近年来，BIM技术在工程建设领域有较大发展，一种全新的工作和管理方式不断融入到工程建设领域。BIM技术的应用在某些方面极大提高了我们的工作效率和科学程度。AutoCAD Civil 3D软件是一款面向土木工程设计与建筑信息模型（BIM）解决方案。Civil 3D已经广泛应用于交通运输、土地开发和水利项目等领域。
本文结合金龙湾水上旅游度假项目填海工程E区填海工程基床抛石中的一段，运用多波束测深仪测得抛石后的水深图，并使用Civil 3D软件生成三维可视化数字模型。然后，通过Civil 3D软件将设计图纸中相对应的抛石，同样生成三维可视化模型。最后，通过Civil 3D内置功能，对实际抛石模型与设计模型对比进行分析，能非常直观地看到实际抛石质量是否满足要求，生成的结果可实现任意断面可查询，任意两里程桩号内的工程量任意提取，平面图、纵断面图、横断面图一处修改处处更新等功能。
提升水下测深技术精准度
金龙湾水上旅游度假项目E区填海工程（以下简称E岛）是典型重力式景观人工岛结构，采用重力式沉箱、胸墙结构。水下抛石清单总量约为135万立方米，抛石后需进行夯实施工。本工程将BIM技术与水工工程施工管理结合。
本工程整体BIM 模型
传统施工工艺一般是通过打水坨或单波束测量的方式形成CAD图纸。打水坨的方式，受水流波浪影响大，测量数据少，容易受人为读数影响效率较低、误差大，只能做小范围测量工作。单波束测量的方式，测量时同一时间只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值，通过船的移动测得整个面的水深数据。由于受波浪流影响，使得船移动并不规律，会使数据测量点间间距相差较大，有时相同位置会出现多个不同水深，存在较多初差点。
多波束测深系统，又称为多波束测深仪、条带测深仪或多波束测深声呐等。一般由声学仪器、GPS、姿态及航道数字传感器计算机与功能强大的软件组成的高技术设备。多波束测深系统一般在测量时实时进行了姿态补偿、声速更改、吃水改正、GPS延时改正和后处理时的潮位改正；单波束测量系统一般只进行声速改正、吃水改正、潮位改正。多波束可以同时接收几十束或上百束声波，那么每发出一个声波，便可在垂直航线上得到一组数据。当测量船连续航行时，便可得到一个宽带的水下地形资料。
与单波束回声仪相比，多波束测深仪最大的优点是测点多、全覆盖、精度高，而且能够精确全面地反映水下地形起伏。它把测深技术从点、线扩展到面,并进一步发展到立体测深和自动成图。 目前最先进的多波束测深仪SONIC2024多波束测深系统，测深最大量程可达500m，测深精度为1.25cm。
工程典型断面图
测量数据生成三维模型
数据的采集
该试验段里程为（K0+274-K0+342），总长约为68m。多波束测量时只需用测量船从测量起点行驶至测量终点即可，总用时约为15分钟，即可完成测量工作。生成水深图,数据图为dwg格式；单波束测量时需用测量船从测量起点到测量终点往复行驶约11次，总用时约为100分钟，效率较低且测量范围较小，只测得了抛石顶面范围，且单波束往复航次之间测量数据间距疏密难以控制。
多波束测量数据
单波束测量数据
数据的辨别及处理
多波束水深数据为正值，实际高程点应为负值。首先需要将该数据的高程值改为负值，利用Civil 3D的曲面命令，生成该数据的三维曲面，然后需要使用工具箱中的曲面提取点功能，将该曲面所使用的点提取出来形成csv格式的文档。 csv格式为excel格式的一种，该数据通过excel功能将高程值转换为负值，存储为txt格式文档。
生成地形三维图
通过Civil 3D生成曲面内读取点文件的方式生成多波束与单波束数据的三维数字模型。通过观察对比模型，可以直观地看到多波束数据在形成模型时更能反映真实的地形现状，可以直观地观察到挖泥边界和抛石边界，不同高程范围内颜色显示区别， 有利于我们进行数据分析。
抛石后多波束数据模型
对基床抛石进行建模
Civil 3D主要建模思路：
（1）根据设计图纸中的设计线，在Civil 3D中创建一条路线。我们可以将设计图纸中设计轴线直接复制到Civil 3D中创建的该路线，形成的路线可以自动标注公里桩号、百米桩号及关键桩号。
（2）创建该路线的纵断面，通过设计图纸中横、纵断面图，创建该路线的设计纵断面线。该试验段为基床抛石，设计顶标高为-8米，只需要在纵断面图中绘制该试验段桩号范围内（K0+274-K0+342）的一条标高为-8的直线即可。
（3）创建装配，装配是指创建的一个带有自动逻辑判断的标准横断面，该装配可以通过设置实现当地形标高高于设计纵断面线标高时，自动判断为挖方，否则为填方。还可以实现当填方高度小于某个高度时，边坡为1：x（x为任意值）；大于某个高度时，边坡为1：y（y为任意值）。还可以实现满足某个条件时为多级放坡，有无边沟等多种逻辑判断。通过Civil 3D装配功能，可以实现很复杂智能横断面， 通过一两个装配即能实现整体道路、沟渠、大坝、防波堤建模。创建该抛石基床装配，由于该装配比较简单，通过设计横断面图创建该基床抛石的装配，只需定义宽度及坡度即可。
（4）最后通过创建道路命令，选择以上的路线，设计纵断面线及装配创建该基床抛石的三维模型，形成最终效果。
实测模型与设计模型分析
模型分析
通过同时观察实测模型与设计模型，可以很直观地看到实测模型与设计模型间的差异，从图中可以看到实测抛石基床模型稍微向南侧偏离设计模型，造成的原因可能为抛石过程受水流影响；部分实际抛石标高高于设计抛石标高。
设计抛石模型
实际抛石与设计抛石对比
横断面分析
建立采样线编组，设置采样线间间距为2m（可以为任意间隔），根据采样线编组可以一键创建相对应的横断面视图，通过分析横断面参照规范对抛石质量进行控制。由于横断面图较多，下图只列举2个横断面。通过对横断面图进行分析可以得出相应的结论：抛石基床平整度及标高大部分满足规范要求，但是断面（K0+284-K0+288，K0+298-K0+340）看出，靠海测抛石基床宽度不满足规范要求。通过这种方式的分析，可以直观地了解到施工工艺缺陷，通过观察模型及断面，改进施工工艺，优化施工方法，才能使公司的技术得到提升，工程质量得到保证。
横断面图
工程量分析
利用Civil 3D体积面板功能，可以一键生成设计与实际抛石工程量表，工程量是关系到工程成本的重要决定因素。Civil 3D模型生成后，可以做到任意桩号范围内工程量一键提取。较传统的手工测算断面平面面积乘以里程的方式更加快速方便准确。当某些断面发生变化时，Civil 3D可以一处更改处处更新，工程量实时对应。
本文介绍了通过BIM技术与多波束测深仪相结合的一个小的应用，实现了水下抛石基床的三维成图，通过实测模型与设计抛石模型的对比分析，非常直观地掌控到抛石施工质量是否满足要求，通过横断面分析真实展现该里程内的准确情况。然后通过分析填挖报告，确立合理的补抛方案。
填挖方报告
来源：重庆BIM联盟
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