工程土方量計(jì)算及DTM在土方計(jì)算中的應(yīng)用

溫州市甌政測繪信息有限公司 浙江溫州 325000

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國的工程建設(shè)得到了飛速提高。為了能夠保證工程在建設(shè)時(shí)的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性，需要工程建設(shè)單位在最大程度上做到挖填平衡。土石方的計(jì)算對工程的建設(shè)有著特殊的意義，計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確將會(huì)直接關(guān)系到工程建設(shè)投資的合理性、人力資源的具體分配以及工程的完成工期，因此為了保證工程建設(shè)的順利完工，必須要加強(qiáng)土石方的計(jì)算工作。土石方的計(jì)算方法有很多，主要包括斷面法、等高線法以及DTM法等。文章將會(huì)根據(jù)工程建設(shè)的實(shí)際情況，對工程土方量的計(jì)算以及DTM計(jì)算方法進(jìn)行系統(tǒng)的研究與分析，從而保證更為準(zhǔn)確、快捷的得到土方量的計(jì)算結(jié)果。

關(guān)鍵詞：工程土方量計(jì)算；DTM法；具體應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮，各地都開始進(jìn)行土木工程建設(shè)，這樣就會(huì)出現(xiàn)非常多的土石方開挖以及棄填，為了能夠有效的保護(hù)環(huán)境，減少工程投資，我國大力倡導(dǎo)減少棄渣占地現(xiàn)象，注重土石方的填挖平衡。然而，在知道待棄土方量的條件下，如何才能找到一處合理的棄渣場，滿足相應(yīng)的棄填要求，這給工程的測量工作帶去了很大的難題?，F(xiàn)代建筑的規(guī)模逐漸膨脹，這對棄土場的工程測量提出了更高的要求，傳統(tǒng)的測量方式已經(jīng)無法切實(shí)的地滿足相關(guān)要求。因此，為了盡早解決此項(xiàng)問題，我國工程建設(shè)中關(guān)于計(jì)算土石方量的新方法與新理念應(yīng)運(yùn)而生。

一、土石方的計(jì)算方式

土石方工程是我國工程建設(shè)中的一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，它的計(jì)算精度將會(huì)關(guān)系到工程的投資程度以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)。根據(jù)多年來的計(jì)算實(shí)踐，常用的土方量計(jì)算方式主要有斷面法、等高線法以及方格網(wǎng)法與DTM法。

（一）斷面法

斷面法主要是指沿著道路或者條形地帶部分的縱橫斷面進(jìn)行測定，依據(jù)測得的斷面線與設(shè)計(jì)線來對每一條斷面的面積進(jìn)行計(jì)算，通過斷面之間的實(shí)際距離來對相鄰斷面的填方量與挖方量進(jìn)行計(jì)算，之后再將計(jì)算得出的每一條線路的填方量與挖方量進(jìn)行累加。利用平行截取得出的斷面對地面的狀況進(jìn)行描述，再通過斷面的面積以及固定公式對土方量進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算，公式是VI=（ΔSI-1+ΔSI）L/2。

斷面法的主要優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算較為簡便，斷面的實(shí)際數(shù)據(jù)比較容易進(jìn)行采集，而且方法多樣，非常適合在一些地形較為復(fù)雜，主要呈現(xiàn)的是狹長帶狀的場地進(jìn)行測量。主要的缺點(diǎn)在于計(jì)算的精度會(huì)受到斷面間距L的影響，如果是在變化幅度較大的地區(qū)更加需要對斷面進(jìn)行加測從而提高計(jì)算的精度。

（二）等高線法

在測量土方量時(shí)，使用的一種方式稱為等高線法。等高線測量法主要指的是利用圖上的封閉等高線對土方量進(jìn)行計(jì)算，首先要算出相鄰的兩條等高線組合成的面積，利用兩條等高線的高度差，將這兩條封閉等高線組成的墩臺(tái)形土方量計(jì)算出來，之后再將每一個(gè)墩臺(tái)的土方量進(jìn)行累加計(jì)算，從而得出測量范圍之內(nèi)的土方量。此種測量方式在實(shí)際的測量中具有很大的限制性，涉及到的條件較為復(fù)雜，而且計(jì)算的結(jié)果有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，在實(shí)際的測量中很少用到。

（三）方格網(wǎng)法

在傳統(tǒng)的測量方式中，有一種方式使用的頻率較高，那便是方格網(wǎng)法。方格網(wǎng)法主要指的是將需要測量的項(xiàng)目區(qū)域平均分割成N個(gè)方格網(wǎng)，將這些方格網(wǎng)的底面積設(shè)置為S，用方格4個(gè)角的地性線高程與設(shè)計(jì)高程的高差平均值作為（高設(shè)置為Hi），土石方量就是計(jì)算得出的N個(gè)長方體體積和。在計(jì)算過程中，N=S總/S，S總作為項(xiàng)目區(qū)域的投影面積，將計(jì)算的公式簡化得到V=∑SHI，依照微積分的計(jì)算原理，當(dāng)N ∝ ∞，V趨向真值。

方格網(wǎng)法在計(jì)算與測量中主要適應(yīng)的范圍在于地形較為平坦且高差較小的地區(qū)，如果遇到起伏較大的網(wǎng)格，要通過對網(wǎng)格進(jìn)行加密的方式提高計(jì)算的精準(zhǔn)度。此法的主要優(yōu)點(diǎn)在于在計(jì)算VI=SHI的時(shí)候較為簡單，在地形平緩的區(qū)域計(jì)算精度較為準(zhǔn)確。主要的缺點(diǎn)在于采集數(shù)據(jù)需要方格網(wǎng)的分布較為均勻，只適合在平緩的地形使用，當(dāng)山地起伏過大此法的誤差將會(huì)非常大。同時(shí)，此法需要的數(shù)據(jù)量很大，需要一定量的計(jì)算才能完成。

二、DTM在土方計(jì)算中的應(yīng)用

（一）DTM法的在土方計(jì)算中的相關(guān)內(nèi)容

DTM法（數(shù)字地面模型，Digital Terrain Model），表示的是區(qū)域地貌的離散程度，又稱數(shù)字高程模型。DTM主要是利用數(shù)字坐標(biāo)（X，Y，Z）對區(qū)域的地貌形態(tài)進(jìn)行表述，直接展現(xiàn)出地表的起伏狀態(tài)，具有十分強(qiáng)烈的直觀效果，適用各種地形，而且計(jì)量的準(zhǔn)確度非常高，在現(xiàn)代的生產(chǎn)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值。例如：道路工程建設(shè)時(shí)，對挖填的土石方量進(jìn)行計(jì)算；對道路設(shè)計(jì)的路線以及地址進(jìn)行選擇；對工程建設(shè)中的坡度以及坡向等進(jìn)行計(jì)算，分析地貌特征等。

DTM法主要是利用原始數(shù)據(jù)采集樣點(diǎn)，進(jìn)而構(gòu)建起一張地形的表達(dá)形式，本質(zhì)就是通過一些不交叉、不重疊的特殊三角形面片，構(gòu)建成一組網(wǎng)絡(luò)對地形的表面進(jìn)行描述，體現(xiàn)的數(shù)學(xué)特征在于三維空間分段線性特殊模型，在區(qū)域內(nèi)不可微但連續(xù)。計(jì)算土方量實(shí)際就是對原始地表以及設(shè)計(jì)地表的體積值進(jìn)行計(jì)算，利用DTM法只需要在計(jì)算的區(qū)域內(nèi)建立起兩個(gè)DTM模型，一個(gè)是原始地表的DTM模型，一個(gè)是設(shè)計(jì)地表的DTM模型。將原始地表的DTM模型設(shè)置成為DTM，將設(shè)計(jì)地表的DTM模型設(shè)置成為DTM設(shè)，在同樣的坐標(biāo)原點(diǎn)與同樣大小的格網(wǎng)條件下，將同一區(qū)域的二者進(jìn)行疊加，形成新的DTM模型，稱之為△DTM，那么可得DTM=DTM-STM設(shè)，用Z1（Ij）表示地表DTM模型的格網(wǎng)點(diǎn)高程，用Z2（Ij）表示設(shè)計(jì)的DTM模型的格網(wǎng)點(diǎn)高程，得出的分量表現(xiàn)形式是△Z（Ij）=Z1（Ij）-Z2（Ij）。對于任意一個(gè)格網(wǎng)（Ij）來講，如果△Z（Ij）>0，那么此格網(wǎng)就是挖方；如果Z（Ij）<0，那么此格網(wǎng)就是填方。計(jì)算的方式是，設(shè)格網(wǎng)的面積為S，公式是S=dx×dy，此格網(wǎng)的土方量設(shè)置為V（ij），V（ij）=△Z（Ij）×S，之后將Z（Ij）>0與Z（Ij）<0的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，就能夠求出該計(jì)量區(qū)域的填方量與挖方量。

（二）DTM法計(jì)量的優(yōu)缺點(diǎn)

DTM法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，三角網(wǎng)中設(shè)置的點(diǎn)與線能夠在分布密度與整體結(jié)構(gòu)上同地表的實(shí)際特征相吻合，適應(yīng)地表的起伏狀態(tài)，對土石方進(jìn)行計(jì)算的精確度較高。利用三角網(wǎng)將DTM模型建立起來，即使在地表不規(guī)則的條件下，也能更為準(zhǔn)確的計(jì)算出土石方量。DTM法的主要缺點(diǎn)在于，整個(gè)計(jì)算的過程涉及到的數(shù)據(jù)量較大，需要通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，會(huì)占據(jù)大量的存儲(chǔ)空間以及計(jì)算機(jī)內(nèi)存，但是這類問題可以得到有效的解決。

（三）DTM法計(jì)量的實(shí)際案例

以我國某水利樞紐工程為例，在建設(shè)對策過程中需要挖出大量的土石方，但是如何才能更為合理的對待棄的土石方進(jìn)行安置，關(guān)系到整個(gè)工程建設(shè)的整體質(zhì)量，這就需要在第一時(shí)間找到合理的棄渣場。

通過勘測施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，決定采用相關(guān)數(shù)據(jù)建立起DTM模型，對棄渣場的容量進(jìn)行計(jì)算。利用DTM法對施工現(xiàn)場的土石方量進(jìn)行計(jì)算得到了一定的數(shù)據(jù)，例如，工程的預(yù)測棄渣量為165.16萬m2，渣場的允許高程是150m，棄渣場的土地面積大致在44萬m2，可以裝下170萬m3的棄渣。經(jīng)過實(shí)際的棄渣表明，工程所征的棄渣場能夠容納下所用的棄渣量，這符合之前的計(jì)算結(jié)果，也證明了DTM計(jì)量法的準(zhǔn)確性。

結(jié)語：

綜上所述，文章已經(jīng)對DTM在土方計(jì)算中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的描述。DTM法較傳統(tǒng)的測量方式具有著更高的計(jì)算效率，而且計(jì)算的準(zhǔn)確程度也有了很大的提高。DTM法在操作方面具有著簡潔高效、經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，不僅節(jié)約了人力與物力，而且提高了工程建設(shè)工作效率。通過DTM法在土石方量的計(jì)算上的推廣與應(yīng)用，能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)提供更為準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)計(jì)算的重復(fù)率，為工程節(jié)約投資發(fā)揮了重要的作用，提高了我國工程建設(shè)的整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁程.DTM法在某土石方工程中的實(shí)際應(yīng)用[J].市政技術(shù)，2013.

[2]謝宗繁，王文貫.DTM模型法在土石方計(jì)算中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010.

[3]毛小芳，屠春偉.土方量的計(jì)算方法和精度分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品[J].2009.

[4]康艷霞.DTM在土方計(jì)算中的應(yīng)用[J].技術(shù)創(chuàng)新，2011.