淺談成圖軟件CIVIL3D與CASS在工程建設(shè)中的應(yīng)用差異

1、淺談成圖軟件CIVIL 3D與CASS在工程建設(shè)中的應(yīng)用差異呂東強(qiáng) （中國水利水電第七工程局有限公司三分局 四川溫江 611130）摘要：我國的測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)測(cè)繪向數(shù)字化測(cè)繪的轉(zhuǎn)化和跨越，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)。本文針對(duì)在工程建設(shè)中地形數(shù)字化測(cè)繪成圖的方法，對(duì)比、分析了成圖軟件CASS與成圖軟件CIVIL 3D在數(shù)字化成圖處理過程中，對(duì)點(diǎn)、三角網(wǎng)（數(shù)字地面模型）、等高線、斷面生成的人工修正方法及二者之間的應(yīng)用差異。關(guān)鍵詞：數(shù)字化成圖 點(diǎn) 三角網(wǎng) 等高線 斷面 應(yīng)用差異 1 引言在工程建設(shè)中，各階段的地形圖及斷面圖是工程量計(jì)算及工程結(jié)算的依據(jù)。工程開工前，必須實(shí)測(cè)工程部位的原始地形

2、圖或斷面圖。隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)及電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化成圖軟件能很方便的繪制出地形圖并轉(zhuǎn)化出斷面圖來進(jìn)行工程量的計(jì)算，現(xiàn)在大家更多的愿意選擇測(cè)繪原始地形圖。這是因?yàn)椋簻y(cè)繪原始斷面的方法，首先要布置斷面，但由于斷面的布置必須要結(jié)合工程部位的形狀特性（如變坡線、轉(zhuǎn)折線）及地形特征來布置確定。而工程剛開工之際，很多項(xiàng)目的施工詳圖不全，局部設(shè)計(jì)修改的可能性很大，這樣，一旦動(dòng)工后，若遇修改，必定造成斷面布置不合理，無法再次測(cè)繪，就不能真實(shí)的計(jì)算工程量。而測(cè)繪原始地形就能避免因以上不確定因素造成的問題，也能直觀的反映出地形形態(tài)，斷面布置可以隨時(shí)根據(jù)需要在地形圖上剖繪，因而更容易精確的計(jì)算工程量，同時(shí)也大

3、大地提高了工作效率。目前用于測(cè)繪成圖的主要軟件是CASS地形地藉成圖軟件和CIVIL 3D軟件。CASS地形地藉成圖軟件是南方測(cè)繪儀器公司基于AutoCAD平臺(tái)技術(shù)而開發(fā)的數(shù)字化測(cè)繪成圖軟件，地貌、地理信息豐富，主要應(yīng)用于地形成圖、地藉成圖、工程測(cè)量等領(lǐng)域，工程建設(shè)單位的測(cè)繪成圖現(xiàn)在基本上是采用此軟件。而CIVIL 3D軟件是Autodesk®公司近年來針對(duì)土木工程設(shè)計(jì)而開發(fā)的，提供了完全革新的解決方案，將 AutoCAD 軟件的繪圖功能與基于對(duì)象動(dòng)態(tài)交互土木工程功能相集成的成圖軟件，現(xiàn)主要應(yīng)用于土木工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，工程建設(shè)單位很少應(yīng)用。對(duì)計(jì)算機(jī)硬件及軟件的要求，CIVIL 3D比CA

4、SS要求要高一些，但現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)主流配置、操作系統(tǒng)等都能滿足要求。2 兩種數(shù)字化測(cè)繪成圖軟件的差異數(shù)字化測(cè)繪成圖操作流程：點(diǎn)三角網(wǎng)等高線斷面圖，兩種軟件看似較相近，但在軟件應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有很多顯著的差異。2.1 展繪點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件是成圖軟件最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)文件。在數(shù)字化成圖前，都需要在記事本狀態(tài)下先準(zhǔn)備成圖軟件支持的數(shù)據(jù)文件。CASS支持?jǐn)U展名是.dat格式文件，數(shù)據(jù)格式排列必須為“點(diǎn)號(hào)，編碼，東坐標(biāo)，北坐標(biāo)，高程”形式，而CIVIL 3D支持?jǐn)U展名是.txt格式文件，數(shù)據(jù)格式排列靈活，除了可以為“點(diǎn)號(hào)，東坐標(biāo)，北坐標(biāo)，高程”形式外，還支持空格分隔、不需要點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)順序顛倒等組合形式。展繪測(cè)量點(diǎn)時(shí)

5、，CASS需要先確定繪圖比例來設(shè)置點(diǎn)號(hào)、高程及注記的字體大小，點(diǎn)號(hào)、高程點(diǎn)的繪制是分別展繪，而CIVIL 3D不需要確定比例，點(diǎn)號(hào)及高程注記是作為點(diǎn)的標(biāo)簽樣式，字體大小、顯示控制由更改標(biāo)簽樣式來決定，應(yīng)用起來相對(duì)靈活。2.2 三角網(wǎng)（數(shù)字地面模型）三角網(wǎng)生成是等高線生成的關(guān)鍵步驟。一般情況下，由于地形條件的限制在外業(yè)采集的碎部點(diǎn)很難一次性生成理想的等高線，另外還因現(xiàn)實(shí)地貌的多樣性和復(fù)雜性，自動(dòng)構(gòu)成的數(shù)字地面模型與實(shí)際地貌不太一致，這時(shí)通過修改三角網(wǎng)來修改這些局部不合理的地方。三角網(wǎng)的生成都是根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)文件來生成。自動(dòng)生成的三角網(wǎng)需要根據(jù)實(shí)際地形特征（特別是坡頂、坡腳處）來修改，否則繪制出的地形

6、圖出現(xiàn)局部嚴(yán)重錯(cuò)誤，很多工程建設(shè)單位的測(cè)繪人員都忽視了這一點(diǎn)。三角網(wǎng)的修改功能很多，如CASS提供的刪除三角形、增加三角形、重組三角形、三角形內(nèi)插點(diǎn)、刪三角形頂點(diǎn)等功能；CIVIL 3D提供的刪除直線、增加直線、交換邊界、增加點(diǎn)、刪除點(diǎn)等功能。CASS對(duì)三角網(wǎng)的修改，需要先繪制出等高線，找出等高線與實(shí)際地貌不不符的地方來進(jìn)行修改，如修改那些不是同一地形類別的特征點(diǎn)所組成三角形等，修改后執(zhí)行存盤，把以前的等高線刪除后重新繪制，再重復(fù)以上步驟，直至繪出理想的等高線。從以上操作流程可以看出，等高線與三角網(wǎng)不是動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的，修改三角網(wǎng)后不能自動(dòng)更新等高線，步驟繁瑣。而CIVIL 3D解決了以上問題，生成

7、三角網(wǎng)的同時(shí)也生成等高線，二者是動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的，當(dāng)修改三角網(wǎng)時(shí)，等高線隨著修改而實(shí)時(shí)更改，很直觀的反映出來，更利于修改。采用CIVIL 3D軟件修改三角網(wǎng)，等高線變化情況祥見圖1、圖2。圖1 三角形修改前成圖圖2 三角形修改后成圖2.3 等高線三角網(wǎng)正確生成后，二者成圖軟件都能生成合理的等高線，對(duì)等高線也都提供了豐富的編輯、注記等功能。CASS中等高線的生成一般選擇三次B樣條擬合，三次B樣條擬合是其中最優(yōu)的等高線生成方式，用這種方式生成的等高線最光滑，外觀最好，但是會(huì)有少許失真。CIVIL 3D 的等高線是以地形曲面的形式表現(xiàn)，通過控制等高線的平滑類型及平滑度來控制外觀顯示，可以使用多種源數(shù)據(jù)創(chuàng)建

8、曲面，點(diǎn)只是其中的一種。也可以使用現(xiàn)有的等高線、地形特征線、邊界等多種數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面，或者在一個(gè)曲面模型中混合使用多種源數(shù)據(jù)。體積曲面是Civil 3D 2005中一個(gè)獨(dú)特的概念，它表示由兩個(gè)曲面組成的空間夾層，因此，體積曲面必須是通過兩個(gè)普通曲面定義的。與普通曲面相似，體積曲面上的任意點(diǎn)也有高程值，然而體積曲面上的高程值表示此處兩個(gè)曲面的高程之差。例如，如果一個(gè)曲面（基面）是場(chǎng)地的原始地形曲面，而另一個(gè)曲面（對(duì)照曲面）是場(chǎng)地的設(shè)計(jì)地形曲面，則體積曲面上的高程值就表示場(chǎng)地土方的挖填深度。2.4 斷面線繪制土石方量的計(jì)算有兩種方法：DTM法及斷面法。DTM法是由DTM模型來計(jì)算土石方量，根據(jù)實(shí)地測(cè)

9、定的地面點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計(jì)高程，通過生成三角網(wǎng)來計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量，最后累計(jì)得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土石方量。由于工程建設(shè)中開挖的結(jié)構(gòu)形體比較復(fù)雜、多變，很難在數(shù)據(jù)文件中有規(guī)律有組織的確定各參數(shù)，且規(guī)范也沒有認(rèn)可，計(jì)算的土石方量只能作參照使用。因而現(xiàn)在普遍采用是斷面法，先在數(shù)字化圖上剖繪出原始地面線，再和設(shè)計(jì)斷面線（根據(jù)施工的設(shè)計(jì)圖紙繪制）組成幾何圖形來計(jì)算土石方量，這種方法簡(jiǎn)單、操作流程清晰、過程受控、檢查方便。 2.4.1 在CASS 中，繪制斷面的方法有：根據(jù)已知坐標(biāo)、根據(jù)等高線、根據(jù)里程文件、及根據(jù)三角網(wǎng)；可以根據(jù)實(shí)際地形情況靈活選用。生成后的三角網(wǎng)、等高線、斷面線是

10、不關(guān)聯(lián)的，獨(dú)立的。CASS 軟件繪制斷面主要存在以下問題：1) 根據(jù)已知坐標(biāo)繪制斷面，是按設(shè)定的采樣間距采集斷面布置線與最原始的DTM模型的所有交點(diǎn)來繪制地面斷面線，它沒有考慮后期對(duì)三角網(wǎng)的修改情況，在變坡處也存在漏采特征點(diǎn)，因而它存在局部失真性，精度較低，其大小視真實(shí)地貌的復(fù)雜性而定，同時(shí)操作一次只能繪制一個(gè)斷面，比較麻煩。2) 根據(jù)等高線繪制斷面，它從斷面布置線的起點(diǎn)開始，采集斷面布置線與等高線的所有交點(diǎn)來繪制地面斷面線，雖然等高線比較合理，但也存在失真，若遇上等高線與斷面布置線基本平行（祥見圖3），勢(shì)必造成漏采特征點(diǎn)，地面斷面線將低于真實(shí)地面線，因而它也存在局部失真性，精度較低，也是操作

11、一次只能繪制一個(gè)斷面。圖3 斷面布置圖3)根據(jù)里程文件繪制斷面，先用復(fù)合線繪制出縱斷面線，再根據(jù)縱斷面線生成里程文件（需設(shè)定斷面間距及左右長度），同時(shí)自動(dòng)沿縱斷面線生成橫斷面布置線。再根據(jù)里程文件按設(shè)定的采樣間距采集斷面布置線與最原始的DTM模型的所有交點(diǎn)來繪制地面斷面線，一次性生成全部斷面，但也存在局部失真、精度較低。4) 根據(jù)三角網(wǎng)繪制斷面，它從斷面布置線的起點(diǎn)開始，采集斷面布置線與修改后三角網(wǎng)的所有交點(diǎn)來繪制地面斷面線，由于經(jīng)過修改后的三角網(wǎng)最能真實(shí)反映實(shí)際地貌，因而它生成的地面斷面線最合理、精度最高，但操作一次只能繪制一個(gè)斷面。在CIVIL 3D 中，斷面的繪制解決了CASS的快而精度

12、低的不足之處，是從地形曲面(三角網(wǎng))來創(chuàng)建剖面（斷面）。一個(gè)圖形文件中可以有多層地形曲面，剖繪斷面時(shí)可同時(shí)剖繪在同一斷面上。 CIVIL 3D在曲面、路線和剖面之間維持著實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，對(duì)路線或是曲面的任何修改都將自動(dòng)的引起剖面的更新。與CASS成圖軟件比較主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)如下：1） 斷面的繪制，首先要?jiǎng)?chuàng)建路線（縱斷面線），創(chuàng)建路線最基本的方法有兩種：一是從多段線創(chuàng)建，可以繪制一條多段線，然后把它轉(zhuǎn)化為一個(gè)路線對(duì)象，這種方法簡(jiǎn)單，一般都選用此方法；二是按布局創(chuàng)建，通過預(yù)先設(shè)定的參數(shù)來創(chuàng)建路線（縱斷面線），然后還可以對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行修改，而各個(gè)線元之間維持著幾何相切和嚴(yán)格的約束關(guān)系。2） 根據(jù)路線，創(chuàng)建

13、橫斷面采集線，采集線可以在路線上任何地方或等間距布置，然后創(chuàng)建多個(gè)視圖及斷面視圖。斷面的生成是采集采樣線與三角網(wǎng)的所有交點(diǎn)來繪制出地面斷面線的，因而它生成的地面斷面線最合理，精度最高，可一次性生成所需的全部斷面。3）斷面的更新可隨著采集線的位移、三角網(wǎng)的修改等更新而更新。3 應(yīng)用實(shí)例及效果 觀音巖水電站導(dǎo)流明渠開挖原始地形的復(fù)測(cè)中，測(cè)繪面積大（約50萬平方米），工期緊，任務(wù)重。為了核對(duì)開挖工程量，需要實(shí)測(cè)的地形圖及設(shè)計(jì)地形圖。若用CASS軟件來計(jì)算，等高線是由很多條單獨(dú)的曲線組成，無法直接在圖上自動(dòng)剖繪，只有靠人工在圖上量取斷面數(shù)據(jù)來繪制，再根據(jù)兩斷面線差值面積來計(jì)算工程量，工作量巨大。而利用

14、CIVIL 3D軟件在設(shè)計(jì)地形圖上，把我方開挖范圍內(nèi)的等高線全部提取出來另存為圖形文件，打開此圖形文件，利用軟件功能下的“創(chuàng)建曲面”把等高線轉(zhuǎn)換為地形曲面A，轉(zhuǎn)換后的地形曲面（等高線）與原設(shè)計(jì)地形圖完全吻合，再把實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)生成地形曲面B后，我們可以看到有兩個(gè)地形曲面的等高線同時(shí)顯示，鼠標(biāo)停在曲面上，可以看到此坐標(biāo)處兩個(gè)曲面的高程之差。再用菜單下“曲面 > 實(shí)用工具 >體積”等，彈出對(duì)話框祥見圖4。圖4 曲面對(duì)話框在“基面”欄中，選擇“地形曲面A”曲面，在“對(duì)照曲面”欄中，選擇“地形曲面B”曲面后，兩曲面之間的空間夾層體積計(jì)算的結(jié)果立即呈現(xiàn)出來，也就反映出了實(shí)測(cè)地形圖與設(shè)計(jì)地形圖在工程量計(jì)算方面的量差。用這種方法，內(nèi)業(yè)全過程不到半天，比用CASS軟件提高數(shù)倍的效率。4 結(jié)束語通過本文的對(duì)比、分析可以看出，在計(jì)算工程量創(chuàng)建的數(shù)字地面模型（三角網(wǎng)）、等高線、斷面圖等方面，CIVIL 3D 的最大優(yōu)勢(shì)在于其對(duì)象是智能的，對(duì)象之間存在著動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系，如果修改了一個(gè)對(duì)象，與之關(guān)聯(lián)的對(duì)象會(huì)自動(dòng)更新，如修改點(diǎn)，與之相關(guān)聯(lián)的對(duì)象三角網(wǎng)、