土石方測(cè)量與計(jì)算

黃帥 顧海嘯

【摘要】土石方作為土木工程中的專業(yè)術(shù)語，指土方與石方的總稱，土石方的測(cè)量與計(jì)算則是測(cè)量與計(jì)算土和石的體積，計(jì)量單位一般為立方米（m3）。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工程上用來測(cè)量和計(jì)算土石方的儀器越來越先進(jìn)，測(cè)量和計(jì)算方法越來越多，本文將針對(duì)土石方的測(cè)量與計(jì)算問題，羅列幾項(xiàng)測(cè)量與計(jì)算方法，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】土石方；測(cè)量與計(jì)算；方格網(wǎng)法；數(shù)字高程模型（DEM）

當(dāng)前社會(huì)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、全球定位技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)測(cè)繪事業(yè)的迅猛發(fā)展。土石方工程量的測(cè)量與計(jì)算在工程實(shí)際中應(yīng)用非常廣泛，是土木工程施工的基礎(chǔ)，沒有準(zhǔn)確的測(cè)量與計(jì)算土石方的工程量就沒有準(zhǔn)確的工程造價(jià)預(yù)估，就沒有安全的施工環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致不良的經(jīng)濟(jì)效益和不良的社會(huì)效益，不利于承包公司健康、可持續(xù)發(fā)展。由此，本文討論了幾種不同的土石方測(cè)量計(jì)算方法，希望引起相關(guān)施工人員的重視。

1. 土石方測(cè)量與計(jì)算的原理

土石方測(cè)量主要分為兩種情況，一種情況是測(cè)量同一塊土地開挖前后的挖方量的體積，另一種情況是測(cè)量同一塊土地田填充前后的填方量的體積。實(shí)際上就是計(jì)算土石的體積。在測(cè)量與計(jì)算土石方時(shí)，不論是上述兩種情況中的哪一種，都必須一致施工前（開挖前或回填前）的地面起伏情況，和施工后（開挖后或回填后）的地面起伏情況，只有這樣才能計(jì)算兩種地形的體積差，得到土石方的工程量，并計(jì)算得工程造價(jià)，做出一份完整的預(yù)算表。其中，地面的起伏情況常用場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高來表示。

2. 常用的土石方測(cè)量與計(jì)算的方法

2.1 DTM法的土石方測(cè)量與計(jì)算

DTM是Digital terrain model數(shù)字地面模型的簡(jiǎn)稱，又稱為三角網(wǎng)法，就是用數(shù)字來表達(dá)地形表面形態(tài)屬性信息。常見的表示方法就是熟為人知的直角坐標(biāo)系法，利用直角坐標(biāo)系中的x、y、z來描述地表情況。例如，用x和y表示該坐標(biāo)的位置信息，用z表示該坐標(biāo)的高度信息，這樣做出來的模型就是數(shù)字高程模型DEM（Digital Elevation model）。同理，z也可以表示坡度、溫度、濕度等信息，做出不同的數(shù)字模型。DTM法的土石方測(cè)量與計(jì)算主要適用于地面狀態(tài)比較單一的情況，比如設(shè)計(jì)面為平面或者單一傾斜場(chǎng)的情況，因?yàn)檫@種方法在同一個(gè)坐標(biāo)上，只有一個(gè)描述的參量。所以，對(duì)于地面狀態(tài)復(fù)雜的野外觀測(cè)，DTM法所需要的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間大，對(duì)數(shù)據(jù)的要求較高。DTM法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算精度非常高，特別是地形狀態(tài)的高程值越多，計(jì)算精度越高，越能體現(xiàn)施工地形的變化細(xì)節(jié)，尤其適用于地形復(fù)雜的土石方施工工程量的測(cè)量與計(jì)算。DTM法的局限是設(shè)計(jì)施工面必須是水平面，而且呈現(xiàn)的計(jì)算結(jié)果抽象，不利于施工人員的理解分析。

2.2 斷面法的土石方測(cè)量與計(jì)算

斷面法的土石方測(cè)量與計(jì)算的原理是以某一方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，用一種特殊的測(cè)量工具測(cè)定垂直于這一方向的距離，得到斷面數(shù)據(jù)，用斷面的面積乘以該數(shù)據(jù)即可以得到土石方的工程量。與方格網(wǎng)法不同的是，斷面法是發(fā)帶狀工程用梯形分割，特點(diǎn)是有一組平行線，得到了一系列的柱狀實(shí)體塊。由于斷面法需要確定一個(gè)固定的方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，所以該方法適用于道路工程、橋梁工程、溝渠工程等狹長(zhǎng)的長(zhǎng)條狀施工地形的土石方工程量測(cè)量與計(jì)算。斷面法的計(jì)算過程比較繁瑣，而且不適合用于地形復(fù)雜多變的面狀地塊，在施工地形平坦的情況下，計(jì)算精度高。

2.3 方格網(wǎng)法的土石方測(cè)量與計(jì)算

方格網(wǎng)法的土石方測(cè)量與計(jì)算的原理是通過讀取高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件來計(jì)算土石方的工程量，即利用一組邊長(zhǎng)為定制的正方形組成的一個(gè)方格網(wǎng)來劃分整個(gè)施工地塊來計(jì)算施工地塊的面積，利用該方格網(wǎng)的四角坐標(biāo)的高程值和平均的高程值之差，用積分的思維，累計(jì)每個(gè)方格內(nèi)的挖土石方量或者填土石方量以得到挖方或者填方的總工程量。所以，方格網(wǎng)法的土石方測(cè)量與計(jì)算主要適用于有高程點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的地形狀態(tài)以平面、斜面、三角網(wǎng)為主的施工地形。需要注意的是，只有加入設(shè)計(jì)時(shí)給出的高程值或者斜面的基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線和坡度，才可以計(jì)算出施工地面狀況為平面和斜面時(shí)的土石方的工程量。如果施工地面狀況不是平面、斜面，而是不規(guī)則圖形時(shí)，往往會(huì)伴隨著各個(gè)坐標(biāo)的設(shè)計(jì)高程值不一樣的情況，這時(shí)可以將設(shè)計(jì)坐標(biāo)的在計(jì)算中加入所有高程值產(chǎn)生的三角網(wǎng)文件，即"*. sjw"文件，即可解決上述問題。方格網(wǎng)法有便于復(fù)查的優(yōu)點(diǎn)，可以利用更新的高程值重新計(jì)算土石方的施工工程量。提高方格網(wǎng)法計(jì)算土石方工程量的精度方法之一就是對(duì)方格寬度進(jìn)行設(shè)置，在高程值只差不變的情況下，方格寬度越小，方格的密度越大，數(shù)據(jù)越精確，土石方工程量的計(jì)算精度就越高。在計(jì)算機(jī)技術(shù)非常普及的今天，方格網(wǎng)的大小通?？刂圃谑壮耸?，甚至更小的五米乘五米的范圍內(nèi)。

2.4 等高線法的土石方測(cè)量與計(jì)算

等高線法的土石方測(cè)量與計(jì)算一般適用于施工人員手中只有刀面矢量圖的資料，而沒有高程值的數(shù)據(jù)文件時(shí)。如果在建立數(shù)字地面模型時(shí)，有高程數(shù)據(jù)文件，一般選擇DTM法。所以，等高線法在某種程度上可以說是DTM法的一個(gè)補(bǔ)充。廣州南方測(cè)繪儀器有限公司開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件Cass7.0中土石方算量等功能就是基于以上情況設(shè)計(jì)的。等高線法的土石方測(cè)量與計(jì)算的原理是已知兩條等高線所圍成的面積，已知高程差，可以通過計(jì)算求出這兩條等高線之間的土石方施工的工程量。在軟件運(yùn)用的過程中，此種情況下，應(yīng)選擇閉合等高線，否則軟件不能給出正確的計(jì)算結(jié)果。實(shí)際施工中，等高線往往不是閉合的，這就需要計(jì)算人員對(duì)施工地形狀態(tài)進(jìn)行一定的取舍，這就導(dǎo)致所得的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際存在一定的誤差，在施工精度要求高的情況下，盡量避免等高線法測(cè)量和計(jì)算施工工程量。運(yùn)用等高線法進(jìn)行土石方測(cè)量與計(jì)算時(shí)，應(yīng)盡可能的選擇大比例尺地形圖，地形圖的比例尺越大，施工工程量計(jì)算的結(jié)果越精確。

3. 結(jié)語

常言道，尺有所短，寸有所長(zhǎng)。每一種的土石方測(cè)量與計(jì)算方法都各有利弊，希望施工人員在考查施工工程客觀條件的基礎(chǔ)上，在滿足建筑的精度要求的基礎(chǔ)上，依據(jù)現(xiàn)有材料，結(jié)合已有條件和工程特點(diǎn)，衡量各種土石方測(cè)量與計(jì)算的方法，選擇與工程項(xiàng)目最匹配的方法，盡可能的得到準(zhǔn)確的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果，約束測(cè)量和計(jì)算的精確度，減少測(cè)量誤差和計(jì)算誤差，在保證安全的前提下，優(yōu)化土石方測(cè)量與計(jì)算方法，為施工單位創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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