AutoCADCivil3D在工业总图设计中的应用.pdf

AutoCAD Civil 3D在工业总图设计中的应用1 目录1 术语.12 专业设计简介.22.1 总图专业简介.22.2 总图设计内容.22.3 总图设计成果.32.4 总图设计流程.32.5 总图设计规范.43 设计过程.53.1 项目情况简介.53.2 原始地形图处理.73.2.1减少原始地形曲面的错误.73.2.2提高原始地形曲面的准确性.73.2.3减少原始地形曲面的数据量.93.2.4提高运行效率.103.3 道路设计.123.3.1设计流程.123.3.2传统公路设计软件特点.123.3.3 CIVIL 3D公路设计特点.123.3.4工程实例.133.4 场地设计.183.4.1常规设计方法及特点.183.4.2 CIVIL 3D在场地设计中的应用.183.5 挡土墙设计.223.5.1挡土墙设计软件现状.223.5.2设计软件主要功能.223.5.3设计软件发展前景.233.6 排土场设计.253.6.1主要设计内容.252 3.6.2设计流程.253.6.3 CIVIL 3D的应用.253.6.4工程实例.263.7 设计成果整理.284 总结.304.1 使用经验总结.304.2 使用问题总结.304.3 本地化需求.304.3.1挡土墙设计.314.3.2道路部件.314.3.3放坡规则.314.3.4土方施工图.314.4 总体评价.311 1 术语1.0.1 总平面布置在企业总体规划的基础上，根据企业的性质、规模、生产流程、交通运输、环境保护，以及防火、安全、卫生及检修要求，结合场地自然条件进行企业建筑物、构筑物、绿化及道路合理布置的工作。1.0.2 竖向设计企业进行总平面布置时考虑与厂区外现有和规划的运输线路、排水系统、周围场地标高等相协调的工作，主要结合地形和地质条件满足生产、运输、防洪、排水、管线敷设及土（石）方工程等要求。1.0.3 排土场排放剥离物的场所，也称废石场，是指矿山采矿排弃物集中排放的场所。2 2 专业设计简介2.1 总图专业简介工业企业总平面设计是在保证生产、满足工艺和运输要求前提下，结合工业场地的自然条件，合理地确定拟建建筑物、构筑物、交通运输线路、工程管线、绿化美化等设施的平面位置，使各设施成为统一的整体，并与城市规划和国家交通运输网相协调，使企业的人流、物流和设备、设施在空间上妥切组合，在时间上适当连接，在费用上节省经济，在环境上舒适安全，以使企业获得最高的经济效益和完美的建筑艺术整体。总平面设计按其对象的不同又分为建筑总平面设计和工业企业总平面设计，建筑总平面设计主要是对民用建筑而言，如一所学校、一所医院的总平面设计；工业企业总平面设计主要是对工业建筑而言，其受生产工艺流程和工业运输的制约较大。2.2 总图设计内容工业企业总平面设计内容，视其性质、规模、车间组成等不同而略有不同。一般包括以下内容：1)合理地确定建筑物、构筑物和各种工程设施的平面位置；2)合理地组织人流、货流，选择运输方式，布置交通运输线路，进行铁路线路、站场和厂区道路设计；3)根据工艺、运输等要求，结合地形，合理地进行竖向设计；4)为协调室外管线敷设，根据各有关专业的管线设计进行管线综合布置，最终确定室外管线在平面和竖向上的位置；5)进行厂区绿化和美化设计工业企业总平面设计的内容，涉及面广，影响因素多，是一项综合性很强的工作，必须与工艺设计，机械化贮运设计，土建设计和公用工程专业密切配合，才能做好。3 2.3 总图设计成果总图设计输出的图纸根据不同类型项目有所不同，高阶段一般包括以下内容：1)总体布置图；2)总平面图施工图阶段不同类型项目的内容差异较大，归纳起来一般包括以下内容：1)总平面图；2)竖向设计图；3)道路设计图；4)管线综合图；5)平基图；6)绿化设计图其中竖向布置内容包括排雨水设计、挡土墙设计、涵洞设计等，道路设计包括线路平面设计、纵断面设计、横断面设计、路面结构设计等，平基图根据不同地形及竖向布置特点主要采用方格网法或断面法进行土石方工程量计算，绿化设计在工业项目中逐渐由厂内的园艺部承担，而在民用设计中因其对绿化景观要求较高，一般由专业的园林景观设计专业承担。2.4 总图设计流程对于一个完整的设计项目，总图设计过程包括厂址选择、总体布置、总平面布置、竖向布置、管线综合等，相互关系如下：厂址选择总体布置总平面布置场地平整竖向布置管线综合道路设计 总图设计是一门技术性、经济性都很强的综合性学科，涉及的知识范围广，联系的部门和专业多，遇到的矛盾错综复杂。这就要求总图设计人员在设计时要综合分析，统筹兼顾，合理安排，多方案比较，选用最佳方案。4 2.5 总图设计规范总图设计必须遵照国家的各项法律、法规及行业规范，一般情况下涉及的法规有：1)中华人民共和国城乡规划法2)中华人民共和国土地管理法3)中华人民共和国环境保护法4)中华人民共和国水法5)中华人民共和国公路法常用的规范有：1)工业企业总平面设计规范2)有色金属企业总图运输设计规范3)机械工厂总平面及运输设计规范4)有色金属矿山排土场设计规范5)有色金属工业环境保护设计技术规范6)小型火力发电厂设计规范7)厂矿道路设计规范8)城市用地竖向规划规范9)城市工程管线综合规划规范5 3 设计过程3.1 项目情况简介CIVIL 3D 作为 Autodesk 公司主要面向总图专业，在AutoCAD 平台上采用三维模型进行相关设计的软件，在实际项目设计过程中的应用情况如何，与传统设计方法有何差异？优势及不足之处有哪些？还有哪些功能需求？本文就以一个2000t/d 的采选项目为实例，进行几个方面的探讨。这个项目是一个典型的坡地工业场地总图设计，台阶式布置，用地紧张，地形坡度大，道路坡度大，展线困难。以本项目来探讨CIVIL 3D在总图设计中的应用，不能将总图设计的内容面面俱到，仅作抛砖引玉，与同行者共同学习探讨，同时提出了对软件的功能需求，供软件开发公司参考。本项目地处云南红河上游，属中高山区，地形陡峭，尤其是超基性岩及铂钯矿体出露地段多为悬崖绝壁，地形坡度达5060。包括采矿工业场地及选矿工业场地，设计规模为日处理矿石2000吨。6 该项目采矿方式为地采，采用竖井出矿，矿石出地表后经皮带运输直接进入选厂破碎系统。采选工业场地布置于陡坡地形中唯一的一块相对较缓的坡地上，陡坡地形坡度在45左右，缓坡地形坡度也达到了20，可供使用场地紧张，需修筑从上至下贯穿整个工业场地的运矿道路，竖向设计复杂。7 3.2 原始地形图处理原始地形图是每个工程必不可少的基础资料，几乎所有总图设计均基于原始地形图展开，在 CIVIL 3D 中，原始地形图的处理，即原始地形曲面的建立，是至关重要的一步，所有 CIVIL 3D 中的操作基本上都离不开原始地形曲面。原始地形曲面建立是否精确，关系到工程量计算的准确性，其正确性有助于减少出错的几率。3.2.1 减少原始地形曲面的错误随着测量技术的不断发展，设计人员多数情况下都能得到原始地形图的电子版，而且包含有等高线、高程点的三维数据，为设计工程带来了方便，与此同时，一些不可预测的错误信息有时也包含在了原始地形图的文件中，加大了CIVIL 3D 出错的几率，如何避免这些情况的发生，是对地形图进行处理的第一步。其基本思路，就是清理图形中不可见无用数据。常用的方法有两种：1)清理 PURGE核查 AUDIT 2)写块 WBLOCK 第一种方法虽然表面上看来将无用的信息都清理掉了并修正了图形中的错误，但实践证明这种清理方式往往并不彻底，一些不可知的错误并不会因为清理、核查的操作而得到修正。推荐采用第二次方法，将有用的对象（等高线、高程点、地貌）写块至一个新文件。提示：对于写块出来的文件，不宜直接在上面进行后续操作，以本地化模板新建一个空白图，将写块出来的文件插入后再继续后续操作，可得到完整的本地化设置，包括曲面样式、放坡规则等等。3.2.2 提高原始地形曲面的准确性8 原始地形曲面的准确性关系到工程量计算的准确性，关系到放坡及道路设计是否与实际情况相符，包括三个方面的内容：1)三维数据是否正确；采用三维等高线生成的原始地形曲面并不能保证曲面的正确性，因为往往设计人员得到的地形图虽然能保证文字数据的正确性，但无法保证三维数据的正确性，局部等高线的标高不正确的情况时有发生，在生成原始地形曲面之后，有必要进行仔细的核查。提示：将曲面样式设置为等高线样式，在等高线很密集的地方一般表示该处的原始等高线标高有错误。2)三角网生成是否正确；在生成曲面之后采取三角网样式来查看，有时会发现某处与实际情况不符。CIVIL 3D根据固定的规则来生成三角网，不可避免地会出现与实际情况不符的情况，利用曲面定义中的“编辑”，交换三角形边，对曲面进行修正，以使三角网的生成符合实际。在生成曲面过程中，如果选用了最小化平面面积选项，系统会添加点，而这些点有可能与实际不符，可采用“编辑”中的“删除点”功能，将之删除。9 3)特征线添加是否足够对于非等高线覆盖区域，如房屋、陡坎、池塘等地貌在地形图上是通过特定的图例来表示，没有高程信息，只能由设计者通过现场踏勘及对地形图的判读，在曲面定义中的“特征线”中添加，以使原始地形曲面在这类区域能够准确地反映实际地貌。提示：系统提供的几种特征线类型如果不能满足需要，可采用手工添加高程点、补充等高线等方式。3.2.3 减少原始地形曲面的数据量原始地形曲面的精度和系统运行的效率是矛盾的对立面，如何在中间找到一个平衡点？对一个项目来说，足够的精度是保证项目正确进行的必要条件，但我们必须思考一个问题，对于某个项目、某个设计阶段，我们是否有必要尽可能地提高精度？毕竟在CIVIL 3D 的整个设计过程中，与原始地面曲面相关联的操作是相当频繁的，系统实时联动修改的特性使得许多调整动作都会对曲面、放坡、道路模型等进行重生成。我们需要根据项目性质、设计阶段对原始地形曲面生成的数据量进行适当的控制，以达到在满足精度要求的前提下尽可能地减少数据量，提高运行速度的目的。10 在高阶段设计中，常用的地形图比例尺为1:20001:5000，数据量不是很大，可将所有的等高线、高程点均添加至曲面定义中，对于一些细部的地貌，起伏不大可不作处理。在施工图阶段设计中，常用的地形图比例尺为1:500，等高线间距及高程点数据较多，全部添加就会对系统运行效率产生较明显的影响，可采用如下方法进行控制：1)对于计曲线间首曲线分布均匀的区域，只添加计曲面至曲面定义，可减少数据量80%；2)不添加位于计曲线、首曲线分布范围内的高程点；提示：1.原始地形图等高线一般为多段线，正常顶点间距一般在几米至十几米之间，有些地形图等高线顶点过密，多在1m 以内，甚至在0.1cm 以内，则可对这些等高线进行顶点清理操作，以减少数据量，效果非常明显，笔都曾将一个50M 地形图的等高线按最大3m顶点间距清理后图纸大小变为3M。2.使用“图形清理 MAPCLEAN”清除掉图形中的重复项、短对象、零长度对象，融合伪节点等。3.2.4 提高运行效率1)原始地形曲面建立完成后，将其导出至LandXML，新建空白图，导入LandXML原始地形曲面，不导入生成曲面的原始数据，系统运行效率可以得到极大提高。2)为一定阶段的操作添加曲面边界，限制曲面大小。提示：导出导入 LandXML 的方法虽然运行速度提高了，但一些地貌特征无法从原始地形曲面上进行判读，如该区域地表农作物类型，是否有农用道等。解决的方法：可对原始地形图作外部参照，在需要的时候加载，不需要的时候卸载。存在的问题：11 曲面定义中等高线不支持样条曲线；（完成后地形图）12 3.3 道路设计总图专业涉及的道路设计主要有两种类型，一种是厂外道路，类似于公路设计，特点是一般只有一条主线，纵坡大，道路交叉较少；另一种是厂内道路，以冶炼厂或民用项目为代表，特点是纵横交错，纵坡小，平面交叉多。本项目属于前者，仅以此为基础进行描述，按习惯称之为公路设计。3.3.1 设计流程公路设计的主流程为平面设计 纵断面设计 横断面设计，其相互关系如下：从上图可以看出，平、纵、横之间是一个相互依赖，相互制约的关系，公路设计的特点之一是调整优化的工作量比较大。3.3.2 传统公路设计软件特点国内的公路设计软件已经发展的比较成熟，尤其在公路设计系统已经很普及，符合现有公路设计的模式，完全按照行业规定生成图纸，可控性强，运行速度快。一般外挂于CAD 平台，有自己专用的数据文件格式，根据项目数据文件，在CAD 中生成图纸，表格可直接输出至WORD、EXCEL。上一阶段的操作无法直接反映至下一阶段，如调整平面，纵断面地面线不会自动根据调整后的平面进行调整，调整纵断面，横断面不会自动进行更新，均需要按照软件流程进行手工操作更新，此过程比较繁琐。3.3.3 CIVIL 3D公路设计特点不合理平面设计纵断面横断面设计方案确定不合理合理合理13 CIVIL 3D 公路设计与传统公路设计软件最大的区别在于其动态关联性，平面、纵断面地面线、横断面、道路模型均相互关联，修改其中任何一部分，与之相关联的部分均会自动更新，调整十分方便、直观。生成道路模型之后，可以方便查询与道路相关的各种数据。但 CIVIL 3D 对计算机硬件要求较高，运行速度相对较慢；本地化尚不完善，还不能完全按照国内的行业标准直接出图；可由用户自定义或控制的内容相对较少。3.3.4 工程实例本项目的公路线路贯穿于选厂，连接已有上部公路与下部公路，回头弯三处，纵坡较大。原始地面坡度较大，可供展线的区域有限。线路等级采用厂外道路四级，山岭重丘。路基宽度 4.5m，路面宽度3.5m。挖方坡率1:0.75，填方坡率1:1.5，挖方边坡坡脚设0.4 0.4m 矩形边沟。填方无法放坡或场地有需要时采用路肩挡土墙。1)平面设计通过对场地的分析，结合各种控制条件，确定该线路需要设三处回头弯，回头弯半径均采用15m，在三处回头弯的大概位置画三个半径为 15m的圆做参考。采用“路面布局工具”，圆曲面半径设为 15m，使用“切线切线（带有曲线）”，大概布置出线路的走向，注意在回头弯处要参照已经画好的圆布线，留有一定余地，否14 则曲线会丢失，利用“子图元编辑器”修改非回头弯处的转弯半径。提示：如果对线路进行LandXML 导出/导入操作，前后线元对自由曲线的约束关系会丢失，即切线会丢失，对导入后的修改带来不便，所以对未定线的路线，不宜进行此操作。2)纵断面设计使用“从曲面创建纵断面”，得到线路的纵断面原地面线，使用“从布局创建纵断面”，按照坡长、坡度、控制高程等条件，创建纵断面设计线。按照系统默认设置，对于弯道转多的低等级道路，会出现较多的数字重叠现象，影响阅读，也不满足出图要求。调整纵断面数据标注栏样式，将重合的数据分别设置于标注栏的上下侧，即可解决此问题。3)线路平面、纵断面调整在创建纵断面设计线的时候，发现许多地方挖填高度很大，需要对线路平面进行调整，以使纵断面原地面线尽量贴近纵断面设计线，以减少挖填工程量。15 创建两个视口，分别显示线路平面及纵断面，这样在调整线路平面的同时可以看到调整后的纵断面情况，很方便地可以将线路平面调整到比较理想的位置，这是最能体现CIVIL 3D 优势的环节。4)道路装配按照路基标准横断面创建装配，创建道路，即可得到道路模型，可以直观查看道路的挖填情况，道路边坡与原地面相交的情况。因为地形坡度大，有些里程段填方边坡无法与原地面相交，需要设挡土墙，但系统目前尚未提供适合的部件，可新建一道路装配，将填方坡率设为1:0.05（1:0.25）来模拟挡土墙墙面。然后根据需要，设置两种不同类型装配适用的里程段。提示：16“基本边坡挖方沟渠”部件对于挖填的判断无容差功能，在某些地段会出现极不合理的情况，采用不同的边坡部件创建多个装配，按不同的里程范围来指定，可以解决此问题。5)线路平面、纵断面再次调整生成道路模型之后，可以查看各里程的横断面情况，一般会发现某些路段还需要对线路平面及纵断面进行调整，同样可利用同时开两个或三个视口的操作，自如地对平、纵进行调整。对于回头弯，随着调整的不断进行，可将其逐渐向参照圆相切，最终使各直线段与圆精确相切。提示：CIVIL 3D 中的回头弯调整方向有一定限制，本项目采用两段相同半径的曲线首尾相连来模拟，采用捕捉操作使两曲线恰好相接，有某些情况下，纵断面地面线会在某个“YY”点（回头曲线中间点）里程以后无法生成，只需要将该处拉开一个极小值（小于0.001m）即可。6)工程量计算CIVIL 3D 不仅能通过断面法计算挖填工程量，同时还可以用断面法来计算断面各部件，如路面、路基、边坡铺装等的工程量，这在传统公路设计软件中几乎没有，对于这部分的工程量，常规设计都是单独计算。7)图纸及表格的生成利用 CIVIL 3D 提供的施工图生成工具，可以将公路平、纵、横按需要进行布局，方便出图。CIVIL 3D 还提供了逐桩坐标表、竖曲线表等功能，可以方便提到各种表格。对于矿山道路，必需要有直曲转角表和土石方量计算表，CIVIL 3D 可直接生成。17 提示：如果某表格无法生成，查询一下帮助文件，看该表格的生成需要哪些条件，如线路是否在“场地”中等。存在的问题：1.部件中挡土墙类型较少，且与国内设计习惯不符，几乎不能直接使用；2.某些工程设计数据写入到了程序中，普通用户无法根据需要自行修改，如路面加宽表中的加宽数据；3.“基本边坡挖方沟渠”部件无容差处理，容易出现不合理布置；4.非连续部件无法处理，如间隔布置的护墩；5.线路平面设计的“QZ”标签默认没有设置至专用图层，使得对其显示及打印与否控制不方便。6.“加宽超高的车道”部件中没有单车道加宽数据，且数据均为公路设计规范中数据，无厂矿道路等规范中的数据，无法方便地自定义；7.对低等级的复杂路线，文字重叠现象较严重，调整不方便甚至因为同类标签无法设置两种格式而使得某些情况下不可调。18 3.4 场地设计3.4.1 常规设计方法及特点对于场地设计，一要考虑各台阶的衔接，二要考虑边坡的挖填情况，三要考虑土石方工程量情况。在常规设计方法中，常采用做断面的方法来验证设计是否合理，经验对于设计者来讲显得比较重要，一个有经验的设计者往往可以在方案确定的过程中较好地把握住这些方面。3.4.2 CIVIL 3D在场地设计中的应用1)放坡CIVIL 3D 在场地设计中主要利用的是其放坡功能，通过放坡，可以快速准确地得到各种数据，如边坡挖填高度，坡脚线位置，土石方工程量等，如需要进行调整，只需调整要素线的位置或标高，即可得到新的数据，给设计者实时提供了大量的参考数据，可以及时地对方案进行调整。2)快速纵断面在完成放坡后，虽然在平面上可以判读出放坡边界，各点的开挖前后高程以及各开挖场地是否有冲突，但对上下各台阶之间的关系表示的不够直观，系统提供的快速纵断面功能使得设计者能够迅速方便地得到放坡场地的剖面，以判断场地设计是否合理。3)查询CIVIL 3D 强大的查询功能，在很多情况下甚至不用剖切出横断面，直接用鼠标指向某点，即可得到相关的数据。如在已经确定的道路边开挖一块场地进行厂房布置，需要考虑场地与道路的衔接，在汽车进入厂房的位置，场地与道路的标高应基本一致。对道路采用查询功能，可以直接在平面图上查询出与场地衔接范围的路面标高，从而为确定开挖场地的标高提供依据。而采用传统设计方法，需要首先查询出该处道路的里程，再从道路纵断面图上查询出相应里程的设计高程。19 4)工程实例在本项目中，场地设计内容主要是考虑到边坡的挖填情况及与道路和相邻台阶的衔接，土石方量对场地设计不起到控制作用。针对每个车间所处的位置，确定其平基范围，创建要素线，按挖方坡率1:0.75，填方坡率 1:1.5，填方模拟挡墙坡率1:0.05（1:0.25）进行放坡。该项目挖方边坡高度由于受限岩土性质，须控制在10m 以下，对于超过的情况，对要素线位置进行调整，如无法调整，则将放坡改为挡土墙，利用放坡修改功能，调整边坡坡率，再次观察边坡高度或与相邻台阶是否有冲突。在某此地方，甚至要返回到道路设计环节，对线路平面进行调整，单纯对道路来讲，可能工程量增大了，但道路的设计要服从整20 个场地设计。虽然放坡完成后就即得到了整个场地的土石方量，考虑到对施工的指导和控制，出图仍采用断面法进行土石方量计算，将场地的断面合并至道路断面统一计算，得到的工程量与 CIVIL 3D 的土石方量计算较为接近，而且由于CIVIL 3D 的土石方计算目前无法扣除挡土墙，而采用断面法可以方便地扣除挡土墙断面，所以对该项目，采用断面法进行土石方量的计算更为合理。提示：1.对每一块场地均单独创建一个放坡组，可以在调整的过程中带来便利；2.如场地在道路的填方边坡上，可将该处的填方边坡设为重直，以避免重叠；3.对于较复杂的放坡，可在原始地形曲面粘贴放坡曲面形成新的地形曲面的基础上进行存在的问题：1.各放坡之间衔接较难处理。如两个场地相邻，要将相对的边顺接，两个边空间不平行，则单独用放坡功能无法实现。21 2.不同坡率之间的过渡不好处理。在场地设计中常常遇到同一要素线不同段需要按不同坡率来放坡，对于不同坡率之间的衔接，虽然系统提供了过渡段的方法，但在实际操作中，如果过渡距离较段，或在转直角弯处过渡，基本上无法完成操作。3.快速纵断面必须分解之后才能保存，而分解之后会丢失动态关联的特性，当曲面发生变化或调整剖切线位置后要重新生成快速纵断面并再次分解，较为不便。22 3.5 挡土墙设计3.5.1 挡土墙设计软件现状用软件实现挡土墙的设计比较复杂，从挡土墙自身结构形式来分类，可分为重力式、悬壁式、扶壁式等，从墙背填料和荷载来分类，可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙。还有一些新型结构型式，如加筋土挡土墙，格宾挡墙，自嵌式挡土墙等等。最常用的还是重力式挡土墙，以下均以此作为讨论对象。对于挡土墙设计，受地形及场地设计的控制，情况比较复杂，形式多种多样，目前尚无完善的软件解决方案，现有与此相关的设计软件多偏重于结构计算。而对于挡土墙的布设、出图等只有在公路设计软件方面，因为其使用条件较为单一，有少数软件可以在一定程度上解决。3.5.2 设计软件主要功能挡土墙软件的重点内容应包括以下三个方面：1)开放的挡土墙数据库一个完善的挡土墙设计软件必须具备通用性，而挡土墙的多样性，决定了不可能仅靠软件提供的有限数据来适用于所有的设计，必须有一个开放的，可由用户自行制定规则及输入数据的挡土墙数据库。23 这其中包括挡土墙的断面形式，定位方式，荷载分类，外露面等等。输入的格式应尽可能地多，如EXCEL，TXT 等。2)交互式的挡土墙布设挡土墙布设，应该在一个三维的环境下进行，挡土墙的埋深经常与原地面标高有直接关系，而对埋深的要求又因为墙高的不同而有差异，这就要求软件系统能够根据当前设计者指定的墙高实时反馈如基础埋深、墙趾覆土厚度等数据供设计者参考，以判断是否要对墙高进行调整等等。3)完善的图表输出对于设计软件，工程量的计算及图表的输出应尽可能地完善及灵活，以方便不同行业的需求，减少软件使用的局限性，前面提到的公路挡土墙设计软件如果用到工业场地中，则基本不可用。3.5.3 设计软件发展前景CIVIL 3D 在挡土墙设计方面涉及较少，仅在道路装配中有几种型式，在实际的设计中难以适用。对于本项目，基本采用放坡来模拟挡土墙墙面，将放坡坡率设为同墙面相同，可以得到与挡土墙一样的三维曲面，具体的挡土墙设计仍采用人工设计。24 在挡土墙设计领域，国内基本上没有成熟的软件，而CIVIL 3D 借助其自身的优势，与专业设计人员进行深入的沟通，了解设计人员的实际需要，较容易取得突破，对挡土墙设计软件的发展将具有重要的影响。25 3.6 排土场设计3.6.1 主要设计内容排土场设计的主要内容包括：1)排土场位置；2)排土场容积；3)排土场堆置要素3.6.2 设计流程排土场选址时应考虑采掘和剥离物的分布，采掘顺序，剥离量大小，场址宜靠近采矿场。排土场的容量应能容纳矿山服务年限内所排弃的全部岩土，在满足上述要求的前提下尽量选择沟谷布置，一般在大比例地形图上进行初步的选址。确定排土场位置后根据剥离物的物理力学性质、排土机械设备类型、地形、工程地质、气象及水文等条件确定排土场堆置总高度、台阶高度、最小平台宽度、岩土自然安息角与边坡角等主要堆置要素。然后根据堆置要素，在满足服务年限要求的前提下确定排土场的占地面积及有效容积。3.6.3 CIVIL 3D的应用CIVIL 3D 在排土场的设计过程中有两个方面的应用：1)曲面分析利用 CIVIL 3D 中的曲面分析功能，可以很方便地得到各场地的汇水面积，地形坡度，地表水流方向等数据，在排土场的场址选择过程中可以更快、更直观地提供各种分析数据，以供设计者决策。2)放坡26 排土场的设计内容重点之一就是确定排土场的堆置范围，根据堆置要素的约束条件，计算出排土场的容积。常规的设计方法是根据经验，根据地形大致估计出排土场的范围，确定排土场各平台的最终堆置边界及标高，计算排土场容积，如果容积不能满足服务年限的容积要求，过多或不足都需要调整排土场最终堆置边坡位置，再次计算，直至恰好满足容积要求。计算排土场容积可采用采用断面法或等高线法，两种方法计算的精度取决于断面间距或等高线高差，断面法中原地面线的点取是一个比较费时费力过程，等高线法各标高等高线的圈定工作量也不小。这两种方法在试算结果无法满足要求需要调整再计算时，绝大部分工作都需要重新进行一次，效率不高。CIVIL 3D 的放坡功能，在排土场容积计算上是一个典型的应用，只需要在第一次计算时建立要素线，利用不同的放坡规则，创建放坡组，就可以得到排土场的准确容积，如果不能满足容积要求，只需要利用夹点，调整要素线位置，就可以实时得到调整后的容积，整个调整过程可以在数分钟内完成，如果单纯调整要素线位置无法满足容积要求，还可以采用编辑放坡，调整放坡参数等手段来处理。在放坡完成后，通过查询，可以得到排土场表面积、占地面积等数据。利用快速纵断面可以迅速得到任意位置的剖面图形。较之常规设计方法，不仅效率有了极大提高，而且容积计算的准确性更高。3.6.4 工程实例本项目中的排土场比较简单，容积较小，单台阶，放坡坡率1:1.5，最终堆积标高1309m，废石通过1309m 平窿口窄轨运输，出窿口即可进行排土作业。1)在 1309m 窿口画一多段线，将此多段线转换为要素线，同时指定其标高为1309m；2)建立放坡组，同时生成曲面，目标为原始地面。3)选用“曲面填方坡度”规则，创建放坡。4)利用放坡体积工具，查询容积（体积）。27 5)调整要素线位置，直至容积满足要求，确定排土场边坡最终堆积位置。提示：对于多台阶排土场，上部台阶按“距离”、“高程”或“相对高程”放坡，最下一级台阶按“曲面”放坡。上部台阶的两侧可能会出现穿过原始地面或未交到原始地面两种情况，对于穿过原始地面的情况，容积（填方）计算结果正确，只需添加边界即可得到正确放坡曲面；对于未交到原始地面的情况，将要素线两端延长至穿过原始地面，确保每一级放坡均交至原始地面或穿过原始地面，同样添加边界得到正确放坡曲面。存在的问题：1.对于复杂排土场，如某一平台的宽度为变值，则无法直接利用现有放坡规则，需进行多次放坡操作。2.没有组合放坡规则，例如：按相对高程和按曲面放坡同时起作用，按曲面放坡优先，如果交于曲面则执行按曲面放坡规则，如果未交于曲面则执行按相对高程放坡规则。虽然类似的功能在道路边坡中有，可将放坡设计转换为道路设计，但操作不够简便。28 3.7 设计成果整理CIVIL 3D 提供了一系列的出图工具，以方便使用者根据不同的需要调整出图方式。3.7.1 道路使用 CIVIL 3D 提供的平、纵、横布图工具，以及强大的样式定义功能，基本上可以满足道路相关部分的出图要求，多种表格生成工具也能满足总图专业道路设计表格输出要求。3.7.2 场地由于场地的复杂多样性及与道路的相互交织，尤其对于竖向关系比较复杂的总图，目前用 CIVIL 3D 尚不能完整建立设计曲面，即使建立了曲面，在平面图的表达上也较难调整到满足出图规范的要求，在这个项目中，放坡边界及示坡线是直接利用CIVIL 3D 生成，而其它部分则大多仍采用手工方式绘制。3.7.3 排土场29 排土场是放坡的典型应用，对于完全用放坡功能设计的排土场，放坡完成后基本上就可以满足平面图的要求，只需添加部分高程及坐标标签。分解快速纵断面得到的排土场断面，稍加标注也可以满足出图要求。至于复杂放坡排土场，如果放坡穿过了原始地形曲面，则需要在曲面定义中添加边界，以使图形正常。综合来看，CIVIL 3D 在设计成果的输出方面已经能基本满足要求，如能提供更多的可控参数，无疑将加强其灵活性。提示：可利用原始地形曲面与放坡曲面生成体量曲面，将体量曲面样式设置为等高线样式，其中标高为0 的等高线即为放坡与原始地形曲面的交线，将其提取出来形成封闭多义线，即可作为放坡曲面定义的边界添加。存在的问题：在道路横断面出图方面，系统采用阵列方式布图，对复杂多变的地形，容易产生大量空白，不能根据路基开挖宽度自动裁剪原始地面线宽度。30 4 总结在该项目中，笔者尽量使用CIVIL 3D 来完成各项设计内容，从中总结了一些经验，也发现了 CIVIL 3D 在总图设计中的一些不足及存在问题之处。4.1 使用经验总结在使用 CIVIL 3D 进行设计的过程中，本地化模板的利用显得尤为重要，几乎所有的样式、标签、规则定义均包含在其中，如果不注意这点，直接在原始地形图上操作，会发现许多教程上介绍的功能无法实现。而原始地形图处理同样是整个设计过程中的根基，许多初步使用者往往直接将得到的原始地形图等高线和高程点添加到曲面定义中，即匆忙进行下阶段的设计。看似节约了时间，往往得不偿失，不仅运行速度缓慢，事件查看器频频报错，还经常出现程序非法退出。放坡是总图设计中最常用的功能之一，系统提供了多种放坡规则，但还是会碰到无法直接利用这些规则来放坡情况，需要根据实际情况灵活运用，如一个填方边坡，可以将要素线进行适当的延长调整，即使产生了挖方，利用定义边界将挖方去除。某些情况下也可以利用道路边坡进行代替。4.2 使用问题总结从目前个人使用及从其它设计人员了解的情况来看，CIVIL 3D 运行的稳定性还有待加强，程序非正常退出的现象时有发生，虽然规范化操作对减少非正常退出有很大改善，但对程序自身进行不断修正才是解决问题的根本。其它具体的使用问题详见各章节。4.3 本地化需求31 经过几个版本的不断完善，本地化包给设计人员带来了极大的方便，在下述几个方面，还可以进一步完善，以使得CIVIL 3D 更加满足设计需求。4.3.1 挡土墙设计挡土墙设计分两个部件，一个是道路装配中使用的挡土墙部件，用于完善道路设计；二是独立的挡土墙设计模块，用于解决场地挡土墙设计，这点在总图设计中占有很重要的地位。4.3.2 道路部件道路部件对加宽超高进一步完善，补充更多的规范数据，或加宽数据能实现自定义，或由外部数据文件指定。超高计算考虑低等级公路或改造公路过渡段长度不够时的处理。4.3.3 放坡规则对多级挖填边坡，无法直接利用放坡规则实现，建议增加多级放坡规则。4.3.4 土方施工图增加网络斜布功能；增加一个设计曲面分区块进行方格网布置计算功能；完善土方零线功能；按行业出图标准完善参数设置及表格输出。4.4 总体评价从 CIVIL 3D 2006 到 CIVIL 3D 2009，CIVIL 3D 在功能上有了很大的突破，已经可以较好地用于总图设计的实际工作中。尤其本地化包的开发，更是为CIVIL 3D在国内的推广提供了十分有利的条件。就总图设计而言，CIVIL 3D 强大的放坡功能，为场地设计带来了极大的方便，能满足总图专业对放坡设计的要求，应该讲在这一部分目前尚无竞争对手。道路设计方面，实时关联的特性使得线路的调整十分方便，在平面定线及纵断面设计有较大优势，尤其对于低等级的山地公路，更是如此。但出图相对于同行业软件，尚无优势。32 在公路设计系统，想取代同行业软件，尚有相当难度，但对于总图专业的道路设计，凭借其灵活性，有很大发展空间。挡土墙设计方面，几乎没有实质性的内容，凭借其已有资源及优势，进行本地化开发，应有极强的发展前途，很有可能在挡土墙设计领域取得突破。目前国内挡土墙设计软件极少，功能也比较单一，通用性不强，对CIVIL 3D来讲，是一个很好的机遇。排土场设计，主要使用放坡功能完成，已经能满足总图专业对排土场容积、用地计算的需要。