淺析Civil 3D在總圖設計中的運用

郭 姣 石長元

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041

淺析Civil 3D在總圖設計中的運用

郭 姣 石長元

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041

為了使軟件輔助制圖工具更具可操作性和智能化,有必要對傳統二維制圖軟件進行技術探討,尋找一款合適的代替傳統二維制圖理念的設計軟件。Civil 3D是一款適用于多領域的三維設計軟件,與傳統二維制圖軟件相比,Civil 3D在總圖設計方面的突出優勢主要體現在通過對總圖設計中各相關要素模型的創建,實現動態的關聯更新。三維建模使場地內各要素形成有機統一的整體,達到修改其中某一部分其余相關部分自動關聯更新的效果。這種方式摒棄了傳統手動修改模式,提高了設計效率,確保了信息準確無誤。

Civil 3D；三維設計；總圖設計；自動更新；有機統一體

0 前言

傳統二維制圖軟件是以設計者為主體,通過軟件表達設計者思路和體現設計成果。在設計過程中,軟件充當輔助制圖工具的角色。三維設計是以設計者為主體,三維軟件為輔助,根據設計者思路,軟件實現創造、分析、判斷、表現的過程[1]。

針對三維設計理念的前瞻性和創新性,本文主要對Civil 3D三維設計軟件在總圖設計方面的優勢進行探討。

1 Civil 3D三維設計特點分析

Civil 3D軟件是Autodesk公司推出的一款面向基礎設施行業的建筑信息模型(BIM)解決方案,廣泛適用于包括總圖設計在內的眾多領域。包含了AutoCAD的全部功能,同時提供了三維動態的工程模型,可直觀地查看場地的三維效果[2-4]。

1.1 各要素的創建及動態更新

Civil 3D軟件與傳統二維制圖軟件最大的區別在于摒棄了傳統制圖中手動繪制、計算和輸出數據的模式,整個設計過程中,前期模型創建部分需人機互動協作完成,其余計算、輸出的數據等均可通過統一模板由電腦生成,無需手動計算和輸入。同時,各類曲面組合后生成模型,使整個模型形成統一的有機整體,修改某一部分,與之相關的部分會跟著自動修改,關聯的數據也會實時更新,實現動態關聯更新。這種智能化關聯關系省去了傳統設計中大量重復繪制、計算、標記和檢查的工作,使設計者擺脫了繁瑣耗時的繪圖工作,降低了出錯率,提高了設計質量[5-8]。

1.1.1 場地相關要素設計及動態更新

在用Civil 3D軟件進行總圖設計時,首先需要創建相關的三維曲面定性各個要素,如場地設計標高(裝置區標高)、邊坡、排水溝、道路系統等。再將所創建三維曲面,通過自定義的各類標簽樣式和曲面顯示樣式進行屬性展示,以達到出圖需要。整個過程中,圖面表達和標注部分均可通過直接選取相關樣式完成而無需手動繪制。

以場地設計標高和邊坡的繪制為例。傳統制圖方式:設計者確定場地設計標高→手動繪制邊坡放坡線→標注各重要節點的設計標高。Civil 3D軟件設計:創建場地設計曲面(即賦予場地標高屬性值)→創建放坡曲面(通過放坡工具實現自動放坡到曲面、到指定距離或到指定標高等)→直接生成和自動標注(通過指定的邊坡樣式和標注樣式直接生成邊坡放坡線、標注重要節點的設計標高)。整個過程除創建曲面模型(場地設計曲面、放坡曲面)外均無需手動。自動生成的邊坡放坡線和等高線標注見圖1。同理可自動創建邊坡、道路、場地、排水溝,并對其進行自動繪制和完成相關標注。

圖1 自動生成的邊坡放坡線和等高線標注

由于整個模型的創建過程是在建構一個有機統一體,場地范圍內的所有要素都是這個有機體的一部分,互相關聯、互相影響,使得修改任何一部分,與之相關的其余部分也隨之變化,從而達到實時更新。

以圖1中場地北側角點為例,僅對此點做標高調整,將角點標高由350.6調整至352.0,此時邊坡(邊坡線、放坡邊界線、邊坡等高線標注)和場地標高(場地內等高線、場地內等高線標注)均隨之自動更新,調整角點標高后的場地及放坡見圖2。這種創建模型的實質是整合場地內所有構成要素,達到相互關聯、相互更新的作用。

1.1.2 道路系統設計要素的動態更新

與總圖設計相關的道路系統一般是指廠/站內的道路系統,有著縱橫交叉、縱坡較小、平面交叉路口多等特點。

在進行道路設計時主要流程如下:平面設計→縱斷面設計→橫斷面設計→方案確定。平、縱、橫之間是一個相互依賴、相互制約的關系,傳統設計軟件通常采用兩種方式來處理這三者的關系：

圖2 調整角點標高后的場地及放坡

1)如果縱斷面設計不合理則手動調整平面設計；

2)如果橫斷面設計不合理則手動調整縱斷面設計或平面設計。

整個方案調整優化的過程相當復雜、工作量大。Civil 3D軟件在進行道路設計時,將平、縱、橫三者關系進行很好結合,實現關聯互動,充分展示了三維軟件在道路設計方面的優勢[9-12]。

利用Civil 3D軟件進行道路系統設計,主要建模步驟如下:

1)創建平面路線；

2)創建縱斷面；

3)創建橫斷面；

4)根據需要創建交叉路口；

5)利用平、縱、橫創建道路曲面。

由于道路設計系統性較強,為體現各要素的關聯互動,現僅以平面與縱斷面的動態更新為例,通過對照比較,體會其關聯更新的本質意義。

現對一條擬建約260 m的東西向道路進行如下調整,根據這些調整,可以得到縱斷面圖也隨之進行動態更新。圖3為擬建道路路線平面圖,前期僅對該條路線繪制自然地形斷面線,通過增加路線長度和挪動路線位置,觀察自然地形斷面線的變化,圖4為擬建道路縱斷面圖(自然地形縱斷面)。

圖3 擬建道路路線平面圖

圖4 擬建道路縱斷面圖(自然地形縱斷面)

調整一:增加路線長度。整個路線向東增加40 m?？梢钥吹娇v斷面圖中增加段路線的自然地形信息在未進行任何手動操作的情況下同時得以更新,見圖5～6。

調整二:挪動路線位置。整個路線向正北方向垂直挪動50 m。可以看到縱斷面圖中整個路線的自然地形信息在未進行任何手動操作的情況下同時得以更新,見圖7～8。

圖5 調整長度后的路線平面圖

圖6 自動更新后的縱斷面圖

圖7 挪動位置后的路線平面圖

圖8 自動更新后的縱斷面圖

通過上述例子可知:對路線平面進行調整,與之相關的信息隨之動態更新。同理,在道路系統設計中,對設計縱斷面、橫斷面等要素進行調整,其余關聯信息都會一并更新,原理一致。

1.2 數據統計和場地初平標高優化

利用Civil 3D軟件進行總圖設計,在進行土方工程量統計時,主要采用既有的設計曲面與原始自然地形曲面進行比較,得到三維體積曲面的方法。由于設計曲面與自然地形曲面在建模過程中已完成,因此,在進行土方統計和比較時,僅需創建體積曲面即可得到相關土方數據,操作步驟簡單快捷,適用于前期方案比選。如需用于繪制土方施工圖,還應結合Civil 3D擴展工具加以實現[13-20]。

場地初平標高的優化,可根據土方的平衡需求選取手動平衡和自動平衡兩種方式。手動平衡方式是手動操作,輸入曲面需抬高或降低值即可。自動平衡方式是根據土方平衡需求,設計者輸入挖或填的凈方量,軟件根據輸入值進行自動計算并完成設計曲面的抬高或降低。整個操作過程省去了傳統土方計算方法的一系列繁瑣程序,簡化了設計流程。

1.3 曲面樣式和標注樣式

在曲面樣式和各種標注樣式方面,由于軟件中設置的默認樣式與通行的統一標準不盡一致,設計者可以在使用過程中進行對象樣式的修改,但如果每次都去修改對象樣式,會大大降低工作效率。因此,可在前期將需要使用的樣式全部設置成通用的標準,然后保存為模板文件,每次啟動軟件時調用這些模板文件,這樣所繪制的樣式就是模板文件中的樣式[2]。通過對各類樣式的設置,滿足三維模型與二維出圖成果需求的匹配,達到自動生成文件，無需手動繪制、省時省力的效果。

2 結論

模型創建是涵蓋設計范圍內所有信息的數據庫的建立過程,總平面布置中各個建構筑物單體三維模型化的實現為總圖三維設計提供了便利條件。以數據庫為核心,可隨時檢查模型中每一個對象、每一個數據,大大降低了設計出錯的概率,同時使設計者從繁瑣的手動計算和繪制中解脫出來。這是一種開啟設計者與設計工具互動的全新設計模式,該模式從本質上解放了勞動力、提升了設計品質,真正體現了軟件的輔助設計功能,有著廣泛的發展前景。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.017

2016-01-27

郭 姣(1982-)，女，四川遂寧人，工程師，碩士，主要從事天然氣與石油相關廠/站總圖設計工作。