Раздел "Генеральный план" объекта является одним из наиболее насыщенных и сложных при разработке проекта. Он включает и чертежи генерального плана, ведомости потребностей в материалах, ведомости объемов работ, планы организации рельефа, земляных масс, инженерных сетей и благоустройства, содержит и многую другую информацию.

При разработке разделов генерального плана должны выполняться требования, предъявляемые действующими нормативными документами ко всем его элементам^1–4.

При работе с поверхностями в Autodesk Civil 3D необходимо производить расчеты земляных масс, их перемещений, вычислять объемы. Авторами этой статьи был проведен анализ достаточного большого количества работ по рассматриваемой теме [1–83], по результатам которого был выявлен ряд проблем, возникающих при работе в программе Civil 3D. Авторы статьи в процессе проектирования и работы в этой программе выявили те же проблемы и сложности, а также и другие, не рассмотренные в источниках. Разбору некоторых из этих проблем и посвящена предлагаемая статья. Другие выявленные сложности будут рассмотрены авторами в следующих работах.

В процессе работы над картограммой в Civil 3D регулярно появляются острые и многогранные проблемы [1-3, 6-22, 24-28, 30-83], в том числе включающие вопросы скорости и эффективности выполнения работ, а также соответствия документации действующим нормативным документам РФ.

Цель исследования – выявление наиболее эффективного способа вычисления земляных масс с использованием Autodesk Civil 3D, анализ и сравнение результатов расчетов земляных масс разными способами, в том числе и с использованием разных методов, представленных в программе Autodesk Civil 3D, при построении картограммы.

Выбрана поверхность и несколько различных способов вычисления объёмов земляных масс, в том числе и с использованием разных методов, представленных в программе Autodesk Civil 3D, на которых ставились эксперименты для решения возникающих проблем при непосредственной работе с ними.

План земляных масс формируется для подсчета объема земляных работ по плану организации рельефа (вертикальной планировки). В соответствии с нормативными документами РФ^1-4 площадь участка разбивается на квадраты со сторонами, равными 20 м (10 м). Квадраты вписывают в строительную геодезическую сетку.

План земляных масс является одним из листов основного комплекта рабочих чертежей ^1–4 [28].

процесс выполнение чертежа плана земляных масс со всеми необходимыми ведомостями в программе Autocad стандартными инструментами является достаточно трудоемким – ручным или полуручным черчением в основном с выполнением необходимых подсчетов вручную. С внедрением в работу специализированной программы Civil 3D произошла практически полная автоматизация создания чертежа, появилась не только возможность вариабельности его выполнения, но и был устранен ряд проблем и ограничений. Однако полной автоматизации процесса создания проектной документации с использованием только стандартных инструментов Civil 3D пока добиться так и не удалось.

Начиная с 2016 г. версии стандартный функционал позволяет создавать план земляных работ через вкладку Анализ. Инструменты вкладки достаточно понятны в использовании, что также подтверждают многие специалисты [4, 5, 23, 29, 30, 70]. С 2016 версии появляется новая надстройка Алгоритмы расчетов: «метод точности», «метод треугольной призмы» и «метод прямоугольной призмы» – это утилита картограммы Cartogramma Utility 2016 из пакета адаптации до версии 2018 (рис. 1).

Рис. 1. Утилита картограммы Cartogramma Utility 2016 из пакета адаптации Civil 3D для России

Доступна эта утилита только по подписке SubscriptionExtensionManager. При этом требуются обе поверхности (красная и черная) для вычисления, а также граница картограммы и начальная точка расчета. При этом уже тогда начинают использоваться разные методы расчетов, такие как триангуляция, который считается наиболее точным, и метод квадратов, который может приводить к результатам, отличающимся до 20% по точности в зависимости от величины площадки.

Начиная с версии 2019 включительно стандартные утилиты картограммы, которые рассмотрены выше, отсутствуют, при этом остается возможность формировать картограмму вручную.

В версии Civil 2022 этот функционал работает значительно корректнее (см. п. 3.4).

Указанными способами картограмма успешно будет рассчитана и построена, но ее оформление по умолчанию производится не по требованиям действующих нормативных документов^1–4. Здесь придется использовать доработку вручную для соответствия требованиям Российских стандартов. Эта процедура не так сложна, но занимает значительное время. Также для выполнения задачи необходимо указывать границу земляных работ, что часто представляет собой дополнительные действия по извлечению ее из поверхностей. На наш взгляд, этот процесс по оформлению лучше автоматизировать, используя способы, описанные ниже.

Autodesk Civil 3D на данный момент позволяет достаточно быстро рассчитать объемы и площади выемки и насыпи земляных масс следующими автоматическими способами (стандартными инструментами и дополнительно устанавливаемыми утилитами):

3.1. Пульт управления объемами. 3.2. Создание картограммы при помощи стандартного встроенного модуля Autodesk Civil 3D. 3.3. Утилита от BearDyugin для версий Autodesk Civil 3D 2019 и выше. 3.4. Картограмма версии 2021-2022. Утилита из пакета адаптации для России Autodesk Civil 3D 2022.

Существуют и другие способы расчета картограмм [34, 73, 74]. В работе рассмотрены самые популярные и современные методы на момент последнего обновления AutodeskCivil 3D (на ноябрь 2021).

Для анализа полученных результатов картограмма также была посчитана ручным способом по методике, представленной в ГОСТ 21.508-2020⁴ (см. п. 3.5).

Результаты расчетов представлены в табл. 1, произведен анализ полученных результатов (см. п. 4).

Инструмент Пульт управления объемами находится во вкладке Анализ (рис. 2). Создается дополнительная TIN-поверхность для вычисления объемов на основе разности двух данных – существующей исходной поверхности и изменяемой красной (проектной) поверхности.

Рис. 2. Инструмент Пульт управления объемами в Autodesk Civil 3D для анализа поверхности. При выделении курсором требуемой поверхности открывается стандартная для объектов Civil 3D панель редактирования с названием и идентификацией данного объекта, на которой можно найти инструменты анализа поверхности, в том числе Пульт управления объемами

Данные выводятся через дополнительное окно (рис. 3). Инструмент позволяет вычислять скорректированный объем насыпи или выемки как разность этих двух значений в большую сторону изменений – выемка или насыпь, что достаточно удобно для быстрого просмотра, так как не нужно производить дополнительных самостоятельных вычислений вне программы. Для чистоты исследования и сравнения с другими методами коэффициенты насыпи и выемки были приняты равными 1,00.

Рис. 3. Итоговые результаты расчётов объемов при использовании инструмента Пульт управления объемами в Autodesk Civil 3D. В полученной таблице показаны числовые данные выемки и насыпи, а также графическая разность в виде гистограммы этих двух значений

В Autodesk Autocad Civil 3D инструмент Пульт управления объемами очень удобен и прост, но итоговый вывод информации имеет вид, не соответствующий действующим нормативным документам РФ^1–4. На данный момент имеется возможность выведения результатов через браузер с дальнейшим экспортом в MS Excel из Autodesk Civil 3D (рис. 4).

Рис. 4. Выведение результатов через браузер с дальнейшим экспортом в Excel из Autodesk Civil 3D

Также существует и другой вариант экспорта данных: графически в поле модели чертежа, далее на лист (рис. 5). При этом не выводится информация по итоговым площадям поверхности – выемки/насыпи.

Рис. 5. Выведение результатов графически в модель, а далее на лист в Autodesk Civil 3D

Как показывают выполненные авторами исследования, рассмотренный вариант расчетов подходит для быстрых (моментальных) предварительных вычислений, и эти данные, как показала сводная сравнительная таблица (п. 4) достаточно точны (табл. 1).

ИТОГИ вычисления: Площадь поверхности 691,97 м² Выемка 13,23 м³ Насыпь 51,06 м³ Разница 37,83 м³ (насыпь)

Начиная с 2017 версии Autodesk Civil 3D появляется собственный модуль по расчету картограммы. Он представлен на вкладке Анализ в панели Объемы и материалы (рис. 6).

Рис. 6. Инструмент Создание плана земляных работ на панели Объемы и материалы вкладки Анализ

В результате появляется диалоговое окно Создать строительные планы земляных работ (рис. 7).

Рис. 7. Диалоговое окно Создать строительные планы земляных работ

Дополнительная панель создания картограммы называется Панель создания строительных планов земляных работ. В качестве исходных данных также используются две поверхности: исходная (черная) и проектная (красная), а также координаты начала сетки и граница объемов работ (рис. 7).

В алгоритме расчетов используются Метод треугольной призмы и Метод прямоугольной призмы (рис. 8). Точность методов отличается приблизительно на 20%.

Рис. 8. Методы, используемые в Civil 3D для вычисления объемов земляных работ: Метод треугольной призмы и Метод прямоугольной призмы

Проблемы: Графический вывод информации вызывает много вопросов (рис. 9, 10). При этом оформление придется дорабатывать дополнительно: не читаются значения данных, не очевиден результат выемки-насыпи. Также присутствует некорректный перевод понятных значений «выемка» и «насыпь» и еще один небольшой недостаток – необходимо указывать границу расчетов объемов работ, для чего нужно дополнительно извлекать и преобразовывать границы поверхностей из 3D-линии в 2D-линии. Также не приводится линия нулевых работ и отсутствует штриховка выемки.

Рис. 9. Результаты расчетов в Civil 3D с использованием Метода прямоугольной призмы

Рис. 10. Результаты расчетов в Civil 3D с использованием Метода треугольной призмы

Итоговую разницу по выемке-насыпи придется добавлять вручную, потратив время чтобы разобраться с некорректным переводом, однако это возможно. Для этого необходимо привести картограмму к виду, соответствующему стандартам РФ^1–4. При этом дополнительно будет потрачено некоторое количество времени, особенно, если корректировке подлежат большие площади для вычисления, но работа будет осуществляться в полуавтоматическом режиме, что намного быстрее, чем считать вручную, тем более, что все значения разбиты по цветам, что немного упрощает задачу. Для внесения корректировок по значениям или для удаления элементов оформления нужно вновь использовать инструмент Создание плана земляных работ (рис. 6, 7), который работает очень быстро и корректно.

Описанный алгоритм подходит для версий Autodesk Civil 3D 2017 и 2018. Начиная с Autodesk Civil 3D 2019 появляются более корректные способы вывода информации.

Для устранения недостатков, описанных выше, для версий 2019 и позднее можно использовать внешние приложения. Например, через Autodesk App Store (рис. 11) по поиску «картограмма» можно найти утилиту разработчика BearDyugin.

Рис. 11. Кнопка Подключение к App Store

основной ее недостаток – является платной, на данный момент стоимость 500 руб. для физических лиц и 1000 руб. для юридических, однако пользование не ограничено сроком, только если не потребуются новые обновления. При смене компьютера, на который установлен Autodesk Civil 3D, продукт также необходимо приобрести заново.

Имеется пробная версия на один месяц.

Утилита отображается во вкладке Надстройки (рис. 12). Функционал данного приложения значительно расширяет стандартные возможности программы.

Рис. 12. Утилита Картограмма земляных масс на вкладке Надстройки в Civil 3D

Решение: Утилита является интуитивно понятной, удобной и легкой в использовании даже с первого применения. Одно из ключевых отличий при работе с объектами – сетка для картограммы создается как для площадных объектов, так и вдоль трасс. При этом пользователь может настраивать дополнительные углы поворота картограммы относительно разных систем координат, что отлично применимо для линейно-протяженных участков.

Оформление производится в соответствии с нормативами^1–4, однако данные по самой картограмме и таблица масштабируются по-разному. Имеется довольно удобный вывод площадей выемки и насыпи, а также линия нулевых работ и штриховка необходимых участков для наглядности (рис. 13, 14).

Рис. 13. Вычисление объемов с помощью Метода квадратов при использовании утилиты Картограмма земляных масс (BearDyugin)

Рис. 14. Вычисление объемов с помощью Метода триангуляции при использовании утилиты Картограмма земляных масс (BearDyugin)

Утилита Картограмма земляных масс на сегодняшний день представляет собой один из самых точных способов построения сетки методом квадратов, который имитирует ручной расчет с последующим вычислением данных картограммы выемки–насыпи с учетом нормативных документов, действующих на территории РФ^1–4 (рис. 13). Однако метод триангуляции все же точнее (рис. 14, 17). Сама утилита имеет подробное описание как в Autodesk App Store, так и дополнительно там же по ссылкам, а также максимально быструю и адекватную поддержку по всем вопросам, от покупки и установки до разъяснений пользования этой утилитой.

компания Autodesk активно и всесторонне осуществляет поддержку пользователей через свой сайт, а также сторонние сообщества и специальные мероприятия по всему миру. На их сайте, например, можно найти специальные бесплатные пакеты адаптации пользовательских программ, которые формируются обычными локальными разработчиками для конкретных нужд на территории их страны. Можно зайти на сайт и ввести в поисковой строке «пакеты адаптаций для России» и найти ссылку на страницу, где можно этот пакет адаптации скачать, а также посмотреть описание. Пакеты адаптации доступны для версий 2022 и ниже (на момент подачи статьи – декабрь 2021). Можно устанавливать пакеты версий ниже, чем версия самой программы. Обычно в них содержится меньше ошибок и недочетов, чем во вновь появившихся. Однако у последних версий тоже есть свои преимущества, которые будут приведены ниже (достаточно подробный и адаптированный код под нормативные базы РФ). Пакет адаптации после установки появляется в одноименной вкладке в ленте программы (рис. 15), либо на инструментальной палитре, вызвать которую можно через Ctrl+3. У пакета адаптаций много задач, но в данном исследовании представлен расчет, вывод данных и оформление картограммы.

Рис. 15. Местонахождение обновления 2021

Типичные ошибки с внешней границей и базовой точкой, ошибки на программном уровне.

Расчет также производится методом квадратов и методом триангуляции (рис. 16 и 17). Все настройки предельно понятны. Наружные границы определяются автоматически. Удаление данных тоже происходит моментально путем нажатия на кнопку Удалить все. Также имеется возможность перемещать и добавлять метки, объединять ячейки, присутствуют цветовые обозначения для объединенных ячеек, учет внутренних границ, дуговые участки расчета картограммы и т.д.

Рис. 16. Расчет картограммы методом квадратов

Рис. 17. Расчет картограммы методом триангуляции

Подсчет картограммы производится методом квадратов. Порядок работ подразумевает необходимость сначала начертить сетку, образмерить ее, определить и проставить отметки на узлах сетки (красные и черные), посчитать разницу этих отметок, высчитать объем каждой ячейки сетки, определить линию нулевых работ, заштриховать выемку по нормативным требованиям⁴, свести данные в итоговую таблицу «выемка-насыпь», определить площади выемки и насыпи на территории (рис. 18).

Рис. 18. Результаты расчета картограммы ручным (полуручным) способом по методике, представленной в ГОСТ 21.508-2020⁴

Выполнение картограммы плана земляных масс вручную занимает достаточно большое количество времени по сравнению с предыдущими способами. Вероятность человеческой ошибки тоже достаточна велика. При каких-либо изменениях генерального плана придется пересчитывать картограмму, что займет тоже достаточно много времени. Метод квадратов не такой точный, как метод треугольников.

В отличие от механического способа есть возможность «пройтись» вручную, в том числе и визуально по всему участку, и возможно выявить какие-либо ошибки. Возможность сделать данный чертеж вне зависимости от наличия специализированных программ и дополнительных утилит.

Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Метод призм (треугольников) точнее, но не проверяется вручную. Метод квадратов более грубый, так как не учитывает всех особенностей рельефа, а использует только отметки в узлах сетки, но он легко может быть проверен любым экспертом. Максимально учесть все детали рельефа, например, проектные откосы можно в модуле Geo_Cartogram, в котором присутствует отдельная кнопка выбора характерных линий.

Во многих утилитах есть возможность отдельно добавлять подпорные стенки, включать и исключать линии и участки, которые участвуют, либо, наоборот, не участвуют в расчете земляных масс, что позволяет достичь еще большей точности.

Итоговая сравнительная таблица способов расчета картограммы земляных масс (см. табл. 1) показала, в первую очередь, что все способы рассчитывают примерно одинаковый объем по картограмме. Использование метода квадратов и метода призм приводят к результатам, которые отличаются, что говорит о точности вычисления с разницей до 20% в зависимости от рассчитываемого объекта. Также по результатам вычислений можно сделать вывод, что примерно такая же разница получается при расчете этими методами при использовании разных инструментов, утилит, модулей и приложений (Пульт управления объемами; Картограмма стандартного встроенного модуля Civil 3D; Картограмма земляных масс от BearDyugin; Картограмма земляных масс из пакета адаптации 2022). Также в табл. 1 можно сравнить данные по площади вычисляемой территории и посмотреть, где какие данные отсутствуют, как, например, площади выемки, насыпи отсутствуют в первых трех способах.

Помимо расчетов с помощью различных утилит, встроенных функций и приложений, нельзя забывать и о таком процессе, как доступность интерфейса, лаконичность и интуитивность использования, вывод на экран, а также поддержка производителя. По этим характеристикам (по 10-балльной шкале) приведена классификация способов расчета картограммы земляных масс (табл. 2).

По результатам проведенных исследований выявлено, что с помощью метода призм получаются более точные результаты, а метод квадратов является более грубым, так как не учитывает всех особенностей рельефа, а использует только отметки в узлах сетки. В то же время результаты по методу квадратов могут быть легко проверены любым экспертом.

При этом рекомендуется максимально учесть все детали рельефа, например проектные откосы. Для этого в модуле Geo Cartogram есть отдельная кнопка выбора характерных линий.

Полученные в результате исследования и предложенные в статье способы и методы решения проблем расчета картограмм, возникающих при работе с поверхностями и земельными массами в Civil 3D, позволят проектировщикам повысить производительность путем автоматизации как всего процесса проектирования, так и его этапов. Также необходимо выбирать такой способ, который позволит уменьшить количество доработок по оформлению в соответствии с требованиями нормативных документов РФ.

Полученные в результате исследования и предложенные в статье способы и методы решения проблем, возникающих при работе с поверхностями и земельными массами в Civil 3D, их импорте/экспорте, позволят проектировщикам повысить производительность путем автоматизации как всего процесса проектирования, так и его этапов, своевременно решая возникающие проблемы, а также в целом успешно работать с объектами в процессе проектной деятельности.

¹ ГОСТ 21.508-93. Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации генеральных планов предприятий, сооружений и жилищно-гражданских объектов (с Поправкой): дата введения 1994-09-01. – М.: Госстрой России, 1994. – 30 с.

² Об утверждении Методических рекомендаций по разработке проектов генеральных планов поселений и городских округов: Приказ №244: дата введения 2011-05-26. – М.: Министерство регионального развития Российской Федерации, 2011. – 48 с.

³ Разработка проектов организации строительства и проектов производства работ для промышленного строительства / ЦНИИОМТП. – М: Стройиздат, 1990. – 238 с.– (Справ. пособие к СНиП).

⁴ ГОСТ 21.508-2020. Правила выполнения рабочей документации генеральных планов предприятий, сооружений и жилищно-гражданских объектов: дата введения 2021-01-01. – М.: Стандартинформ, 2020. – 35 с.

Гурьева, Ю.А., Долганова, О.И. КАРТОГРАММА ПЛАНА ЗЕМЛЯНЫХ МАСС С ВЫЧИСЛЕНИЕМ ОБЪЁМОВ И ПЛОЩАДЕЙ ВЫЕМКИ-НАСЫПИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГЕНЕРАЛЬНЫХ ПЛАНОВ В AUTODESK CIVIL 3D [Электронный ресурс] / Ю.А. Гурьева, О.И. Долганова //Архитектон: известия вузов. — 2022. — №1(77). — URL: ссылка — doi: 10.47055/1990-4126-2022-1(77)-14