【BIM丨每日一技】Civil 3D 建立数字地形模型

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简介

Civil 3D 软件是Autodesk为土木与基础设施行业提供的三维设计解决方案，适用于勘测、场地规划、总图、道路设计、水利工程、地质矿产等多个不同的行业领域。Civil 3D的功能非常强大，但其中最有价值的是三维数字地形模型。使用数字地形模型，既可用于直观的查看场地的三维效果，也可用于土方计算、纵横断面绘制等设计与计算用途。因此，详细了解如何生成数字地形模型非常重要，如何在Civil 3D中根据多种原始数据创建数字地形模型。

在Civil 3D中，数字地形模型被称为“曲面”。用户需要首先创建一个曲面对象，然后把源数据（例如测量点、等高线、DEM文件等）添加到曲面定义项中，就可以生成曲面。在Civil 3D中创建曲面对象的步骤是：在工具空间的“浏览”选项板上找到“曲面”结点，单击右键，选择“新建”，然后在弹出对话框中输入新建曲面的名称与描述（可选），确定即可。

创建了曲面对象之后，在工具空间的浏览选项板上，展开“曲面”结点前的按钮，就可以看到新生成的曲面对象。继续展开该曲面对象以及其下的“定义”结点，就可以看到在“定义”目录下面列出了多种源数据类型。Civil 3D能通过列表中的任一种源数据生成曲面，也可以混合使用多种源数据，只要把这些源数据添加到曲面的定义目录下面即可。然而，根据源数据的类型和质量不同，可能需要采取不同的处理手段。下文将详细介绍。

使用测量点数据

使用原始的测量点数据创建地形模型是最直接、最准确的方式。在Civil 3D中，如果能获取测量点数据，那么最好是直接从测量点数据创建地形曲面，因为这样能避免通过其它软件进行处理而引入的额外误差。根据具体情况不同，有些时候我们可以取得点数据文件，而有些时候我们只能利用现有DWG图上绘制的测量点对象。因此，根据不同的数据来源，我们可以采用不同的创建方式。

2.1 使用点数据文件

在 Civil 3D中，可以导入文本格式的点数据文件（.txt或 .csv）。例如，右图是一个典型的点数据文件，文件的每一行表示一个测量点，而四列数据分别表示点编号、X、Y、Z坐标，列之间用空格分隔。这样的数据格式被称为“PENZ（空格分隔）”格式。Civil 3D中预定义的数据格式还有NEZ、PENZD等。格式名称中的每个字母代表的含义如下：

P － 点编号

E － 东距（AutoCAD中的X坐标）                            

N － 北距（AutoCAD中的Y坐标）

Z － 标高（AutoCAD中的Z坐标）

D － 点描述（任意字符串）           

格式名称中的字母排列顺序就代表了每一列的数据含义，而每种排列方式都可以选择使用逗号或者空格作为分隔符，因此可选择多种数据格式。另外，Civil 3D也允许用户自定义数据格式，但不在本文的介绍范围内。如果用户使用的点数据文件是其它格式（例如Excel文件）的，则需要事先转成文本文件，并符合Civil 3D的数据格式之一，然后才可以导入到Civil 3D中。

a) 创建点编组

有了点文件之后，就可以把文件导入到Civil 3D中。通常的方式是先用点文件生成Civil 点编组对象，然后使用点编组生成地形曲面。操作步骤：

1、点击菜单“点->创建点”，然后在浮动的“创建点”工具栏上点击“导入点”按钮。

2、在“导入点”对话框中选择正确的数据格式，点击按钮找到并选择数据文件，然后点击按钮创建一个新的点编组（输入一个点编组名称，例如“survey”）。点击“确定”后，Civil 3D就会创建一个点编组，包含该文件中所有的测量点对象。

3、创建点编组后，在绘图区域中应能看到所有的测量点（可能需要缩放当前视图区域才能看到）。同时，在Civil 3D工具空间的“浏览”页面上选中对应的点编组结点后，数据列表中会显示该编组中所有的测量点。用户可以在此处直接查看和修改点数据。（小技巧：点击列表上任一列的栏头，则所有的点记录会按照该列的数值进行排序。在任一点记录上单击右键，选择“缩放到”，则当前视图会自动缩放到该点所在的位置）。

4、（如果尚未创建曲面对象，此时请先创建曲面。）在工具空间的浏览选项板上，单击展开“曲面”结点前的按钮，然后找到已生成的曲面结点，右键单击“定义”下的“点编组”结点，在弹出菜单中选择“添加...”

5、在弹出的点编组列表中，选择名称为“Survey”的点编组，然后单击“确定”。很快，图上就生成了地形曲面的等高线（根据制图样板的不同，曲面的显示方式可能不同）。在这种方式中，所有的点数据都存放在DWG文件中，并且曲面与点编组是动态关联的。如果修改了点数据（例如修改标高），那么地形曲面可以动态的进行更新，因此非常方便。但由于在图文件中生成了大量的点对象，需要消耗较多的系统资源，因此只适合于点数量较小（<>

b) 引用点文件

为了节省系统资源，提高效率，在Civil 3D中也可以不创建Civil 点对象，通过引用外部点文件的方式直接创建曲面。这种方式的步骤与上一种方式相似，但您可以跳过第1～3步，按照下述方式：

1、按照上面第4步的方式，创建一个新的曲面。

2、在工具空间的浏览选项板上，单击展开“曲面”结点前的按钮，然后找到新生成的曲面结点，右键单击“定义”下的“点文件”结点，在弹出菜单中选择“添加...”

3、在“添加点文件”对话框中，选择数据格式和要导入的文件（参见“创建点编组”），点击“确定”。于是就完成了创建曲面的过程。

上述两种方式的不同特点，可以通过下面的表格进行对比：

从上表中可以看出，“创建点编组”的功能更丰富，但消耗资源较多，速度较慢，因此适合于点数量较少（<>

2.2 使用DWG图形中的点

使用点文件虽然方便，但并不是任何情况下都可获得点文件。很多情况下，我们只能拿到DWG格式的图文件，而图上标明了勘测点的坐标和标高。例如，右图来自一张典型的地形图。图上用图块（有时是AutoCAD点对象或者圆形）标示出点的位置（即XY坐标），旁边用文字标出点的高程。有些情况下，图块（包括AutoCAD点对象或者圆形，以下同）本身的Z坐标就是正确的高程值，而有些情况下图块对象本身的Z坐标为0。根据原始数据的情况不同，可以采取不同的处理手段：

a) 使用有高程的图块或对象

Civil 3D可以直接将有标高的图块处理为测量点对象。步骤是：

1、新建曲面。

2、在工具空间的浏览选项板上，展开新建的曲面结点，在“定义->图形对象”结点上右键单击，选择“添加…”。

3、在弹出对话框中选择要添加的对象类型，例如点或图块，确定。

4、用框选方式选中要添加的所有图块或点对象，回车（注：您也许希望先通过关闭掉其它的图层，以防止错误的选中其它的图块）。

b) 转换文本点

在这种情况下，需要使用Civil 3D本地化扩展中提供的“转换文本点”工具，先把文本转换成Civil点对象，然后再使用点编组创建曲面。使用“转换文本点”工具的前提是：Civil 3D 2006 中文版及更高版本，并已安装本地化扩展包，要识别的文本均位于同一个图层上，并且文本的内容就是点的高程值，每个点高程文本到点位的相对偏移都相同。例如，下面左图中的高程文本是符合这个条件的，而右图中的高程文本则不符合（Civil 3D 2006与2007版暂不能处理右图的情况）。

在满足上述前提条件的情况下，就可以使用“转换文本点”工具。步骤是：

1、点击菜单“点->实用程序->转换文本点”。

2、按提示，选中任一个点高程文本对象。

3、按提示，输入该高程文本对应的点位置。

4、输入这一批高程点的描述。

5、接下来，Civil 3D将自动搜索该文本对象所在的图层上的所有文本，并根据相同的点位偏移，在每个文本对应的点位置上创建一个Civil点对象，该点的高程值就是文本的内容，并且为点添加描述。最后，Civil 3D还将创建一个点编组（使用该描述为编组命名），并把这次生成的所有Civil点放在该编组中。

“转换文本点”是一个非常方便的工具，它可以快速的把DWG图上现有的勘测点识别为Civil点，以便后续应用。如果希望将识别出的高程点导出成为点文件，还可以使用Civil 3D的导出功能（菜单“点->实用程序->导出”）。

使用现有等高线图形

在很多时候，用户手上并没有原始测量点数据，而是使用现有的DWG格式的等高线地形图。因此，除了使用测量点数据，Civil 3D还可以从现有的等高线图形创建数字地形。这些等高线通常是直线、多段线或样条曲线。（注意：Civil 3D不能直接使用样条曲线生成曲面。如果是样条曲线，需要先使用Express工具转换成多段线对象。）

3.1 添加三维等高线

无论现有的等高线对象是直线或是多段线，只要它们是三维的（也就是有正确的Z坐标），那么就可以直接用来创建地形曲面。无论等高线是否有间断，对于最后结果通常没有大的影响。添加等高线到曲面的步骤是：

1、在图形区域中选中任一条等高线。单击右键，选择“选择类似对象”。Civil 3D会自动选中同一图层上的所有等高线对象。

2、 在工具空间的浏览选项板上展开要添加的曲面。在“定义->等高线”结点上单击右键，选择“添加...”。在弹出的对话框中点击“确定”即可。

注意：上述操作时，需保证所有的等高线对象位于一个图层上，并且该图层上没有其它的直线或多段线对象。如果等高线对象位于几个不同的图层上，则可以分批添加，每次处理一个图层。

3.2 二维等高线赋值

如果现有的等高线是二维的（Z坐标为0）或者Z坐标不正确，那么还需要先使用Civil 3D本地化扩展中提供的“等高线赋值”工具，为其赋上正确的高程值。等高线赋值的步骤是：

1、点击菜单“曲面->实用程序->等高线赋值”。

2、按提示，先输入第一根等高线的高程值，再输入等高线的高程增量。

3、绘制一条橡皮线，依次穿过所有要赋值的等高线。

4、继续绘制橡皮线，或者回车结束命令。命令完成后，凡是赋上高程值的等高线会用红色标示出来。

完成赋值后，就可以使用“添加三维等高线”功能将其添加到曲面定义中。

注意：使用这个工具时，要赋值的等高线对象应是连续的多段线。如果等高线有中断，那么必须分批进行处理。另外，必须保证橡皮线仅穿过要赋值的等高线而不穿过其它的多段线对象，必要时可以关闭其它的图层。

3.3 使用三维特征线

在现有的等高线地形图上，有时还会遇到地形特征线，例如山脊线或山谷线。如果这些地形特征线是用三维多段线表示的，并且每个顶点都有正确的Z坐标，那么也可以将其作为源数据加入到曲面定义中（可以与等高线混合使用）。添加的方式与“添加三维等高线”相似，只是选择将其加入到“定义”结点下的“特征线”类别中，并且选择特征线类型为“标准”即可。