基于Civil 3D的石料场开采三维动态设计方法

来源:用户上传      作者:王大志　黄鹏

　　摘要：针对传统的石料场开采二维设计方法流程复杂、工作内容繁多的特点，提出了基于Civil 3D的石料场开采三维动态设计方法，包括建立原始地形曲面，对地层钻孔数据进行Kriging插值拟合并建立地层曲面，石料场开采量计算与分析，石料场边坡开挖设计，石料场边坡开口线坐标数据提取等。通过该方法建立的模型具有动态关联属性，可以根据设计参数的变更动态更新。工程应用表明：该方法简化了设计流程，提高了设计效率和设计精度，满足工程设计要求。提出的基于Civil 3D二次开发技术的模型边界曲面信息提取方法实现了从设计模型快速获取开口线施工放样数据，让设计和施工无缝衔接，提高了工程项目管理效率。
　　关键词：石料开采;Civil 3D; 三维动态设计; Kriging; 插值拟合; 开口线坐标; 二次开发技术
　　中图法分类号：TP391.9 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.07.021
　　文章编号：1006 - 0081（2022）07 - 0122 - 07
　　0 引 言
　　随着计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称“CAD”）技术的高速发展，土木工程设计正由二维CAD向三维CAD转变[1]，土木工程领域出现了Civil 3D，GEOPAK，CATIA等三维CAD工程设计软件。相比二维设计，三维设计建立的实体模型更直观、准确、详实，可以在设计过程中消除碰撞，实体模型和设计数据相互关联，一处修改所涉及的部位便会自动修改。石料场开采设计通常采用的是传统二维CAD设计方法，通过在地形图中切剖面，计算开采量。该方法耗时耗力，计算精度低，设计修改不便。而采用三维CAD设计方法，可以克服上述缺点，不但能建立直观、准确的石料场模型，还可以快速计算开采量，提取料场边坡开挖数据[2]。因此，将三维CAD技术应用到石料场开采设计中，有广阔的应用前景。
　　国内的专家、学者，特别是工程技术人员，在将三维CAD技术应用到石料场开采设计方面，取得了丰硕的成果。杨伟[3]利用GeoBIM软件进行某水电站石料场三维地质建模，并利用三维地质模型进行石料场储量的计算，拓展了复杂石料场的分地层储量计算方法。王勇胜等[4]提出了一种基于CATIA的料场开采动态调整设计方法，提高了料场开采调整的计算精度和设计效率。华栋等[5]利用Civil 3D平台，开展了石料场开采规划设计工作，实现了准确计算剥离量、有用量及开采量。牛贝贝等[6]利用ItasCAD软件建立了石料场的三维地质模型，对不同岩性的块料分别进行了计算，确定了优先开采区。上述方法解决了石料场三维地质模型建立、储量计算等问题，但研究内容只涉及石料场开采设计的某一方面，未能系统阐述石料场开采设计方法，实现模型的施工放样数据提取。笔者在充分吸取上述成果的基础上，以防城港市防城区抽水蓄能电站项目石料场为研究背景，基于Civil 3D平台，结合石料场工程地质情况，建立了石料场三维地质模型，完成了石料场边坡开挖设计，并利用Civil 3D二次开发技术，实现了石料场边坡开挖数据提取，为后续边坡开挖施工放样提供数据支撑。
　　Civil 3D是一款面向土木工程行业，适用于勘察测量工程、道路工程、市政工程、水利水电工程、航道工程、地质矿产工程等多个不同行业领域的三维动态设计软件。生成的模型包含丰富的动态数据，便于在项目实施过程中快速进行设计变更，根据计算和分析结果做出决策，选择最优设计方案，快速、高效地创建与设计变更保持同步的可视化效果。它可以分析与调整测量数据、创建精确三维地形、设计各种路线及纵断面、生成道路模型并计算土方量等，能够帮助项目团队更加高效地设计、分析和可视化项目[7]。
　　Civil 3D二次开发是在其开放的.NET API基础上对用户界面、业务逻辑以及数据库访问进行扩展。允许用户根据自己的需求进行定制开发，扩展和延伸专业功能。Civil 3D提供的.NET API接口用于创建基于Civil 3D的.NET应用程序，实现用户自定义的创建、存取和操作绝大多数Civil 3D对象，包括点、等高线、曲面、纵断面、横断面、道路、管道等[8]。
　　1 基于Civil 3D的动态设计思路
　　通过Civil 3D的曲面及放坡功能建立石料场地形、地质曲面和边坡开挖曲面，计算石料场的开采量、边坡开挖设计参数，并动态调整终采平台高程，使石料场开采设计达到最优[9]。主要设计思路如下。
　　（1） 根据测量资料，形成地形曲面所需点文件;根据勘察资料，对钻孔数据进行统计、分析，形成地层曲面所需点文件。
　　（2） 利用Civil 3D软件，导入各类点文件，建立地形、地层曲面。对石料场剥离料、有用料进行统计分析。
　　（3） 根据初步确定的石料场多级边坡开挖坡比、开挖高度、马道宽度等参数，在Civil 3D部件编辑器中制作多级边坡部件，然后在图中进行装配，建立石料场开挖坡面。
　　（4） 建立体积曲面，计算石料场开采量。通过动态调整石料场终采平台高程，再次拟定多级边坡开挖参数并建立石料场开挖坡面，不断比选并获得最优设计方案。
　　（5） 利用Civil 3D二次开发技术，编程提取最终设计方案确定的石料场边坡开挖数据，用于后续石料场边坡开挖施工。
　　2 三维动态设计方法及软件开发
　　2.1 建立原始地形曲面
　　对石料场原始测量数据进行编辑，保存为Civil 3D能够识别的“*.txt”格式文件（图1）。在Civil 3D中，利用软件的“工具空间-g览-曲面-创建曲面”创建一个空的原始地形曲面，然后利用“定义-点文件-添加点文件”导入地形点数据，生成原始地形曲面（图2）。曲面建立后，对曲面进行观察，通过“曲面特性”和“编辑曲面样式”对曲面进行处理，去除错误的高程点，对等高线进行平滑处理，设置点、三角形、边界线、等高线、栅格、坡度等的样式，对高程、坡度、方向、流域进行分析[10]。

nlc202207191426

转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15436176.htm