土石方量測量計(jì)算方法簡析

趙吉明

（宜賓市城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)地理信息中心,四川宜賓644100）

土石方量測量計(jì)算方法簡析

趙吉明

（宜賓市城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)地理信息中心,四川宜賓644100）

土石方量測量計(jì)算是建筑工程施工設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，直接影響整個工程的施工質(zhì)量和造價控制。為提高土石方量測量計(jì)算水平，很多企業(yè)積極引用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)，其中CASS軟件得到了廣泛應(yīng)用，采用CASS軟件中的土方量計(jì)算方法提高了土方量的計(jì)算精確度，為后期工程的施工成本預(yù)算提供了有效依據(jù)?；贑ASS軟件，對應(yīng)用較為廣泛的幾種土石方量測量計(jì)算方法進(jìn)行簡單分析，對測量計(jì)算精確度和適用范圍作比較，提出土石方量測量計(jì)算的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，以供相關(guān)工作者參考。

土石方量；測量計(jì)算；CASS軟件；精確度；適用范圍

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.005

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，工程測量工作加強(qiáng)了對空間技術(shù)、通訊技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用力度，在數(shù)據(jù)采集和處理方面取得了明顯進(jìn)步。土石方量測量是建筑工程測量的重要組成部分，由于土方量受到場地平整坡度、施工驗(yàn)收方法、土壤松散系數(shù)等因素的影響，計(jì)算起來相當(dāng)復(fù)雜，因此必須利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)提高測量計(jì)算的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，例如CASS軟件被應(yīng)用于涉及土方量計(jì)算的諸多施工項(xiàng)目中，為施工過程提供了準(zhǔn)確的土方量計(jì)算結(jié)果。土石方量測量計(jì)算方法主要包括DTM法、斷面法、方格網(wǎng)法、等高線法等[1]，在實(shí)際工程中，必須根據(jù)具體情況合理選取不同的計(jì)算方法。

2 土石方量計(jì)算方法的基本原理

2.1 DTM法土石方量計(jì)算

DTM法是數(shù)字地面模型的簡稱，該模型在實(shí)際運(yùn)用中，主要利用實(shí)地測量的地面平面坐標(biāo)和高程設(shè)計(jì)相應(yīng)的三維坐標(biāo)系，用（X,Y,Z）來表示，根據(jù)地面點(diǎn)坐標(biāo)和高程形成的三角網(wǎng)來展現(xiàn)實(shí)際的地表形狀，在實(shí)際計(jì)算過程中，通過計(jì)算每條邊形成的三棱錐的挖填方量，來對指定施工范圍內(nèi)的土石方量進(jìn)行累加計(jì)算，同時根據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果來進(jìn)行挖填方分界線的繪制。用DTM法進(jìn)行土石方量計(jì)算，對測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求極高，從而保證與實(shí)際施工情況相符合，盡量減小誤差，提高計(jì)算的精確度[2]。

2.2 斷面法土石方量計(jì)算

斷面法主要涉及場地?cái)嗝?、道路斷面以及一些任意斷面的土石方量的?jì)算，根據(jù)不同的工程特點(diǎn)，合理選用不同的計(jì)算工具和計(jì)算軟件，盡量減少工作量。以某道路工程土石方量計(jì)算為例，應(yīng)用道路斷面法在計(jì)算系統(tǒng)中生成相應(yīng)的里程文件，一般來說生成的里程文件包括縱斷面生成和復(fù)合線生成等方式，特殊情況時可以由等高線生成以及三角網(wǎng)生成，其中，縱斷面生成應(yīng)用較為廣泛，但是要避免出現(xiàn)重合的問題。

2.3 方格網(wǎng)法土石方量計(jì)算

方格網(wǎng)法的基本計(jì)算原理是將計(jì)算范圍劃分為若干個方格，以實(shí)際地面和設(shè)計(jì)面之間的高度差為依據(jù)，分別計(jì)算每個方格的挖填方量，之后將所有的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總分析，最終得到整個范圍內(nèi)的土石方量數(shù)值。這種計(jì)算方法在運(yùn)用時，利用多段線來連接各個控制點(diǎn)，從而將各級平臺設(shè)置成封閉區(qū)域，然后利用CASS軟件，根據(jù)軟件頁面中給出的相關(guān)提示，輸入相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)，包括坐標(biāo)數(shù)據(jù)、方格網(wǎng)寬度數(shù)據(jù)、目標(biāo)高程數(shù)據(jù)等，然后根據(jù)設(shè)定的公式計(jì)算出土石方量的結(jié)果。

2.4 等高線法土石方量計(jì)算

等高線法可以根據(jù)工程區(qū)域內(nèi)的已有地圖進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)變，在數(shù)字化地圖上繪制出各等高線的高程數(shù)值、等高線上的特征點(diǎn)以及各個特征點(diǎn)之間有序排列的平面坐標(biāo)。在實(shí)際工程中，如果掃描該區(qū)域的矢量圖難以得到高程數(shù)據(jù)，這時就要應(yīng)用等高線法進(jìn)行土石方計(jì)算。運(yùn)用該方法計(jì)算土石方量要注意選用閉合的等高線，然后根據(jù)兩條等高線之間形成的封閉區(qū)域的面積及已知的高度差，計(jì)算出兩條等高線之間的土石方量。這種方法對等高線的繪制技巧要求極高，在繪制過程中必須保證等高線的正確。

3 土方量計(jì)算方法的分析比較

3.1 精度分析

1）DTM法的計(jì)算精度主要受到地形特點(diǎn)、采樣密度、高程點(diǎn)數(shù)目、測量誤差等諸多因素的影響，其中，采樣地點(diǎn)的地形特征的影響作用最大，為保障DTM法的計(jì)算精度，需要在高程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立準(zhǔn)確的三角網(wǎng)，并進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚砗头治鯷3]。

2）斷面法的精度與2個相鄰斷面之間面積的相似度有關(guān)，當(dāng)2個相鄰斷面之間面積相近且間距較小時，可以提高計(jì)算精度。為保障斷面法的計(jì)算精度，要對橫縱斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的選擇和準(zhǔn)確的計(jì)算，對于地形起伏較大的區(qū)域，可以通過增加斷面數(shù)提高計(jì)算精度。

3）方格網(wǎng)法的計(jì)算精度主要由方格網(wǎng)的寬度設(shè)計(jì)和高程點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集密度決定，設(shè)計(jì)的方格網(wǎng)的寬度越小，高程點(diǎn)的采集密度越低，方格網(wǎng)的計(jì)算精度就越高。一般來說，方格網(wǎng)的寬度設(shè)計(jì)通常采用20m×20m的標(biāo)準(zhǔn)，高程點(diǎn)的采集密度也可以根據(jù)場地的大小做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4）等高線法計(jì)算精度的眾多影響因素中，數(shù)字化地形圖的精確度起到?jīng)Q定性作用，由于一些施工區(qū)域地面起伏較大，并且坡度的變化也較為復(fù)雜，只有提高地形圖的精度才能保證等高線法的計(jì)算精度。與上述幾種計(jì)算方法比較，等高線法的計(jì)算精度較低。

3.2 適用范圍

1）DTM法主要適用于設(shè)計(jì)面為平場及單一傾斜場的土石方量計(jì)算，包括3種計(jì)算方法，分別以坐標(biāo)數(shù)據(jù)、高程點(diǎn)、三角網(wǎng)為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，需要結(jié)合具體情況選擇合適的計(jì)算方法。根據(jù)DTM法的計(jì)算原理分析得出，當(dāng)高程點(diǎn)的密度較大時，實(shí)際地形的變化細(xì)節(jié)才能更加準(zhǔn)確地表現(xiàn)出來，對起伏較大的山地同樣適用。

2）斷面法的計(jì)算原理簡單，計(jì)算操作方便，但是由于受到斷面間距的影響，在應(yīng)用范圍上有一定的局限性，一般可用于高差較大的地區(qū)和狹長帶狀地形等，只要掌握斷面面積以及兩端面之間的間距就能夠?qū)崿F(xiàn)土方量的計(jì)算。例如，可應(yīng)用于道路、溝渠、管道等帶狀工程的土方量計(jì)算。

3）方格網(wǎng)法計(jì)算起來直觀性較強(qiáng)，一般適用于設(shè)計(jì)面為斜面、平面、三角網(wǎng)的地形起伏較小、坡度變化平緩的場地，例如塘、河填挖等工程的土方量計(jì)算。當(dāng)設(shè)計(jì)面為斜面或平面時，只需根據(jù)設(shè)計(jì)中的高程數(shù)值或斜面的基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線、坡度進(jìn)行計(jì)算，便可得出土方量計(jì)算結(jié)果。

4）等高線法與上述3種計(jì)算方法相比，計(jì)算過程較為復(fù)雜，其主要利用閉合的等高線來計(jì)算土方量，但是在實(shí)際工程測量中，很難得到準(zhǔn)確的閉合等高線，因此該方法具有很大的局限性，一般用于工程概算中。

4 土石方量測量計(jì)算的幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

4.1 DTM法計(jì)算的要點(diǎn)

應(yīng)用DTM法計(jì)算土石方量時，涉及的三角網(wǎng)的連接方法具有隨機(jī)性，利用CASS軟件時，針對高程點(diǎn)密度較低的區(qū)域，即使兩點(diǎn)之間的距離較大，軟件也會自動參考最近高程點(diǎn)的信息進(jìn)行連接，由此可見，在生成三角網(wǎng)的過程中往往存在結(jié)構(gòu)不合理的問題。因此，土方量計(jì)算過程中要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h除，從而保障計(jì)算的精度。同時，根據(jù)計(jì)算需要，可以在合適的地方重組或添加三角形。針對上述問題，具體操作為在軟件的設(shè)置中對構(gòu)網(wǎng)條件加入限制，可以利用CASS軟件的“過濾三角形”菜單進(jìn)行調(diào)整[4]。此外，由于野外地形結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，在測量工作中，工作人員可以拍攝現(xiàn)場的照片，并對地形變化較大的地方做出特殊標(biāo)記，從而為三角網(wǎng)的構(gòu)建提供可靠的參考，進(jìn)而做出科學(xué)的對比和修改，使三角網(wǎng)與實(shí)際地貌更加貼近。

4.2 等高線法計(jì)算的要點(diǎn)

應(yīng)用等高線法進(jìn)行土石方量的計(jì)算要注意盡量選擇比例尺較大的地形圖，以保障計(jì)算精度。計(jì)算過程中要注意選擇閉合性較強(qiáng)的等高線，同時也要注意等高線的選取數(shù)量對計(jì)算結(jié)果的影響，這種影響在地形較為復(fù)雜的區(qū)域表現(xiàn)明顯，如圖1和圖2的比較。通過比較可以發(fā)現(xiàn)圖2的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。因此，在應(yīng)用等高線法進(jìn)行土方量計(jì)算時，要對就算區(qū)域內(nèi)的等高線進(jìn)行逐一選取。此外，由于等高線的取舍和應(yīng)用受到人為因素的影響，計(jì)算得到的土石方量和實(shí)際的土石方量之間可能存在一定的誤差，因此該方法要謹(jǐn)慎使用。

Analysis on Calculation Method of Earthwork Measurement

ZHAO Ji-ming
(Yibin Geographical Information Center of Urban and Rural Planning and Construction,Yibin 644100,China)

Earthwork measurement is an importantpart of construction design,which will directly influence the quality and costcontrol.In order to improve the level of earthwork measurement,many enterprises actively adopted modern computer technology,of which CASS software is used widely.The accuracy of earthwork calculation is improved by using the calculation methods in CASS soft ware,offering valid basis for construction cost budget later.Based on the CASS soft ware,the paper analyzes some common calculation methods widely used in earthwork measurement,compares them from the aspects of accuracy and the scope,and puts forward some tips for earthwork calculation,to offerreference for relevant staff.

earthwork;measurement;CASS software;accuracy;scope

TU198+.6

A

1007-9467（2016）09-0009-03

趙吉明（1972～），男，四川南溪人，工程師，從事工程測量研究。