摘 要：本文总结了笔者通过应用建筑信息模型（BIM）系列土木工程软件Autodesk Civil 3D在复杂地形工业项目的总图设计的经验。对比传统面向过程的二维总图设计，表现出的运算精确性、对象可视化、用户的友好性以及面对大型项目表现出的可靠性使总图设计有了长足的进步。

关键词：Civil 3D;三维总图设计;道路设计;放坡设计

1 概述

随着工程建设领域的市场竞争日益激烈，对工程设计行业的要求越来越高，客户对设计服务行业也提出了多样化的要求。面对新的需求形势，工程设计行业也必须提升自身的服务水平来应对新的挑战，总图专业的工作内容也要有所变革来迎接这些挑战。

BIM是建筑信息模型技术，是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，是用来形容以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计。BIM技术的应用，可能有效的提高工作效率，降低成本，缩短工程周期，实现利益最大化。BIM技术具有可视化、协调性、模拟性优化性以及可出图性五个重要特点，同时它也是一套管理方法，是基于建筑设计、施工管理、项目协同、运维等为一体的全生命周期的管理方法，更能够让建筑节给能耗，减少污染等达到绿色节能的手段。

传统的总图设计工作是面向过程的一种单向的过程，设计师在开始设计前需要在充分收集有关项目的信息，加入各专业相关条件后形成完整的总图专业设计成果，过程中如果有相关专业及业主等方面的变更将意味着部分前序工作的重新设计，将产生繁重的重复设计内容，尤其是当项目规模较大时更是如此。这种设计模式面对多任务、大规模、快速反应等要求的新形势时显得力不从心。顺应这一要求，面向对象的三维总图设计应运而生。

三维总图设计本身具有高度的實时动态性、丰富的信息量、成果可视性、设计过程智能化，再加上大量的设计工具辅助，使总图设计师带来了可以更精确更快捷地完成工程项目从方案到施工图的各类设计工作，不但缩短设计周期，而且通过组合各类信息呈现的各种表格、图表、模型等来表现设计成果，给人们带来冏异于二维总图的体验。

2 三维总图设计的概念、任务

三维总图设计，即运用各类设计输入资料建立各类型三维对象模型，并赋予对象多种附属信息的基础上，通过对这些对象和信息进行组合加工，生成工程项目需要的各类图形、表格、运算结果。

整个三维总图设计的过程要充分利用传统总图设计的原理、经验及技术等。在设计过程中，由于三维模型的特性及各种软件工具的辅助，使总图设计内容中的平面布置、竖向布置、道路系统设计、综合管网设计、绿化设计、土方施工图设计等减少了很多简单重复工作，计算部分更另精确，增加了大量分析统计的工具，如地形坡度分析、降雨强度分析、汇水区域分析及各种三维模型预览。

三维总图任务的核心是各种三维模型的应用。它们的创建、加工、关联等过程的质量决定了总图设计成果的优劣。对三维模型精确刻划，准确赋与多种参数值，部分模型还需要详细定制运行规则，这些工作直接影响到三维总图动态性、关联性、易于编辑的特性的表现。基于三维模型的各种数据提取，各种数据的关联组合后的多样性展现则是更高层次上的综合运用。

3 Civil 3D在总图设计中的主要内容

本文就Civil 3D在复杂地形总图设计中常用的两个主要内容加以阐述，即：复杂地形道路设计、放坡设计。

3.1 复杂地形道路设计

复杂地形项目总图设计特点在于地形起伏大，整个厂区形成多个不同标高平台，各平台之间由不同坡度的道路连接，同时还需要考虑道路转弯半径与交叉口带来的影响，以及为厂区内管道、电气、自控及给排水等系统工程预留用地。相较于单一坡度平整场地，复杂地形的道路路网设计在总图设计中显得尤为重要。

在复杂地形场地内，道路路网需要依据原始地形的标高变化，使各平台的衔接尽量便捷流畅，距离尽可能缩短，道路坡度平缓，起伏变化少，用以实现沟通互联，节能降耗。这种原始场与精细平整过的场地差别较大，路基土石方挖填、土石方平衡、道路路床平整与自然地面的处理、道路附属设施设计都比常规场地道路路网设计复杂，工作量更大。特别厂区间用长距离厂外道路衔接的矿山类项目更是如此。面对市场和客户提出的快节奏、高精准度和频繁变更反应更及时等的要求时，传统总图设计则有力不从心的感觉。BIM技术在三维模型的基础上加入了装配这类三维实体工具，很好的解决了这一挑战。

装配是包含道路面层、基层、垫层、路基、附属排水沟、护坡等内容的一个标准横断面。每个所含内容的参数都可以订制，其中护坡创造性地引入智能化的特性，可以根据护坡连接的原始地面标高自动生成填挖的效果和三维实体，即：当道路外侧地形标高高于道路放坡坡面，自动产生开挖效果，生成开挖三维实体;当道路外侧地形标高低于道路放坡坡面，自动产生回填效果，并生成回填三维实体。装配应用的最大特色是能与地形紧密贴合，自动选择相应的部件构建三维道路实体，与其他实体组合生成各类图表，如道路实体模型与地形实体模型组合可以生成包含全线路的各点的填挖高度、道路路面标高和原始地面标高等信息的纵断面图，可以生成各桩号点的横断面图，可以生成各部件工程量汇总表格。另外三维道路实体模型还具有实时动态的特性，当改变路网中某点路面中心标高，模型会连动地根据改动后的数据生成相关联道路坡度、坡向、标高，并体现在三维实体模型和与模型相关联的图表上。这一特性的应用让设计变更不再是设计人员的烦恼，设计师只需要付出相较以往极低的时间人力成本就可以满足工程各方提出的变更要求。

这些概念的加入总图设计使设计人员的工作量大大降低，设计成果的准确性极大地提升。三维实体的辅助也让设计人员与工程参展各方的沟通更加准确顺畅。

3.2 放坡设计

复杂地形的放坡设计是总图设计中一项目重要内容。在放坡设计中，由于原始地形的不可预计，给放坡设计带来很多不可预计的困难。设计人员很难设计出贴合原始地形而又有准确工程计算出工程量。

在三维模型的辅助下，通过定制各类运行规则，不但能完美再现设计人员的设计实体，还能对不同方案类比时给出精确的工程量对比。在公路边坡设计中，面对各桩号路面的往外延伸地面点的标高时，有的路段高于路面，需要挖方，有的路段低于路面，需要填方，如果线路较长时，传统设计模式是需要逐渐桩号分别处理，这样的工作量是较繁重的。通过定制智能化的边坡部件，可以由软件自动识别地形特征，根据识别结果采取相应的边坡形式，带来高效准确的便利。

在设计一般边坡时，我们可以四种目标类型的规则来放坡：绝对高程;相对高程;向外距离;延伸到自然地面。绝对高程是指放坡到某一绝对高程水平面，相对高程是指放坡起止点本身的高程一定，向外距离是指按照某一特定的坡度和水平距离来确定放坡的形式，延伸到自然地面是指面对已有的自然地形模型，放坡从某特定的起点开始，按照特定的坡度延伸到地形曲面，得到贴合地面的放坡实体。

按照以上规则设计放坡时，设计的放坡最后都会生成一个与地形分离的曲面，把放坡曲面与地形曲面对照，在特定的边界范围内得到的实体就是放坡工程的填挖工程量。由此我们可以从这些三维模型中提取我们感兴趣的各种信息，来为我们的项目服务。

4 结束语

BIM技术是目前较为流行的工程行业新技术，应用前景也十分广阔，各个工程公司也不遗余力地推进BIM技术在工程行业的应用。总图专业如果抓住机遇，路上时代的潮流，会带来设计工作的极大便利，也使设计产出面向更智能更高效的方向发展。

参考文献：

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[4]王雯珏.Civil 3D在电厂总图道路设计中的应用[J].武汉大学学报（工学版），2013，46（增刊）：5-8.

作者简介：

孙龙（1985- ），男，汉族，湖南澧县人，总图工程师。