李 鵬 曾 俊 張艷君

在水利水電工程施工總布置設(shè)計中，渣場、料場、施工臨時設(shè)施（施工工廠、生活營地）、施工臨時道路不需要出開挖及回填圖紙，在地形條件較為簡單的平原地區(qū)，其布置及工程量計算借助二維CAD軟件計算較為簡單。在地形條件較復(fù)雜的山區(qū)、丘陵地帶，施工場地的布置及工程量計算較為繁瑣且精確度不高。在山區(qū)、丘陵地帶，工程所處區(qū)域地形往往高差較大，施工場地布置較為困難，因此，盡量保持挖填平衡或減少棄渣量對節(jié)省工程投資，優(yōu)化方案設(shè)計有著至關(guān)重要的作用。

POWER GEOPAK是由Bentley公司推出的一款專業(yè)土木工程設(shè)計和分析工具，可以滿足不同土木工程領(lǐng)域的設(shè)計者使用，軟件包含豐富的設(shè)計模塊，可以真正意義上實現(xiàn)工程設(shè)計的自動化，能大大提高工作效率。對于施工總布置設(shè)計來說，三維輔助設(shè)計軟件能夠充分發(fā)揮計算機(jī)的輔助設(shè)計功能，最大程度地提高設(shè)計人員的工作效率和準(zhǔn)確度，對現(xiàn)場施工臨時工程的布置更具指導(dǎo)意義。

本文以某大（1）型Ⅰ等工程為例，介紹POWER GEOPAK在施工施工總布置中的應(yīng)用。基于POWER GEOPAK輔助的開挖填筑設(shè)計的主要流程有：（1）對已有測量地形圖處理；（2）生成地面三維模型；（3）根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行場地開挖回填設(shè)計；（4）優(yōu)化設(shè)計方案；（5）成果輸出。

1 工程概述

某工程為大（1）型Ⅰ等工程，最大壩高260 m。工程由攔河壩、引水發(fā)電系統(tǒng)（隧洞、調(diào)壓井、壓力鋼管）、引水電站、生態(tài)基流電站等組成。大壩、水墊塘及發(fā)電引水隧洞進(jìn)口等主要建筑物級別為1級，發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房級別為2級，生態(tài)基流電站發(fā)電引水系統(tǒng)及其發(fā)電廠房級別為3級，消能防沖建筑物和護(hù)岸等次要建筑物級別同為3級，其它臨時水工建筑物為4級。

本工程壩址區(qū)為典型的V形河谷，階地不發(fā)育，右岸地形坡度約40°，左岸略緩，約35°，場區(qū)內(nèi)大部分山勢陡峭、場地狹窄，可供施工布置的場地很少，施工布置條件較差。

工程區(qū)域附近主要可供施工布置的場地有：（1）壩址與電站廠房之間少量條形場地；（2）場區(qū)內(nèi)左右岸各有一條較大沖溝可作為工程棄渣場；（3）在電站廠房附近右岸有相對較開闊河灘地；（4）電站廠房下游約2 km處左岸有相對開闊的灘地；（5）進(jìn)場公路1#隧道與2#隧道之間有相對開闊的場地可供施工布置利用。

根據(jù)本工程樞紐布置特點(diǎn)和施工場地條件，壩址、電站廠房和砂石加工廠相對較遠(yuǎn)，工程施工劃分為3個施工區(qū)，分別為大壩施工區(qū)、電站施工區(qū)和砂石加工施工區(qū)。大壩施工區(qū)主要負(fù)責(zé)大壩的施工，兼顧生態(tài)基流引水系統(tǒng)和生態(tài)基流電站。壩址下游1.5 km處的左岸布置有大壩混凝土拌合系統(tǒng)和大壩鋼筋加工廠；壩址下游3 km處的左岸布置大壩生活區(qū)和中心倉庫；壩址下游3 km處的右岸布置有機(jī)械保修廠和汽車保修廠。電站施工區(qū)主要負(fù)責(zé)電站引水系統(tǒng)和電站廠房的施工。左岸布置有木材加工廠和電站鋼筋加工廠；電站廠房附近左岸布置有電站混凝土拌合系統(tǒng)和鋼管加工廠；電站廠房附近右岸布置有混凝土預(yù)制廠和電站生活區(qū)。砂石加工施工區(qū)布置在石料場附近，主要負(fù)責(zé)整個工程的砂石料加工。砂石加工施工區(qū)緊鄰進(jìn)場路，距電站約2.5 km。

本工程共設(shè)3個棄渣場。1#棄渣場位于壩址下游3.5 km右岸沖溝內(nèi)，綜合邊坡1∶8.0，坡腳設(shè)30 m高擋渣壩。1#棄渣場占地面積約20 hm2（300畝），棄渣443.26萬m3，平均堆渣高度23.5 m。

2#棄渣場位于電站下游2 km河床左岸相對較寬敞的臺地上，綜合邊坡1∶3.0。2#棄渣場占地面積約17 hm2（255畝），棄渣227.27萬m3，平均堆渣高度14.0 m。3#棄渣場位于電站上游600 m大沖溝內(nèi)較高高程處，綜合邊坡1∶4.0，坡腳設(shè)35 m高擋渣壩。3#棄渣場占地面積約22 hm2（330畝），計劃棄渣666.12萬m3，平均堆渣高度31 m。

2 POWER GEOPAK三維輔助設(shè)計

2.1 測量地形圖處理

設(shè)計人員可利用現(xiàn)有的二維CAD地形圖，從中提取需要的高程信息導(dǎo)入到POWER GEOPAK中，生成含有高程信息的.DAT文件，進(jìn)而生成.TIN文件，作為該工程的基礎(chǔ)對象（原地面對象）。

在將二維CAD地形圖導(dǎo)入POWER GEOPAK時注意以下幾點(diǎn)：

（1）POWER GEOPAK提取CAD信息時，需設(shè)置為與CAD相對應(yīng)的單位。

（2）在將CAD地形圖導(dǎo)入POWER GEOPAK前，要對其進(jìn)行檢查，防止因錯誤的三維地面模型導(dǎo)致的場地設(shè)計錯誤。

（3）原始地形圖是在大量外業(yè)測量工作的基礎(chǔ)上完成的，由于現(xiàn)場實際情況，有時諸如懸崖、陡坎、溪流位置的地形地貌在圖紙上無法準(zhǔn)確反映，因此，在生成三維原地面時，需對二維地形圖進(jìn)行復(fù)核。

2.2 地面三維模型生成

地面三維建?？衫锰崛〉降腃AD高程數(shù)據(jù)信息進(jìn)行三維網(wǎng)格建模生成地面的三維模型。三維地面模型見圖1。

圖1 三維原地面模型

2.3 方案設(shè)計

2.3.1 開挖設(shè)計

本工程開挖設(shè)計主要應(yīng)用于施工臨時設(shè)施的場地平整及施工臨時道路的設(shè)計。

首先新建場地開挖的對象，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及二維CAD圖紙將施工臨時設(shè)施放置在三維模型的相應(yīng)位置，根據(jù)防洪要求賦予相應(yīng)的高程，根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的開挖要求進(jìn)行開挖設(shè)計。

2.3.2 回填設(shè)計

本工程回填設(shè)計主要應(yīng)用于計算渣場容量，進(jìn)行渣場布置。

回填設(shè)計原理上與開挖設(shè)計相同。開挖設(shè)計往往是在已知開挖面底高程基礎(chǔ)上進(jìn)行，而渣場容量設(shè)計是在已知棄渣場頂高程的基礎(chǔ)上復(fù)核渣場容量。

2.4 成果輸出

利用POWER GEOPAK三維輔助設(shè)計軟件完成三維建模，可以根據(jù)需要輸出以下成果：（1）輸出三維圖紙；（2）輸出二維圖紙；（3）統(tǒng)計分層工程量。渣場三維設(shè)計成果輸出截圖見圖2。

圖2 渣場三維設(shè)計成果輸出

3 結(jié)語

在運(yùn)用POWER GEOPAK進(jìn)行施工總布置設(shè)計的過程中有幾點(diǎn)體會：（1）三維場地模型的生成可視化程度更高；（2）場地開挖回填設(shè)計過程更加準(zhǔn)確高效；（3）對方案比選的理論依據(jù)更加充分更有說服力；（4）工程量計算更準(zhǔn)確方便；（5）自動處理開挖交集部分避免工程量重復(fù)計算。