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摘要：我们在灌区工程设计过程中往往涉及到不同渠线工程量的计算，渠道工程量的计算具有渠线长、工程项目简单、工作量大、耗时长的特点，通过工程软件就可以明显的提高工作效率。本文主要介绍水工常用的Civil3D软件及ZDM软件在渠道工程量计算中的应用，通过比较分析，合理运用软件进行渠道工程量计算。
关键词：Civil3D软件；ZDM软件；工程量；分析
中图分类号：S611文献标识码： A
灌区工程是长线路工程，动辄几十公里，有的甚至达到几百公里。灌区工程的主要投资在于渠道的工程量，而且在设计过程中往往还涉及同一灌区多种渠线工程投资的比较过程，因此渠道的工程量计算，特别是土方量的计算也成了渠道设计的主要工作量之一。在传统的工程量计算中，土方量的计算主要采取的做法有：对带状地形的开挖，采用剖面法；对封闭区域的开挖，采用网格法。灌区工程是长线路工程，一般采用断面法计算，断面计算法在实际的断面布设过程中可能由于地形的变化，布置断面的间距也不同，数量也不同，而且要考虑断面的变化才能合理布置断面，这一过程在灌区工程这种长线路工程中的工作量是很大的。现在大部分的测量软件都有计算土方量的功能，如南方CASS、HTCAD等。虽然这些软件为土方量的计算提供了多种计算方法，但对于一些数据的筛选以及三维建模的支持还不够完善。在水工设计中线路工程土方量计算运用比较成熟的软件是Civil3D和ZDM，本文就以红岭灌区某一渠段的设计为例，简单谈谈Civil3D软件和ZDM软件在灌区工程项目中对工程量部分计算的应用，并进行对比分析。
1、Civil3D计算土方量的原理
在Civil3D中，数字地形图模型被称为“曲面”。曲面是对一块土地的三维几何表示，曲面由三角形或栅格组成，而这些三角形或栅格是由野外采集的点所组成的。可以利用各种三维数据源构建成地形曲面，通过分析等高线、坡度、高程，并在编辑曲面时即时更新等高线、体积和曲面分析。当添加、编辑或删除数据源时，软件会自动更新整个地形曲面。在土方量计算中，土方量就是曲面与曲面的叠加，计算出每一个高程点的Z值之差，利用精确的几何计算模型来计算的。
2、Civil3D计算渠道工程量的方法
a、创建基准曲面：先对已有带状地形图进行处理，主要是添加陡坎、检查等高线是否为多段线（二维多段线在曲面中是无法添加）等等，处理地形图后生成数字地形图模型（也就是曲面）。
b、生成路线和纵断面：根据已布置的渠道轴线生成路线，然后根据该路线生成沿路线的地形纵剖面，并在纵剖面中插入设计渠顶线（该线为本次设计横断面装配的插入参考点，可根据插入参考点定义插入的纵剖面线）。
c、创建装配和生成道路（渠道）：根据设计渠道的底宽、边坡、渠顶宽度、开挖边坡、回填边坡等参数创建横断面装配，根据装配和设计渠顶线生成道路并创建道路曲面。
d、计算工程量：创建采样线，定义材质，材质就是道路曲面与基准曲面交集的填充，也就是土方量，然后可以通过生成体积报告得出该渠段的挖、填土方量。
3、ZDM软件计算土方量的原理
ZDM软件有两种计算方法可以采用：一种是实体法。这种方法利用已有的地形数据生成实体地面，然后可以画出设计的开挖形状的实体模型，与实体地面进行布尔运算，就可以算出开挖量。但是这种方法较为耗时，常常会因为局部异常的等高线而出现程序运行中断的情况，因此在较长渠道的工程量计算中一般不采用这种方法。另一种是剖面法。这种方法根据已有的地形数据，形成一个个剖面，然后需要在每个剖面中画设计断面，从而可以得出挖填方量，ZDM软件公司为了满足海南省大广坝水利水电工程二期（灌区）昌江干渠设计要求而开发出了渠道设计模块，该设计模块就是采用这种方法进行工程量计算的。
4、ZDM软件渠道设计模块计算渠道工程量的方法
a、地形图处理：这包括增加陡坎、公路等特征地形线，删除重线重点、修正错误的高程点和高程点改为圆等基础工作。
b、生成纵断面：处理过后的地形图可以在已布置好的渠线上等间距生成高程点，并根据这些高程点可以剖切出沿渠线的地形纵断面，然后可以使用设置中心线高程将渠底高程数据导入到中心线上（本次计算断面块的插入点为设计渠底高程）。
c、放置横断面：根据设计精度等间距放置桩号线，获取桩号线的高程点，执行地形图切纵横断面命令，连续切出横剖面。根据渠道的特征参数创建标准横断面块，运行插入横断面块命令可以批量插入断面块到横剖面的设计中心点处，挖、填断面自动拟合、延伸、裁剪。
d、计算工程量：通过运行梯形渠道开挖面积长度计算和清表土面积计算模块，可以分别计算出各个桩号断面的土方开挖、土方回填、清基量、挖填方的草皮护坡等工程量，再运行生成工程量表就可以统计出该渠段总的工程量。
5、两个软件的对比分析
以上简单介绍了Civil3D软件和ZDM软件的渠道设计模块在计算渠道工程量的方法和操作过程。通過比较可以看出，两个软件的操作过程基本上是一样的，但还是有各自的优缺点。
由于Civil3D软件采用的是三维曲面，在地形图处理过程中，可以通过曲面很直观的发现地形图哪里出现异常，这样我们很容易排除错误。另外，它的土方量计算是采用曲面叠加的计算方法，计算出的工程量精度较高。该软件还可以根据数据实时生成、更新三维模型，由于在设计过程中，渠道水面线设计经常因为控灌面积的变化、流量变化、交叉建筑物的影响而不停的进行调整修改，在渠线没有变化的前提下Civil3D能够很快的计算出工程量，如当渠道纵坡或者渠道断面改变时，只需相应改变纵断面高程值或者渠道装配参数，渠道的三维模型会自动进行更新和重新计算工程量，在渠道纵坡比选方面，也能通过这种方法很快的得出渠道的挖、填方量进行比选，这大大提高了设计人员的工作效率。
相比于ZDM软件Civil3D还是存在不足的地方，Civil3D软件对于计算机的配置要求很高，仅内存要求就要2G以上，而且其三维建模运算的数据较大，时间也相对较长，常常在操作过程中会出现致命错误而前功尽弃；在工程量计算方面Civil3D软件只能对土方量进行计算和统计，对于渠道的其他工程量如渠道衬砌、草皮等，只能通过其他方法进行计算，而ZDM软件的渠道设计模块在计算工程量过程中除了计算渠道挖填土方量之外还能计算出渠道的清基量、草皮护坡、衬砌量等工程量，可以自动生成渠道占地范围线，在这个方面，ZDM软件能够很大程度的缩短设计周期。
在渠道的设计过程中，我们可以两个软件交叉着使用，互相弥补不足，如对于Civil3D曲面无法辨识的二维多段线，可以先采用ZDM软件进行地形图处理再用Civil3D生成曲面；或可以采用Civil3D软件计算土方，生成多个横断面，再采用ZDM软件剖面法对各个断面的草皮护坡、清基量等其他工程量进行计算统计等等。因此，合理、熟练的运用这两个软件，在渠道设计乃至其他的水工设计方面，会对设计人员给予不小的帮助。
关键词：Civil3D软件；ZDM软件；工程量；分析
中图分类号：S611文献标识码： A
灌区工程是长线路工程，动辄几十公里，有的甚至达到几百公里。灌区工程的主要投资在于渠道的工程量，而且在设计过程中往往还涉及同一灌区多种渠线工程投资的比较过程，因此渠道的工程量计算，特别是土方量的计算也成了渠道设计的主要工作量之一。在传统的工程量计算中，土方量的计算主要采取的做法有：对带状地形的开挖，采用剖面法；对封闭区域的开挖，采用网格法。灌区工程是长线路工程，一般采用断面法计算，断面计算法在实际的断面布设过程中可能由于地形的变化，布置断面的间距也不同，数量也不同，而且要考虑断面的变化才能合理布置断面，这一过程在灌区工程这种长线路工程中的工作量是很大的。现在大部分的测量软件都有计算土方量的功能，如南方CASS、HTCAD等。虽然这些软件为土方量的计算提供了多种计算方法，但对于一些数据的筛选以及三维建模的支持还不够完善。在水工设计中线路工程土方量计算运用比较成熟的软件是Civil3D和ZDM，本文就以红岭灌区某一渠段的设计为例，简单谈谈Civil3D软件和ZDM软件在灌区工程项目中对工程量部分计算的应用，并进行对比分析。
1、Civil3D计算土方量的原理
在Civil3D中，数字地形图模型被称为“曲面”。曲面是对一块土地的三维几何表示，曲面由三角形或栅格组成，而这些三角形或栅格是由野外采集的点所组成的。可以利用各种三维数据源构建成地形曲面，通过分析等高线、坡度、高程，并在编辑曲面时即时更新等高线、体积和曲面分析。当添加、编辑或删除数据源时，软件会自动更新整个地形曲面。在土方量计算中，土方量就是曲面与曲面的叠加，计算出每一个高程点的Z值之差，利用精确的几何计算模型来计算的。
2、Civil3D计算渠道工程量的方法
a、创建基准曲面：先对已有带状地形图进行处理，主要是添加陡坎、检查等高线是否为多段线（二维多段线在曲面中是无法添加）等等，处理地形图后生成数字地形图模型（也就是曲面）。
b、生成路线和纵断面：根据已布置的渠道轴线生成路线，然后根据该路线生成沿路线的地形纵剖面，并在纵剖面中插入设计渠顶线（该线为本次设计横断面装配的插入参考点，可根据插入参考点定义插入的纵剖面线）。
c、创建装配和生成道路（渠道）：根据设计渠道的底宽、边坡、渠顶宽度、开挖边坡、回填边坡等参数创建横断面装配，根据装配和设计渠顶线生成道路并创建道路曲面。
d、计算工程量：创建采样线，定义材质，材质就是道路曲面与基准曲面交集的填充，也就是土方量，然后可以通过生成体积报告得出该渠段的挖、填土方量。
3、ZDM软件计算土方量的原理
ZDM软件有两种计算方法可以采用：一种是实体法。这种方法利用已有的地形数据生成实体地面，然后可以画出设计的开挖形状的实体模型，与实体地面进行布尔运算，就可以算出开挖量。但是这种方法较为耗时，常常会因为局部异常的等高线而出现程序运行中断的情况，因此在较长渠道的工程量计算中一般不采用这种方法。另一种是剖面法。这种方法根据已有的地形数据，形成一个个剖面，然后需要在每个剖面中画设计断面，从而可以得出挖填方量，ZDM软件公司为了满足海南省大广坝水利水电工程二期（灌区）昌江干渠设计要求而开发出了渠道设计模块，该设计模块就是采用这种方法进行工程量计算的。
4、ZDM软件渠道设计模块计算渠道工程量的方法
a、地形图处理：这包括增加陡坎、公路等特征地形线，删除重线重点、修正错误的高程点和高程点改为圆等基础工作。
b、生成纵断面：处理过后的地形图可以在已布置好的渠线上等间距生成高程点，并根据这些高程点可以剖切出沿渠线的地形纵断面，然后可以使用设置中心线高程将渠底高程数据导入到中心线上（本次计算断面块的插入点为设计渠底高程）。
c、放置横断面：根据设计精度等间距放置桩号线，获取桩号线的高程点，执行地形图切纵横断面命令，连续切出横剖面。根据渠道的特征参数创建标准横断面块，运行插入横断面块命令可以批量插入断面块到横剖面的设计中心点处，挖、填断面自动拟合、延伸、裁剪。
d、计算工程量：通过运行梯形渠道开挖面积长度计算和清表土面积计算模块，可以分别计算出各个桩号断面的土方开挖、土方回填、清基量、挖填方的草皮护坡等工程量，再运行生成工程量表就可以统计出该渠段总的工程量。
5、两个软件的对比分析
以上简单介绍了Civil3D软件和ZDM软件的渠道设计模块在计算渠道工程量的方法和操作过程。通過比较可以看出，两个软件的操作过程基本上是一样的，但还是有各自的优缺点。
由于Civil3D软件采用的是三维曲面，在地形图处理过程中，可以通过曲面很直观的发现地形图哪里出现异常，这样我们很容易排除错误。另外，它的土方量计算是采用曲面叠加的计算方法，计算出的工程量精度较高。该软件还可以根据数据实时生成、更新三维模型，由于在设计过程中，渠道水面线设计经常因为控灌面积的变化、流量变化、交叉建筑物的影响而不停的进行调整修改，在渠线没有变化的前提下Civil3D能够很快的计算出工程量，如当渠道纵坡或者渠道断面改变时，只需相应改变纵断面高程值或者渠道装配参数，渠道的三维模型会自动进行更新和重新计算工程量，在渠道纵坡比选方面，也能通过这种方法很快的得出渠道的挖、填方量进行比选，这大大提高了设计人员的工作效率。
相比于ZDM软件Civil3D还是存在不足的地方，Civil3D软件对于计算机的配置要求很高，仅内存要求就要2G以上，而且其三维建模运算的数据较大，时间也相对较长，常常在操作过程中会出现致命错误而前功尽弃；在工程量计算方面Civil3D软件只能对土方量进行计算和统计，对于渠道的其他工程量如渠道衬砌、草皮等，只能通过其他方法进行计算，而ZDM软件的渠道设计模块在计算工程量过程中除了计算渠道挖填土方量之外还能计算出渠道的清基量、草皮护坡、衬砌量等工程量，可以自动生成渠道占地范围线，在这个方面，ZDM软件能够很大程度的缩短设计周期。
在渠道的设计过程中，我们可以两个软件交叉着使用，互相弥补不足，如对于Civil3D曲面无法辨识的二维多段线，可以先采用ZDM软件进行地形图处理再用Civil3D生成曲面；或可以采用Civil3D软件计算土方，生成多个横断面，再采用ZDM软件剖面法对各个断面的草皮护坡、清基量等其他工程量进行计算统计等等。因此，合理、熟练的运用这两个软件，在渠道设计乃至其他的水工设计方面，会对设计人员给予不小的帮助。