Wednesday 1 February 2012

Civil 3D กับกรณีศึกษาความถูกต้องของ การคำนวณปริมาตร Cut/Fill (งานถนน)

>> มีข้อถกเถียงกันมานาน สำหรับโปรแกรมประยุกต์ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบงานถนน จากหลายค่าย หลายสำนัก อาทิ WinRoad, RoadPack, Microstation, Geocom, Power Civil, Minesight, Surpac,  TerraModel, Autodesk และอื่นๆ  ว่าโปรแกรมใด คือโปรแกรมที่ให้ความถูกต้องทางการคำนวณมากที่สุด 

และหนึ่งในนั้น ที่กำลังเป็นที่นิยม ณ ปัจจุบันคือ AutoCAD Civil 3D ซึ่งผู้เขียนจะใช้ทำการทดสอบเพื่อเป็นกรณีศึกษาการคำนวณปริมาตร Cut/Fill ของงานออกแบบถนน ลำดับถัดไป

บนสมมุติฐานที่ว่า เมื่อมีการออกแบบแนวถนน โดยมีพื้นที่หน้าตัด หัว-ท้าย เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมเรขาคณิตที่มีขนาดเท่ากัน และทราบค่าพื้นที่หน้าตัด ซึ่งสามารถที่จะทำการคำนวณปริมาตร Cut/Fill ด้วยวิธีเฉลี่ย หัว-ท้าย (Average End Area) และเมื่อนำมาเปรียบเทียบกับการคำนวณปริมาตร Cut/Fill ที่ได้จากการใช้โปรแกรม Civil 3D...ผลลัพธ์ที่ได้ จะมีความเหมือน หรือแตกต่างกันอย่างไร...

ตอนที่ 1: รูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า

จากภาพด้านล่าง คือรูปทรงสี่เหลี่ยมเรขาคณิต ที่ทราบค่าพื้นที่หน้าตัด และความยาว จากลักษณะดังกล่าว สามารถคำนวณหาปริมาตรของรูปทรง โดยวิธี เฉลี่ย หัว-ท้าย (Average End Area)

ใช้ข้อกำหนดเดียวกัน (จากภาพด้านบน) นำมาสร้างแบบจำลองถนน ด้วยโปรแกรม Civil 3D

ตัดระยะทุกๆ 20 ม. (ความกว้างของเลน = 2 ม.)

กำหนดความสูงแนวดิ่ง 2 ม.

กำหนดแบบ Assembly ตามภาพด้านล่าง

ทำการคำนวณปริมาตรในภาพรวม จากชุดคำสั่ง Composite Volumes
* จะเห็นว่าปริมาตรที่คำนวณได้ เท่ากันกับการคำนวณที่ได้จากสูตร เฉลี่ย หัว-ท้าย (Average End Area)

ทำการคำนวณปริมาตร โดยแยกคำนวณปริมาตรตามระยะทางที่กำหนด และใช้
วีธีคำนวณแบบ หัว-ท้าย (Average End Area)

ตัวอย่าง Cross Section Profile ที่ระยะ 1+600.00 (สุดท้าย)
* กำหนดให้คำนวณปริมาตรแบบรวม (ไม่แยกปริมาตรวัสดุพื้นถนน)

* จากการกรณีศึกษาข้างต้น สามารถสรุปได้ว่าโปรแกรม Civil 3D สามารถทำการคำนวณปริมาตร ได้อย่างถูกต้อง เมื่อรูปร่างของงานออกแบบถนน เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมเรขาคณิต



ตอนที่ 2 : รูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู

จากภาพด้านล่าง คือรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมูเลขาคณิต ที่ทราบค่าพื้นที่หน้าตัด และความยาวของรูปทรง จากลักษณะดังกล่าว สามารถคำนวณหาปริมาตรของรูปทรง โดยวิธี เฉลี่ย หัว-ท้าย (Average End Area)

ใช้ข้อกำหนดเดียวกัน (จากภาพด้านบน) นำมาสร้างแบบจำลองถนน

ตัดระยะทุกๆ 20 ม. (ความกว้างของเลน = 25 ม.)

กำหนดความสูงแนวดิ่ง 2 ม.

กำหนดแบบ Assembly ตามภาพด้านล่าง

ทำการคำนวณปริมาตรในภาพรวม จากชุดคำสั่ง Composite Volumes
* ปริมาตรที่คำนวณได้ เท่ากันกับการคำนวณที่ได้จากสูตร เฉลี่ย หัว-ท้าย (Average End Area)

ทำการคำนวณปริมาตร โดยแยกคำนวณปริมาตรตามระยะทางที่กำหนด และใช้
วีธีคำนวณแบบ หัว-ท้าย (Average End Area)

ตัวอย่าง Cross Section Profile ที่ระยะ 1+600.00 (สุดท้าย)
เกินมาเพียง 2 คิวบิค เซนติเมตร ?

* การคำนวณปริมาตร Cut/Fill เมื่อรูปร่างของงานออกแบบถนน เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมูเลขาคณิต ซึ่งผลที่ได้ ถือว่ามีความถูกต้อง เช่นเดียวกับปริมาตรที่ได้จากการคำนวณรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าข้างต้น



ตอนที่ 3 : ไร้รูปทรง

กรณีศึกษาการคำนวณปริมาตร Cut/Fill ระหว่าง การใช้ชุดคำสั่ง Composite Volumes และการคำนวณปริมาตรโดยการตัดระยะ Section

ตัวอย่างการออกแบบ Alignment บน Surface

การออกแบบ Finish Grade (Vertical Profile)

แบบ Assembly

ทำการคำนวณปริมาตรในภาพรวม จากชุดคำสั่ง Composite Volumes
ปริมาตรที่คำนวณได้ = 14,953.62 cu.m. (Fill)

ทำการคำนวณปริมาตร โดยแยกคำนวณปริมาตรตามระยะทางที่กำหนด และใช้
วีธีคำนวณแบบ Composite Method (ให้ผลการคำนวณถูกต้องมากที่สุด)
ปริมาตรที่คำนวณได้ = 12,973.29 cu.m. (Fill)




* จากกรณีศึกษาข้างต้นพบว่า ผลลัพธ์ ที่ได้จากการคำนวณปริมาตร Cut/Fill จากทั้ง 2 ชุดคำสั่งมีความต่าง  = 1,980.33 cu.m. หรือคิดเป็น 15.25% ซึ่งถือว่าเป็นค่าความคลาดเคลื่อนที่สูงพอสมควร...จึงมีคำถามต่อไปว่า ค่าปริมาตรสุทธิ (Net) จากชุดคำสั่งใด คือค่าที่ถูกต้อง? เมื่อวัตถุ หรือการออกแบบไม่ใช่รูปทรงของเลขาคณิต

หมายเหตุ : จากการทดสอบในหลายๆ ตัวอย่าง พบว่าปัจจัยที่เป็นตัวแปรสำคัญที่ทำให้การคำนวนปริมาตร Cut/Fill มีค่าผลลัพธ์ต่างกัน จากทั้ง 2 ชุดคำสั่ง นั่นคือ การเพิ่ม Sub-Assembly โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Daylight หรือตัว Batter Slope ให้กับตัว Assembly หลัก 


'เพิ่มเติม' : วิธีการคำนวณปริมาตร

Average End Area : เหมาะสำหรับการคำนวณหาปริมาตร พื้นที่ๆ มีลักษณะทางด้านยาวมากกว่า ด้านกว้าง อาทิ ถนน แม่น้ำ ลำคลอง ซึ่งพื้นที่หน้าตัดของแต่ละ Section คือส่วนที่สำคัญที่สุด สำหรับใช้ในการคำนวณหาปริมาตรงาน Cut/Fill

Prismoid : เหมาะสำหรับการคำนวณหาปริมาตร เมื่อพื้นผิวที่ฐาน (Base Surface) ด้านล่าง มีพื้นที่มากกว่าพื้นผิวด้านบน (Top Surface) อาทิ การคำนวณหาปริมาตร กองหิน-ทราย เมื่อทราบ ขนาดพื้นที่ของเส้นรอบฐานกองทางด้านล่าง และทราบขนาดพื้นที่ของพื้นผิวด้านบน เป็นต้น

Grid : เป็นวิธีการคำนวณหาปริมาตรที่ ได้ผลลัพธ์หยาบ กว่าวิธีการอื่นๆ โดยมีหลักการคำนวณโดยการสร้างตารางกริด (อาทิ ช่องกริดละ 1 ตารางเมตร และถ้ากำหนดช่องกริดให้มีขนาดเล็กลง สามารถคำนวณปริมาตร ซึ่งได้ผลลัพธ์ถูกต้องมากยิ่งขึ้น) ทางด้านบนและล่าง ของวัตถุ และเมื่อทราบความสูงของวัตถุ ก็สามารถทำการคำนวณหาปริมาตรได้

Composite (Complex Prism) : เหมาะสำหรับข้อมูลที่ได้จากงานสำรวจรังวัด ที่มีการสร้างพื้นผิว TIN ทั้ง 2 พื้นผิว เพื่อสำหรับใช้เปรียบเทียบหาปริมาตร

6 comments:

  1. มาเร็วๆ นะครับ กำลังสนใจเรื่อง Civil 3D อยู่พอดี ^_^

    ReplyDelete
  2. ขอบคุณสำหรับบทความนะครับ
    ตอนนี้ ผม ทำ ที่ ITD สายงาน ต่างประเทศ งานเขื่อน

    และผมก็ใช้ Civil3D ทำงาน ด้วยครับ
    ถ้ามีโอกาศ ผมอยากจะขอ นำเสนอ บทความด้วย นะครับ


    ReplyDelete
  3. ยินดีครับ
    วันนี้ 01.11.2012 ผมติดงานสำรวจฯ (เขื่อน) เช่นกันที่ สปป.ลาว...ติดต่อหลังไมค์ได้ครับ

    ReplyDelete
  4. มีประแกรมแจกไหมอะครับ พอดีจะใช้เพื่อศึกษาอะครับ

    ReplyDelete
  5. โอววว...ต้องใช้กำลังภายในกันเองล่ะครับ ในการเสาะแสวงหาโปรแกรมเหล่านี้ (ลิขสิทธิ์)

    ReplyDelete
  6. ในกรณีเราสร้างมันไม่ขึ้น cut fill เนื่องจากอะไรครับ อจ

    ReplyDelete