淺談成圖軟件CIVIL3D與CASS在工程建設中的應用差異

1、淺談成圖軟件CIVIL 3D與CASS在工程建設中的應用差異呂東強 （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：我國的測繪科學與技術已實現(xiàn)了由傳統(tǒng)測繪向數(shù)字化測繪的轉化和跨越，新技術、新方法不斷涌現(xiàn)。本文針對在工程建設中地形數(shù)字化測繪成圖的方法，對比、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，對點、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用差異。關鍵詞：數(shù)字化成圖 點 三角網(wǎng) 等高線 斷面 應用差異 1 引言在工程建設中，各階段的地形圖及斷面圖是工程量計算及工程結算的依據(jù)。工程開工前，必須實測工程部位的原始地形

2、圖或斷面圖。隨著測繪科學技術及電腦技術的飛速發(fā)展，數(shù)字化成圖軟件能很方便的繪制出地形圖并轉化出斷面圖來進行工程量的計算，現(xiàn)在大家更多的愿意選擇測繪原始地形圖。這是因為：測繪原始斷面的方法，首先要布置斷面，但由于斷面的布置必須要結合工程部位的形狀特性（如變坡線、轉折線）及地形特征來布置確定。而工程剛開工之際，很多項目的施工詳圖不全，局部設計修改的可能性很大，這樣，一旦動工后，若遇修改，必定造成斷面布置不合理，無法再次測繪，就不能真實的計算工程量。而測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)，斷面布置可以隨時根據(jù)需要在地形圖上剖繪，因而更容易精確的計算工程量，同時也大

3、大地提高了工作效率。目前用于測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繪儀器公司基于AutoCAD平臺技術而開發(fā)的數(shù)字化測繪成圖軟件，地貌、地理信息豐富，主要應用于地形成圖、地藉成圖、工程測量等領域，工程建設單位的測繪成圖現(xiàn)在基本上是采用此軟件。而CIVIL 3D軟件是Autodesk®公司近年來針對土木工程設計而開發(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象動態(tài)交互土木工程功能相集成的成圖軟件，現(xiàn)主要應用于土木工程設計領域，工程建設單位很少應用。對計算機硬件及軟件的要求，CIVIL 3D比CA

4、SS要求要高一些，但現(xiàn)在的計算機主流配置、操作系統(tǒng)等都能滿足要求。2 兩種數(shù)字化測繪成圖軟件的差異數(shù)字化測繪成圖操作流程：點三角網(wǎng)等高線斷面圖，兩種軟件看似較相近，但在軟件應用中發(fā)現(xiàn)有很多顯著的差異。2.1 展繪點點的坐標數(shù)據(jù)文件是成圖軟件最基礎的數(shù)據(jù)文件。在數(shù)字化成圖前，都需要在記事本狀態(tài)下先準備成圖軟件支持的數(shù)據(jù)文件。CASS支持擴展名是.dat格式文件，數(shù)據(jù)格式排列必須為“點號，編碼，東坐標，北坐標，高程”形式，而CIVIL 3D支持擴展名是.txt格式文件，數(shù)據(jù)格式排列靈活，除了可以為“點號，東坐標，北坐標，高程”形式外，還支持空格分隔、不需要點號、坐標順序顛倒等組合形式。展繪測量點時

5、，CASS需要先確定繪圖比例來設置點號、高程及注記的字體大小，點號、高程點的繪制是分別展繪，而CIVIL 3D不需要確定比例，點號及高程注記是作為點的標簽樣式，字體大小、顯示控制由更改標簽樣式來決定，應用起來相對靈活。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)采集的碎部點很難一次性生成理想的等高線，另外還因現(xiàn)實地貌的多樣性和復雜性，自動構成的數(shù)字地面模型與實際地貌不太一致，這時通過修改三角網(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)點數(shù)據(jù)文件來生成。自動生成的三角網(wǎng)需要根據(jù)實際地形特征（特別是坡頂、坡腳處）來修改，否則繪制出的地形

6、圖出現(xiàn)局部嚴重錯誤，很多工程建設單位的測繪人員都忽視了這一點。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、刪三角形頂點等功能；CIVIL 3D提供的刪除直線、增加直線、交換邊界、增加點、刪除點等功能。CASS對三角網(wǎng)的修改，需要先繪制出等高線，找出等高線與實際地貌不不符的地方來進行修改，如修改那些不是同一地形類別的特征點所組成三角形等，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)不是動態(tài)關聯(lián)的，修改三角網(wǎng)后不能自動更新等高線，步驟繁瑣。而CIVIL 3D解決了以上問題，生成

7、三角網(wǎng)的同時也生成等高線，二者是動態(tài)關聯(lián)的，當修改三角網(wǎng)時，等高線隨著修改而實時更改，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中一個獨特的概念，它表示由兩個曲面組成的空間夾層，因此，體積曲面必須是通過兩個普通曲面定義的。與普通曲面相似，體積曲面上的任意點也有高程值，然而體積曲面上的高程值表示此處兩個曲面的高程之差。例如，如果一個曲面（基面）是場地的原始地形曲面，而另一個曲面（對照曲面）是場地的設計地形曲面，則體積曲面上的高程值就表示場地土方的挖填深度。2.4 斷面線繪制土石方量的計算有兩種方法：DTM法及斷面法。DTM法是由DTM模型來計算土石方量，根據(jù)實地測

9、定的地面點坐標（X，Y，Z）和設計高程，通過生成三角網(wǎng)來計算每一個三棱錐的填挖方量，最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土石方量。由于工程建設中開挖的結構形體比較復雜、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)范也沒有認可，計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，再和設計斷面線（根據(jù)施工的設計圖紙繪制）組成幾何圖形來計算土石方量，這種方法簡單、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、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、不關聯(lián)的，獨立的。CASS 軟件繪制斷面主要存在以下問題：1) 根據(jù)已知坐標繪制斷面，是按設定的采樣間距采集斷面布置線與最原始的DTM模型的所有交點來繪制地面斷面線，它沒有考慮后期對三角網(wǎng)的修改情況，在變坡處也存在漏采特征點，因而它存在局部失真性，精度較低，其大小視真實地貌的復雜性而定，同時操作一次只能繪制一個斷面，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開始，采集斷面布置線與等高線的所有交點來繪制地面斷面線，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），勢必造成漏采特征點，地面斷面線將低于真實地面線，因而它也存在局部失真性，精度較低，也是操作

11、一次只能繪制一個斷面。圖3 斷面布置圖3)根據(jù)里程文件繪制斷面，先用復合線繪制出縱斷面線，再根據(jù)縱斷面線生成里程文件（需設定斷面間距及左右長度），同時自動沿縱斷面線生成橫斷面布置線。再根據(jù)里程文件按設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開始，采集斷面布置線與修改后三角網(wǎng)的所有交點來繪制地面斷面線，由于經(jīng)過修改后的三角網(wǎng)最能真實反映實際地貌，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）。一個圖形文件中可以有多層地形曲面，剖繪斷面時可同時剖繪在同一斷面上。 CIVIL 3D在曲面、路線和剖面之間維持著實時動態(tài)關聯(lián)，對路線或是曲面的任何修改都將自動的引起剖面的更新。與CASS成圖軟件比較主要優(yōu)勢體現(xiàn)如下：1） 斷面的繪制，首先要創(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，然后把它轉化為一個路線對象，這種方法簡單，一般都選用此方法；二是按布局創(chuàng)建，通過預先設定的參數(shù)來創(chuàng)建路線（縱斷面線），然后還可以對這些參數(shù)進行修改，而各個線元之間維持著幾何相切和嚴格的約束關系。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 應用實例及效果 觀音巖水電站導流明渠開挖原始地形的復測中，測繪面積大（約50萬平方米），工期緊，任務重。為了核對開挖工程量，需要實測的地形圖及設計地形圖。若用CASS軟件來計算，等高線是由很多條單獨的曲線組成，無法直接在圖上自動剖繪，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算工程量，工作量巨大。而利用

14、CIVIL 3D軟件在設計地形圖上，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”把等高線轉換為地形曲面A，轉換后的地形曲面（等高線）與原設計地形圖完全吻合，再把實測地形數(shù)據(jù)生成地形曲面B后，我們可以看到有兩個地形曲面的等高線同時顯示，鼠標停在曲面上，可以看到此坐標處兩個曲面的高程之差。再用菜單下“曲面 > 實用工具 >體積”等，彈出對話框祥見圖4。圖4 曲面對話框在“基面”欄中，選擇“地形曲面A”曲面，在“對照曲面”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算的結果立即呈現(xiàn)出來，也就反映出了實測地形圖與設計地形圖在工程量計算方面的量差。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 結束語通過本文的對比、分析可以看出，在計算工程量創(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)勢在于其對象是智能的，對象之間存在著動態(tài)關聯(lián)關系，如果修改了一個對象，與之關聯(lián)的對象會自動更新，如修改點，與之相關聯(lián)的對象三角網(wǎng)、