程量。
　　3）道路数据支持导出，发送至全站仪、RTK等测量仪器中方便施工测量。
　　本文以重庆市永川区凤凰湖工业园区采集的地面点为数据来源，运用Civil 3D实现三维建模、道路设计、土方量计算、道路放样功能。
　　1.数字地面模型的建立
　　1.1数据的采集
　　设计数据是重庆市永川区凤凰湖工业园区地形图，数据来源为全站仪所测。全站仪数据经南方测绘CASS软件所导出，再把后缀名从dat改为csv，方便数据的编辑。
　　数据采集时，为了使后期Civil 3D软件生成三维地形时能更好的反映原地形地貌，针对不同的地形我们采取不同的数据点采集方法。
　　1.2 Civil 3D曲面的建立
　　 Civil 3D中有三种创建曲面的方法：①创建曲面，② DEM创建，③导入三角网。根据现有数据，采用第一种方法。创建了曲面后，通过修改曲面样式的方法来创建等高线，并把所需的点编组添加到曲面里去。软件会自动的绘出等高线,并能查看TIN三维图，如图1。
　　图1TIN三维图 图2 创建装配图
　　2.道路设计
　　2.1道路平面设计
　　在Civil 3D中，创建路线最基本的两种方法：①从多段线创建，②按布局创建。此例选择从多段线创建道路。
　　绘制路线的平面线形，首先在“交点曲线编组特性”对话框中设置“回旋线”的参数：设置前、后缓和曲线长、A值、圆曲线半径。单击地形曲面上的路线起点，移动鼠标则出现一条动态的直线段。单击地形曲面上的位置，以指定路线的平面线形的切线交点和终点。
　　道路选线是个优化设计过程。影响道路选线的因素很多，而且这些影响因素的变化都可能导致路线的平面线形的变更。因此在平面设计过程中，需要反复的修改路线的平面线形。
　　创建完道路平面线形后，可以通过“路线布局工具”对话框修改道路的样式、标签、超高等设计值。
　　2.2道路纵断面设计
　　曲面纵断面提取自地形曲面，通常称为现状地面纵断面。它显示在纵断面图上。每个纵断面图都与一个路线相关联。
　　曲面纵断面可以是静态纵断面，也可以是动态纵断面。静态纵断面显示创建它时的高程，而不对以后路线的更改做出反应。动态纵断面会在创建路时被创建并随路线的变化而变化，因此路线上的高程发生变化时自动更改。
　　2.3道路横断面设计
　　道路模型的核心内容是设计装配。装配是指道路的典型横断面，是由互相连接的部件所组成。也可以设计水平过渡段或道路上附属的内容，例如中间带。所以在横断面设计前首先要从配件库中创建装配图，如图2。
　　 根据创建的装配图、道路基准路线还有道路的纵断面数据，就可以生成道路模型。在生成的模型基础上添加模型的采样线，并设置采样线的里程和向左、向右延伸的宽度，以确定和生成横断面。这里的每条采样线都有一个单独的编码方便查询和单独修改。
　　3.道路模型的粘贴和渲染
　　3.1道路模型的粘贴
　　 生成道路模型并添加到地形曲面后，会出现地形曲面和道路曲面不能融合，而只是重叠在了地形曲面上。这就导致了不能计算土方量和在生成三维图时在挖方段不能看到道路。此时就需要对两个曲面进行粘贴，粘贴后两个模型就能融合在一起。这一点可以清楚的通过三角网观察到，如图3。
　　沾合前
　　沾合后
　　图3粘贴前、后两个模型
　　3.2道路曲面和地形曲面的三维图
　　Civil 3D不添加速度优化显示模块，造成渲染模型时常常使计算机处于假死状态。所以我使用Navisworks做模型渲染和动画。如今很多软件都提供了与Autodesk的数据接口，可以方便的将模型导入到SketchUp、3D MAX、SkyLine等优秀的软件中。模型渲染后的效果如图4。
　　图4模型渲染后的效果图
　　4.Civil 3D在道路施工中的应用
　　4.1 Civil 3D道路施工测量中的应用
　　Civil 3D道路模型的作用是非常强大的。他可以快速评定重要的设计元素，如分段效果和工作量。同时能快速的计算出道路中桩、边桩坐标，并把数据导入全站仪放样。
　　点击“道路”菜单->“道路点作为几何空间点”，设置要导出的点代码。若需放样道路曲面的外边界的点，则勾选“daylight”，同时把格式设置为PNEZ(逗号分隔)，这是为了方便使用南方cass软件把点导入到全站仪中。
　　4.2土方计算
　　Civil 3D计算土石方的原理和方法是：在 Civil 3D中，利用各种三维数据源构建地形曲面。在土方量计算中，土方量就是曲面与曲面的叠加，计算出每一个高程点的z值之差，利用精确的几何计算模型来计算的。
　　利用此计算方法，使资料编绘人员能快速计算每期土方量。只需每月测量在建道路，并用Civil 3D生成每月的曲面模型，并与上个月曲面叠加计算，就能完成每期土方量的计算。计算完成后会自动生成土石方体积报告，如图5。
　　图5 土石方体积报告
　　Civil 3D的土石方计算避免了传统土石方计算方法（截面法、方格网法），使得测量土（石）方的效率大大提高。
　　5总结分析
　　通过对Civil 3D的研究，我得到了如下的结论：
　　1. Civil 3D最有价值的部分是三维数字地形模型。利用数字地面模型，既可直观的查看场地的三维效果、计算土石方量、平纵横断面绘制等设计与计算功能。
　　2.建立曲面有很多种方式，Civil 3D中提供“创建曲面”，“从DEM创建”，“导入三角网”三种方式。但是很多情况下我们并不能得到初测点数据，而是要通过已有的地形图生成曲面。方法有两种：
　　针对地形图是CASS软件绘制的情况，用CASS打开地形图，单击“工程应用”->“等高线生成数据文件”，导出等高线。
　　针对地形图不是CASS软件绘制的情况，首先在Civil 3D中建立一个空的三角网曲面，然后在Civil 3D中国本地化包中单击“附加工具”->“点”->“转换文本点”，可将点添加到曲面中。
　　用对于没有属性信息的CAD等高线图，可以用Autodesk revit architecture中的橡皮线贯穿等高线，然后对等高线赋值来建立数字地面模型。
　　3.软件中对象绘制的默认样式与我国通行的标准不一致，虽然用户可以在使用过程中修改对象的样式，每绘一个对象都要去修改对象样式，大大降低工作效率。
　　4.三角网曲面，是由不规则三角网中的三角形组成，组成曲面三角剖分的三角形由三角网组成。曲面中任何的高程都是通过对该点所在三角形顶点的高程进行内插来定义的。此种曲面适合用于不规则分布的采样数据而得到的复杂多变的曲面，更适合凤凰湖工业园区的三维建模。
　　5.通过使用Civil 3D的数据导出功能和CASS和全站仪的数据导入功能，能成批量的，方便快捷的把各类放线数据分类导入到全站仪中，提高工作效率。
　　6.Civil 3D中土（石）方量提供多种计算方式，但是特有的曲面复合算法使得通过地形模型即能算土（石）方，更适用于大规模，精细的土（石）方计算。
　　参考文献
　　［1］曹智翔，交通土建工程测量[M]，成都：西南交通大学出版社，2005.8.
　　［2］王凡，陆求裕．Civil3D与Vega在公路三维模拟中的应用[J]，软件导刊，）.
　　［3］陈光学．利用Civil 3D从测量点数据创建数字地形模型[J]，黑龙江水利科技，）．
　　［4］李强，龚翼，陈伟．Autodesk Civil 3D在精确地形建模中应用的几点体会[J]，水利规划与设计，2008，（1）．
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