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2010年9月4日 星期六

Civil 3D 土方計算程式的討論 - 大家來找碴!(1/2)

朋友,您沒看錯,我真的是邀您一起來找 Autodesk Civil 3D 2008/2009/2010 系列網格土方 dvb 外掛的碴!

Autodesk Civil 3D 這樣一個智能型的土木工程 BIM 軟體,應用範圍很廣、實力很強,隨著實務案件每深入使用一回、軟體使用能力就往上跳一級。其中,地形物件的建立及雕塑是最基本的馬步功夫。若沒有合理的、適當的數值地形物件,那後續許多使用 Civil 3D 那些高效能的輔助工具所產製出來的資料,可都會是超大量的數值垃圾。

那麼如何建立一個"好"的數值地形,或是如何知道所建立的數值地形是"好"的?目前國內似乎尚未有一個土木工程方面的規範作適切的描述,大概只能經由土方計算工具與工程實作數量作比較而作一些衡量,藉以評估操作 Civil 3D 軟體人員的能力等級為何!

Civil 3D 環境下的地面物件功能之中已提供一個土方計算工具,是以兩個地形物件直接解算而得挖填土方量,亦即與組合體積法的結果相同。不過,按工程實務或圖面審視的需求,經常需以網格法計算土方數量及繪製土方數量計算於圖面,此時那個 china country kit 中所提供的網格土方計算程式、或是國內使用這軟體的朋友所周知的 EarthworkConstructDrawing.dvb 外掛程式就相當的有用了。

只是這個程式可是有些 trouble,使用上得提高警覺地小心使用!以下以筆者這陣子應用於一個水土保持計畫案的過程中所遇上的麻煩狀況,以各位均能"重建麻煩現場"的方式與各位分享。請各位作如下的準備及操作。

1. 請準備好"C3D 黃金戰士"所周知的那個 "Bird" 點檔案資料 Sample01_All_Point_PNEZD.txt 及獨立的地形邊界檔 border.dwg。
2. 以點檔案資料 Sample01_All_Point_PNEZD.txt 滙入方式建立一個地形物件後,將該地形的等高線 1m/5m 資料萃取為聚合線。原地形則隱藏或刪除。
3. 將前述萃取之聚合線,以加入等高線的方式分別建立為 EG、FG 二個地形物件。為使兩個地形為"不同的地形",加入等高線資料時的刪點係數及補充係數均給與不同的參數值。各位也可以參考筆者的設定值:
EG:刪點係數  距離=10m/角度=4.0度、補充係數 距離=15m /角度=1度;
FG:刪點係數 距離=6m/角度=1度、補充係數 距離=10m /角度=0.6度。
4. 從 EG 地形萃取邊界線 (EG 邊界線)。
5. 以圖塊滙入 border.dwg (即 bird's border,"bird"地形邊界線)。
6. 畫一個包圍住地形物件的矩形框,其左下角即作為網格原點。

完成後存檔,觀察一下檔案大小約 2~3 M不等。接著就以vbarun 的方式載入及使用 EarthworkConstructDrawing.dvb 網格法土方計算和圖面繪製工具,並開始找碴。本次找碴的方向,不在於探究其計算得之挖方量及填方量結果與地形下拉功能表之體積計算工具之計算結果間的差異。找碴的目標,是要發現網格計算法外掛工具之繪製結果中之挖方量或填方量未標記的網格。這些網格可不是未標記到而已,而是程式根本未計算。以下各附圖中以灰白色填實的網格即為此種網格。

一、首先將網格邊長設定在 20m
計算範圍選取 EG 邊界線,採三角稜柱法計算結果如下左圖,採四角稜柱法計算結果如下右圖,以精確算法所得之情形與四角稜柱法相當。雖然三角稜柱法之未計算網格數目較多,但比較之下,三個算法之未計算網格數均有10個以上。(請留意其未計算網格之分佈情形)









接著計算範圍改選取 "bird"地形邊界線,則採三角稜柱法計算結果如下左圖,採四角稜柱法計算結果如下右圖,二者之未計算網格分佈情形相似,以精確算法所得之情形亦是如此。雖然三角稜柱法之未計算網格數目已減少,但比較之下,三個算法之未計算網格數均有5個以上。(請留意其未計算網格之分佈情形)
接著將 "bird"地形邊界線向內作偏移,偏移距離為 5以使偏移後之聚合線均落於EG 邊界線範圍之內,並取偏移後之聚合線為計算範圍。則採三角稜柱法計算結果如下圖,採四角稜柱法、精確算法所得計算結果與下圖相當。未計算網格均僅餘最右側一個而已。

二、次將網格邊長減小為 15m
減小網格邊長的目的,是為有較佳的求解結果,這是網格法計算土方的特性。而前述網格邊長20m的測試計算結果,朋友應有發現以 "bird"地形邊界線及其向內偏移距離5 為計算範圍而得的計算結果,其未計算網格數目及分佈情形均有改善,故網格邊長 15m 之下不作計算範圍為EG 邊界線的測試計算。
計算範圍選取為 "bird"地形邊界線,則三角稜柱法之計算結果如下圖左,其未計算網格數目超過10個,且內部亦有未計算網格出現。而四角稜柱法之計算結果如下圖右,即計算過程遇上"溢位錯誤"而中止,不過其已完成計算的網格中亦發現有一個未計算網格存在。(那網格在那裏?則留給有心的朋友們自行去找!)
計算範圍選取為 "bird"地形邊界線向內偏移距離 5之聚合線,則三角稜柱法之計算結果如下圖左,其內部未計算網格之數目及位置未有進一步改善。而四角稜柱法之計算結果如下圖右,內部無未計算網格出現,似乎僅右側有二個未計算網格,結果似乎好很多。精確算法所得之結果與四角稜柱法之結果相當。









三、再將網格邊長減小為 10m
此網格邊長之下不作計算範圍為EG 邊界線的測試計算。
計算範圍選取為 "bird"地形邊界線,則三角稜柱法之計算結果如下圖左,其未計算網格數目超過10個,且內部亦有零星未計算網格出現。而四角稜柱法之計算結果如下圖右,即計算過程遇上"溢位錯誤"而中止,不過其已完成計算的網格中亦發現有一個未計算網格存在。(那網格在那裏?則留給有心的朋友們自行去找!)

計算範圍選取為 "bird"地形邊界線向內偏移距離 5之聚合線,則三角稜柱法之計算結果如下圖左,未計算網格數目超過10個,且內部亦有零星未計算網格出現。而四角稜柱法之計算結果如下圖右,即計算過程遇上"溢位錯誤而中止,不過其已完成計算的網格中亦發現有一個未計算網格存在。(那網格在那裏?則留給有心的朋友們自行去找!)

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