基于CoSim的散体填筑场地评估-方法·原理（1）： 三维快速建模方法

新质生产力，让你半小时完成一个复杂的弃渣场“可视-可算”一体的三维精细化模型建立！

1. 写在前面

现代化基础建设及工业发展，如山区高速公路/水利工程弃渣、城市生活/建筑垃圾、工业及尾矿弃渣等,产生了大量散体物质。堆放场地大都选择在山区沟谷，其水保、稳定性及极端条件下灾害（链）效应等对场地选择评估至关重要！

水利部办公厅2026年4月3日发布了关于印发生产建设项目水土保持方案编制模版的通知（办水保函【2026】232号）。

“通知”明确指出指出：

这也就意味着，需要对弃渣场等散体填筑场地在选址阶段、乃至目前的弃土（渣）场进行合理的评估分析，要考虑重现期极端降雨、洪水等强水文水动力环境对弃土场稳定性、启动临灾条件及极端条件下失稳动力过程进行定量的评估分析！

清华大学水利水电工程系自主研发的混元模拟器-CoSim研发团队，近几年来围绕降雨、洪水等水文水动力环境诱发滑坡、山洪泥石流等地质灾害稳定性、风险评估及灾害链动力工程分析面临的关键问题，创新和发展水文水动力与岩土耦合算法，从物理力学机制上突破目前降雨斜坡稳定性及诱发滑坡分析的不足，自主研发计算分析模块—CoSim-HydroMPDEM，为弃渣/土场、尾矿库等散体填筑场地从稳定性分析到灾害动力过程的全链条、全过程、全三维定量评估提供强有力的手段。

为了更好服务国家基础工程建设、防灾减灾，帮助用户更好地使用CoSim解决实际工程问题分析及科学研究，团队近期推出“基于CoSim的散体填筑场地评估方法、原理”系列。

本部分介绍“三维快速建模方法”也是评估分析的起点。建立合理的分析模型是进行稳定性及灾害评估成功的关键之一！

2. “可视-可算”一体化三维精细化快速建模

为了帮助用户快速构建弃渣/土场、尾矿库等散体填筑场地的三维计算模型，用于后续计算分析，3M团队针对用户常用的AutoCAD软件，基于AutoCAD二次开发了建模工具包—CoSim-Gen3D。用户下载工具包后（详见文后下载地址，目录下的“前处理”文件夹）无需再用其他软件，即可完成从三维建模到网格划分的全部流程。

2.1填筑体三维表面构建

Step 1: 填筑体的关键线段预处理

根据弃土场、尾矿库等填筑体的关键线段，如马道、转折点击等，构建对应线段（带有高程）;

根据生成的各个关键线段，依次（一定确保顺序）将各个关键线段的端点坐标 生成一个txt文件。

注意：

ü为保证模型的有效性，需要将线段外延到设计边界线以外的一定范围，确保后续生成的填筑体表面与实际地形相交。

ü线段不能相交，不能共点。

Step 2: 构建填筑体表面

从工具包CoSim-Gen3D / AutoCAD 文件夹下找到“Pline2stl.py”， 将Pline2stl.py 文件与Step1生成的关键线段点文件 *.txt （如，point.txt）放到同一目录下，并修改对应的输入、输出文件名。（若Python编程熟悉，也可不变更Pline2stl.py的位置，而将输入、输出文件名修改为目录+文件名）

运行Pline2stl.py，即可生成填筑体表面的*,stl 文件（如，surface.stl）。生成的文件，可以直接在CoSim-CAE下查看。

2.2 场地三维地形面重构

Step 3: 提取地形点云

S1：AutoCAD 打开地形等高线的CAD文件。

S2：AutoCAD下通过“加载应用程序”加载CoSim-Gen3D / AutoCAD文件夹下的Export2Points.dvb。（注：需要安装AutoCAD的VBA）

S3：程序默认输出的文件为“PointsCloud.txt”,默认的输出目录为CAD等高校文件所在的文件夹。用户也可以通过“Visual Basic 编辑器”修改输出文件信息。

S4：点击“运行VBA宏”，弹出对话框，点击“运行”执行程序

S5：在弹出的“图层筛选”对话框，输入等高线所在的图层，点击“确定”，即可输出等高线点云。

输出的点云文件数据格式，如下图：

注：建议布设均匀的点云分布，以后续生成高质量的三角网，提供高质量数据。

Step 4: 提取地形边界及加密区范围

为了生成地形三角网，需要根据CAD的地形文件，分别生成地形边界和需要进行网格加密的区域边界：

外边界多边形顶点文件：用于确定地形等高线（后续生成地形三角网）的范围，按顺序排列的（x,y）格式，*.txt文件，如：OutBound.txt。

加密区域多边形顶点文件：用于确定在后续生成地形三角网时，需要加密的范围（为了确保优化模型，在下游潜在的流通区可以适当加密网格，而其他地方可以用稀疏网格），并按顺序排列的（x,y）格式，*.txt文件，如LocalRefineBound.txt

注：两个文件的多边形首尾点不能重合!

Step 5: 生成地形三角网

进入“CoSim-Gen3D”文件夹，将前述生成的生成的地形点云、地形边界及局部加密区的文件，拷贝到Project 下的一个文件夹中（具体可以自己定义）。

S1：打开根目录下的TerrainMesh.py 文件，修改对应的文件目录及文件名；并根据模型及精度要求，修改base_edge_length 、cared_edge_length 这两个参数。保存文件。

S2：双击Run_TerrainMesh.bat，程序将生成对应的地形三角网 stl，保存到对应的输出文件夹下。

生成的stl文件可以采用CoSim-CAE进行查看。

2.3 三维实体模型

Step 6: 根据地形三角网stl文件，生成三维实体模型

本部分基于前面生成的“填筑体三维表面”以及“场地三维地形面”两个stl文件，分别生成各自的三维实体模型。

S1：新建一个空的CAD文件，参考Step3 通过“加载应用程序”加载CoSim-Gen3D / ·AutoCAD文件夹下的stl2Solid.dvb应用程序。

S2：修改stl的文件地址为对应的填筑体三维表面的stl文件，修改生成的模型底部高程；保存并运行，将自动生成相应的三维模型。

若网格文件较大（三角网数量较多），则生成时间相对较长。

S3：生成完毕后，在AutoCAD的命令行运行“export”命令，拾取生成的三维模型并输出为“*.iges”文件格式，从而生成填筑体的三维实体模型（如，命名为Slope.igs）。该模型实质上，是填筑体表面垂直下延到设定的“模型底部高程”的三维实体模型。

重复上述S1～S3，根据“场地三维地形面”生成场地三维地形实体模型(如，命名为Ground.igs）。

填筑场地与周围地形模型叠加后的效果如下：

2.3 网格剖分

Step 7： 生成数值计算需要的网格

S1: 将Step 6 导出的填筑体的iges文件 和地形的iges文件，拷贝到“CoSim-Gen3D / Project” 文件夹下。

S2: 打开CoSim-Gen3D 文件夹下的GenMesh.py 文件，分别修改对应的输入文件，网格大小（mesh_size、max_mesh_size、min_mesh_size）及输出文件名称等。

S3: 运行Run_GenMesh.bat。

等待程序运行即可生成表征填筑体的四面体网格文件*.msh(如本例为，Slope.msh) 和地形斜坡面的三角网文件*.stl(如本例为，Ground.stl)，即可导入CoSim-CAE用于弃渣场稳定性和评估分析。

CoSim下载地址

https://pan.baidu.com/s/1yljXY2mBTUltWSumFB_JZg?pwd=MEGG提取码: MEGG 

撰稿：徐文杰

编辑：刘霖