基于BIM技術的土石方工程應用

張生喜

（甘肅工程建設監理有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 軟件介紹

采用GPS-RTK對蘭州新區某醫院項目原始地形進行數據采集，并利用civil3D對原始地形進行數據分析。RTK系統包括基準站、流動站、電臺三部分，通過信息傳遞功能，解決遠距離傳送不良等問題，在土方量數據采集中占有很大優勢。經差分定位計算得出流動站具體方位，在短時間內得到流動站具體觀測信息和坐標內容。

傳統的土方算量常用計算方法有體積法、斷面法、方格網法，計算過程都過于繁瑣，計算效率、計算精度較低，且傳統土方量計算方法的適用范圍都受地形條件限制。

Civil3d能夠利用DEM數字模型構建的曲面數據進行精確的土方量計算，直接輸出土方施工圖。通過測量的地形區域的有限個點數據，根據計算需求將區域劃分為相連的三角面網絡，根據矢量拓撲關系通過線性插入點值建立DEM模型。能以不同精度不同形態描述地表形態，與傳統的同網格數據模型相比,能快速高效地表示更加復雜的表面，更好地描述顯示地形表面特征。

2 原始地形分析

2.1 利用RTK采集外業數據

2.1.1 測量控制網的布設

采用“蘭州市1996中川坐標系統”，由于首級控制點的密度不能滿足整個測區施工測量控制要求，因此我們通過采用GPS衛星定位技術對控制點進行加密，從而建立GPS平面控制網。本 項目根據測區面積大小和工程要求采用分級的方法建立高程控制網，以1985國家高程基準為基礎，在全區用三、四等水準測量方法建立水準網，該水準網與GPS平面控制網控制點位一致。

2.1.2 外業數據采集

蘭州新區某醫院項目原始地形平坦，占地面積較小，采用RTK測量的方法對整個測區的數據采集，盡量提高高程數據的采集密度，特別是特殊地貌(如斜坡頂、斜坡腳、坎上、坎下等)和地形變化的特征點，盡可能使采集的數據真實地反映地形的變化特征。每天測量作業結束后，統一將數據進行歸納存檔。

2.2 利用civil3D進行測量數據處理及分析

2.2.1 曲面的定義

根據測量數據建立曲面。曲面是地形表面的三維幾何表示，是進行土方計算的數據基礎，由Civil 3D 連接組成曲面數據的點而創建三角形或柵格。根據現場實數據創建曲面，在導入測量數據時可以自定義數據文件格式導入格式，如果數據源的面積很大但工作中只需要局部數據，可以設置曲面的有效范圍來導入有效范圍內的數據，過濾有效范圍之外的數據。

一般來講，若只需要進行土方量計算，而不需要顯示測量點數據，可直接通過數據建立曲面后直接進行土石方挖填方計算，若有需要顯示數據，則測量數據可導入建立點編組，通過調點節樣式及特性修改顯示方式，按照需求進行相關信息，之后通過采用點編組建立曲面，進行計算。

測量數據可能存在個別錯誤，數據較大或較小，導致計算出錯，可以設定一個測量數據范圍區間，在曲面生成時直接排出這個合理區間之外的數據，保證計算的準確度。

2.2.2 曲面的分析

曲面作為civil3D的核心功能，可以對曲面進行分析，包括坡度、高程、體積、匯水分析等，可以根據設計及施工要求，對曲面進行不同的分析，快速直觀的得到相關信息。以高程分析為例，通過建立地形曲面，統計分析原始地貌的高程，并生成圖表格式，可以根據不同的高程需求進行調節，設置高程段的顏色，自動生成高程圖例還可統計出對應高程段的面積，可以直接劃分填挖方區塊，方便土方量的合理調配，一旦高程設置進行調整，相關顏色及圖例進行動態調整。如圖1所示。

圖1 原始地形高程分析圖

2.2.3 曲面的顯示

根據需求的不同，可設置不同的曲面顯示方案，一般計算需要，可僅僅顯示邊界以選定、區分不同曲面；需要地形圖，則可顯示根據要求調節主、次等等高線，顯示地形圖方案；涉及匯水，則需顯示坡面箭頭及流域方案等，可以靈活使用不同的顯示方案來滿足不同工作要求。

3 基坑模型的建立與分析

3.1 建立原始地形模型

根據蘭州新區某醫院項目原始地形測量數據創建原始地形曲面，調整相關樣式及特性。根據蘭州新區某醫院基坑支護（設計）專項施工方案中基坑設計的放坡系數要求，利用civil3D對基坑設計進行三維建模。如圖2所示。

圖2 基坑模型圖

3.2 土石方填挖量計算

建模完成后，對所建模型與原始地形進行基坑設計土方量的計算，對比常規計算方法，兩個曲面之間進行土方量計算避免了斜坡空白區域，計算結果更加精確。通過體積面板功能，快速計算土石方挖填方量，也可以根據現場實際抬升或者下沉設計基坑，再進行土方計算，結合施工現場，計算出實際土方量，為土方量審核提供依據。如圖3所示。

圖3 基坑土方計算圖

4 小結

經過蘭州新區某醫院項目對Civil 3d在土方計算中的應用嘗試，我們的收獲有以下幾點：

1）Civil 3d計算體積的數據模型和算法更加嚴密科學，有效保證了事干項目中土方計算的效率和精度。

2）Civil 3d給設計者提供了豐富和強大的設計工具，大大提高了設計者的工作效率，同時也對測繪提出了更高的要求，以往提供二維圖形數據已經不能滿足設計部門的需要，提供能直接用于設計的三維數據是迫在眉睫的需要，也是未來發展的必然趨勢。

3）在這個大數據時代，數字化城市的建設道路上，以后土方數據的采集方式將會多元化。我們將通過全站儀、GPS、航拍、航天影像等方法得到高精度三維地形數據，在高精度三維地形上進行工程項目設計，為工程項目全生命周期的應用打好基礎。