AutoCAD Civil 3D在山区高速公路临建场地施工中的应用

魏江东，邹家勇

（中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁530000）

0 引言

随着企业对BIM等高新信息技术在施工和管理中的应用和重视，利用三维可视化、智能集成化的软件解决工程施工技术难题是每个工程技术人员必须掌握的技能。本文以贵州剑河至榕江高速公路第14合同段炸药库的场地施工为依托，介绍了AutoCAD Civil 3D在山区高速公路临建场地施工中的具体应用过程。

1 工程简介

贵州省剑河至榕江高速公路第14合同段，起止桩号为K101＋150～K109＋889，路线全长8．74km，主要结构有桥梁6座，隧道3座，路基2．7km，盖板涵12座，桥隧比为70%。路线沿榕江县西侧群山山腰而过，高于榕江盆地40～100m，北低南高。项目所处地形以山岭重丘为主，河谷形态为“U”字型，植被发育。项目桥隧比大，高墩桥梁、高填深挖路基、深埋隧道分布，施工难度大（如图1所示）。

图1 项目平面图

2 炸药库规划选址

公路途经区域土石分布不均，局部基岩裸露。路堑开挖、桥桩挖孔及隧道掘进需采用爆破技术，项目规划建设一座20t炸药库，以保证项目正常作业需求。

根据地方民爆公司要求，建设20t炸药库需≥5 000m2场地。炸药库位置经过多方调查比选确定，并结合现场地形，确定采用100m×50m的矩形进行控制规划。该炸药库位置远离高速路线及村落城镇2km外，三面环山，靠近公路；山体土质为全风化、强风化岩石，山体发育良好，未发生过滑坡、坍塌等自然灾害，谷间无地表水汇集，地势较高。

炸药库规划于三面环山沟谷中，可用长度约110m，宽度约20～30m。要达到100m×50m的平地要求，需要对周边山体进行刷坡开挖。为避免借土和弃土，考虑以挖作填，抬高地面，最终与规划尺寸吻合。如何在填挖平衡下确定场地标高和两侧开挖范围，是该炸药库场地规划施工的难点。如用传统的土方断面计算法，在缺乏地形图情况下，处理该类问题将非常繁琐，而高效确定土方平衡和土地征用范围是本工程应用AutoCAD Civil 3D软件的基本出发点。

3 AutoCAD Civil 3D应用

3．1 AutoCAD Civil 3D简介

AutoCAD Civil 3D软件是 Autodesk公司为基础设施行业推出的一款适用于多领域、一体化、智能化的三维设计软件，广泛适用于勘察测绘、地形地貌、岩土工程、道路交通、水利水电、地下管网、土地规划等领域。AutoCAD Civil 3D比较适用于较低等级道路设计及出图，其三维动态设计及自动智能计算功能在山区场地规划应用中更为直观、高效。

3．2 地形图获取

由于该炸药库选址在高速公路设计地形图之外，无现成地形图，故地形图的准确获取是关键。线外地形图的获取途径有：（1）传统的现场采样方式，易受人为因素干扰，导致某些特征点易忽略，造成精度降低，尤其在环境复杂、仪器信号差等区域，宜尽量不采用，人工补充测点应作为辅助方式；（2）网络上民用卫星地图最大可输出10m等高线地形图（1∶10 000），由于是平均等高线，局部实际地形地貌识别度差、精度低，无法满足小范围地块的具体使用要求；（3）公司引进的倾斜摄影系统可建立三维模型、还原真实世界、输出高精度地形图（1∶500），系统由无人机及专用软件组成，需要专业人员处理，更适合在重点区域应用；（4）土地征用需地方政府土地部门参与，经许可利用土地部门5m等高线卫星地形图（1∶5 000），与民用卫星地图地物地貌对比吻合后，在CAD中调整为与设计路线一致的坐标系统，视实际地标做一定修正，可满足施工放样精度要求（见图2、图3）。

图2 等高线地形图

图3 处理后同坐标系地形图

3．3 曲面

曲面的建立是利用AutoCAD Civil 3D进行三维设计的基础，通过地形图中的地形点、等高线、特征线等构成三角网，在排除奇异点后，形成起伏的地形曲面，场地的挖填及标高控制均以建立的三维曲面为基础进行布尔运算。曲面的建立过程，就是通过添加曲面，定义组成曲面的点、等高线和特征线。本工程曲面特征线是公路两边线，也是地形图实际修正的控制线。曲面的显示方式有很多种，简要列举如图4所示：

图4 曲面效果图

3．4 场地边界设置

本炸药库场地规划尺寸为100m×50m矩形，依据现场实际地形，需要进行两侧山体开挖、中间谷地回填，要求场地两侧的开挖高度大致均衡，避免一侧深挖；谷地填方区需要预留空间，确保场地进出口与公路的顺接，并满足通道纵坡要求。

3．5 放坡工具的应用

放坡工具是利用AutoCAD Civil 3D进行场地设计的主要工具。放坡的操作流程是：调出放坡创建工具→创建放坡组→选择标准集→创建放坡→创建要素线→选择放坡边→应用到整个长度→设置挖填方坡率→创建填充→步骤完成，形成基于原地面曲面的挖填放坡曲面，非常简捷。其中标准集是软件中国本地化包已设置完善的规则，可以直接使用，而设置挖方坡率和填方坡率，可使用“曲面－挖填坡度”，也可单独设置（见图5）。

图5 放坡创建及效果图

3．6 土石平衡调整

利用放坡工具创建出场地后，即可利用放坡体积工具初步进行土石平衡，通过设置土石平衡量，软件自动对场地进行抬高或降低；放坡体积工具进行土石平衡是基于挖方和填方系数均为1的情况下进行的。在实际施工中要考虑挖方松方系数和填方压实系数的影响。具体调整方案是：先利用放坡体积工具对挖方和填方系数均为1的情况进行土石平衡，再利用体积面板调整挖方和填方施工系数，通过放坡体积工具的场地抬高或降低试算，最终以反映在体积面板中的净值作为施工土石平衡控制的依据。本工程山体土质为全风化、强风化岩石，密实性好，设置挖方系数为1．2，填方系数为1．03（如图6～8所示）。

需要说明的是，利用AutoCAD Civil 3D软件进行多级挖填放坡是有困难的。在实际应用中，通过坡率反算平面距离确定边坡平台，估算一级以上实际挖填方量，相应征地边界向外平移。虽然一级以上实际挖填方量是估算的，但征地边界不受影响。

图6 初步土石平衡图（自然体积）

图7 调整后土石平衡图（自然体积）

图8 体积面板实际土石平衡图（施工体积）

3．7 用地边界确定

由于软件在多级放坡方面的功能欠缺，导致实际施工中多级边坡开挖征地线需要手动向外调节平台距离。征地边界在设计平面预留平台空间，导出坐标点位即可用于现场用地放样（如图9所示）。

图9 炸药库出图示例及最终成果图

4 炸药库施工

4．1 临时用地

山区土地征用是一项难度很大的工作，在林木植被覆盖茂密的地区，GPS信号虚弱，放样困难，加之地形险峻，需要先开路后放样。本项目采用红色塑料丝带沿两侧放样桩点延伸出用地带状范围，在经村民现场识别后，一方面作为临建场地用地征用边界，一方面作为场地开挖的指导线，作用良好。

4．2 边坡开挖

边坡开挖采用挖掘机沿坡面上山，根据边界丝带，从上至下进行开挖，边开挖边刷坡，一次成型，土石方于坡脚倾填堆积。两侧山体可同时进行开挖，也可一次开挖成型后，再开挖另一侧。

4．3 场地回填

场地回填前，需进行填前处理，对草皮、枯枝等进行清理，并碾压。场地回填早期填筑范围小时采用推土机进行运土、推平，压路机跟进分层碾压；在中后期填筑范围大时，同时投入挖掘机和自卸汽车进行装土、运土，推土机整平，压路机分层碾压。回填前处理压实度≥90%，场地分层压实度≥94%，以确保炸药库在运营过程中不沉降，避免结构坍塌造成爆炸事故。

5 结语

随着BIM信息技术的快速发展，利用软件的三维可视化技术结合动态设计理念去解决工程问题便易如反掌。只要地形图足够精确，AutoCAD Civil 3D软件可用于取弃土场规划、隧道洞口规划、临建场地规划等，在便捷易用的基础上，极大地减少了测量及方案编制人员的工作量，节约了时间与成本。