淺談土石方工程量計(jì)算方法的應(yīng)用

■饒良和 ■東莞市望牛墩鎮(zhèn)測繪隊(duì)，廣東 東莞 523200

土石方工程通常指工程施工中的場地平整、基坑開挖等項(xiàng)目，其工程量的計(jì)算在工程測量及施工等方面較為常見。在建筑項(xiàng)目施工前，必須對土石方工程量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)算，因?yàn)檫@不僅關(guān)系到工程造價(jià)、項(xiàng)目核算，還對于建設(shè)方案的選優(yōu)意義重大。在項(xiàng)目建設(shè)之初，對土石方量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)算是關(guān)系到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要方面，對土石方量進(jìn)行最優(yōu)計(jì)算可以促使企業(yè)不斷提升經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際工程建設(shè)中，因土石方量計(jì)算的差異常會(huì)導(dǎo)致各種的問題，因此，為緩解不必要的糾紛，科學(xué)合理的使用測量人員在施工現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)或者利用已有的現(xiàn)場地形數(shù)據(jù)快捷的測算出土石方量是當(dāng)前企業(yè)亟待解決的重大課題。

當(dāng)前常用的土石方量計(jì)算方法包括:等高線法、斷面法、平均高程法、方格網(wǎng)法以及DTM法等。

1 方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法適用于建筑面積較大的施工場地，還適用于坡度較小、地形平緩、起伏不大的場地。方格網(wǎng)法是將施工場地劃分成大小不一的正方形網(wǎng)格，然后逐一計(jì)算各個(gè)四棱柱的體積，最后將所有四棱柱的計(jì)算數(shù)據(jù)相加得出最終的土石方量。這種計(jì)算方法的準(zhǔn)確性取決于劃分正方形的密度，密度越大，數(shù)據(jù)越精確，同時(shí)還與正方形的大小相關(guān)，通常正方形越小，得出的計(jì)算數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。在科技力量比較落后的時(shí)期，數(shù)據(jù)采集完全依靠手工，因此方格網(wǎng)的大小一般控制在二十米乘以二十米的范圍，當(dāng)今的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)覆蓋到各個(gè)領(lǐng)域，依靠計(jì)算機(jī)完全可以測量精確，因此，方格網(wǎng)大小通?？刂圃谑壮艘允?，或者更小的五米乘以五米的范圍。由以上分析可知，方格網(wǎng)法在傳統(tǒng)計(jì)算方法中，準(zhǔn)確度并不高，而在現(xiàn)代科技的支持下，可以得到迅速推廣，且數(shù)據(jù)可以達(dá)到高度精確。

2 等高線法

等高線作為地理學(xué)術(shù)語，即指海拔高度相等的地理區(qū)域，利用任意兩條等高線可以估算土石方量，但對于等高線的要求較高，必須是閉合的兩條等高線。在閉合的兩條等高線內(nèi)，高差已知，因此可以快速的計(jì)算出等高線之間區(qū)域的土石方量。等高線法通常在地形復(fù)雜的區(qū)域預(yù)估時(shí)使用，地形復(fù)雜導(dǎo)致深入現(xiàn)場測量較為困難，因此數(shù)據(jù)缺失，利用等高線法可以大致估量出該地區(qū)的土石方量。由以上分析可知，等高線法適用于地形復(fù)雜的區(qū)域或者地形已經(jīng)經(jīng)過矢量化掃描的情況，因此，該法的測量數(shù)據(jù)并不精確，一般該數(shù)據(jù)應(yīng)用在概算之時(shí)。

3 斷面法

在施工現(xiàn)場的地形較為復(fù)雜，起伏較大時(shí)，宜使用橫斷面法。地形地勢狹長復(fù)雜，導(dǎo)致挖填工程量較大，另外，在不規(guī)則地形施工之前的土石方量計(jì)算時(shí)宜采用斷面法。斷面法的計(jì)算準(zhǔn)確度與間距的關(guān)系甚大，間距越大，精確度越低，反之，間距長度越小，精確度越高。在使用斷面法時(shí)，要注意科學(xué)合理的選取橫斷面，在對土石方量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要依據(jù)實(shí)際情況確定間距長短。在地形起伏較為復(fù)雜時(shí)，不宜選用過長的間距，在比較特殊的地形下，可以使用不等長間距。不可否認(rèn)的是，斷面法的計(jì)算強(qiáng)度要求較高，在場地范圍大、地形較為復(fù)雜且數(shù)據(jù)要求精度高的情況下更為明顯，如果為了減少計(jì)算量而加大間距長度，則得出的數(shù)據(jù)在準(zhǔn)確度方面就會(huì)相應(yīng)降低。由以上分析可知，斷面法適用于起伏較大的復(fù)雜地形，精度高但其計(jì)算量較大，存在精度與速度的矛盾。

4 塊面法

塊面法，顧名思義，即指以一塊塊的單獨(dú)形態(tài)存在的地形的土石方量計(jì)算，由此可知，塊面法適用于地形并不連貫的場地計(jì)算。在我國比較特殊的農(nóng)田形式——梯田的土石方測量中，比較常用塊面法。運(yùn)用塊面法往往是將地形分塊，計(jì)算小面積的土石方量。

5 平均高程法

平均高程法的土石方量計(jì)算方法較為復(fù)雜但操作簡單，通常在施工場地每隔十到十五米設(shè)置一個(gè)碎步點(diǎn)，取該區(qū)域的所有碎步點(diǎn)的平均值作為平均高程，將平均高程和設(shè)計(jì)高程值相減得到的數(shù)值作為高差，將高差與區(qū)域面積相乘得出的數(shù)據(jù)即為土石方量。平均高程法是施工單位常用的一種方法，因其方法簡單易操作，因而應(yīng)用范圍較為廣泛，但是這種計(jì)算方法誤差較大，準(zhǔn)確度較低。

6 DTM法

DYM法是基于數(shù)字地面模型而應(yīng)用的一種測量方法，而不規(guī)則三角網(wǎng)則是DTM最為經(jīng)典的表現(xiàn)形式。這種計(jì)算方法是利用測量人員取得的碎步點(diǎn)作為基點(diǎn)，將現(xiàn)實(shí)地形轉(zhuǎn)化為一系列離散點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)技術(shù)將這些點(diǎn)代表的三維坐標(biāo)組成的地形構(gòu)建三角網(wǎng)，最終在測量區(qū)域使用三棱柱法進(jìn)行數(shù)字模型計(jì)算土石方量。利用不規(guī)則三角形進(jìn)行數(shù)字地面模型構(gòu)建是直接利用施工場地的實(shí)測地形碎步點(diǎn)，進(jìn)而構(gòu)建出三角形組成不規(guī)則三角網(wǎng)。

與規(guī)則格網(wǎng)相比較而言，不規(guī)則三角網(wǎng)具有獨(dú)一無二的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為數(shù)字地面模型是地形地勢的屬性表達(dá)，其中包含著豐富的數(shù)字信息，包括空間位置特征、地形屬性特征等。具體地形的任何一個(gè)特征都可以作為數(shù)字地面模型的參考值，比如以高程為參考值的DTM便被稱之為數(shù)字高程模型。DTM法測量土石方量實(shí)質(zhì)上是利用數(shù)字高程模型來進(jìn)行計(jì)算的方式。數(shù)字高程模型即指DEM，是將全部地形信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字表達(dá)，利用一系列的數(shù)字，將地面三維坐標(biāo)生成三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而計(jì)算三棱柱面積以獲得挖填數(shù)據(jù)。

利用DTM法計(jì)算土石方量，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與碎步點(diǎn)的密度以及位置息息相關(guān)，不管是采用何種測量儀器，碎步點(diǎn)的位置和密度設(shè)置必須合理，否則就會(huì)出現(xiàn)地面數(shù)字模型嚴(yán)重變形的情況，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理，從而給施工單位造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。由以上分析可知，在使用DTM法計(jì)算土石方量時(shí)，必須嚴(yán)格設(shè)置高程采集點(diǎn)，要依照地形測量規(guī)范，設(shè)置合理密度的高程點(diǎn)，促使數(shù)據(jù)采集更加精確合理。

綜上所述，在目前常用的幾種土石方量測算方式當(dāng)中，方格網(wǎng)法在測算速度方面獨(dú)樹一幟，因而簡便程度較高。DTM法簡便程度不高，計(jì)算速度不及方格網(wǎng)法，斷面法工作量較大，測算較為復(fù)雜，簡便程度明顯不及前兩者。因而，方格網(wǎng)法可以說是應(yīng)用最為廣泛且使用較為簡便的方式。

7 結(jié)語

由于我國各地區(qū)地形地勢差異較大，在何種地形應(yīng)用何種測算方法，要以實(shí)際為準(zhǔn)，科學(xué)合理的采取最適用的方法，比如在地形平緩，場地面積較大且數(shù)據(jù)要求不高時(shí)宜采用方格網(wǎng)法。隨著科技的不斷進(jìn)步，我國必將形成經(jīng)濟(jì)高效的土石方量測算方法。

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