土地整治項目土方量計算方法比選

岳小松

摘要采用 DTM法和方格網(wǎng)法，對不同坡度、不同采樣間距的田塊的土方量進(jìn)行計算，并對計算結(jié)果進(jìn)行精度和費用分析，同時結(jié)合實際情況，將部分條田劃分為格田進(jìn)行計算分析。結(jié)果表明：若不考慮土方調(diào)配，方格網(wǎng)法適合坡度0°～2°土方量計算；DTM法計算精度更高；DTM法計算土方預(yù)算費用更低，將坡度為6°～15°對應(yīng)的條田劃分為格田進(jìn)行平整，可以降低施工費用?？傊?，DTM法優(yōu)于方格網(wǎng)法。

關(guān)鍵詞DTM法；方格網(wǎng)法；土方量；精度；費用

中圖分類號F301.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）33-0207-04

Comparative on Earthwork Calculation Methods about Land Consolidation Project

YUE Xiaosong

（Jiangxi Provincial Bureau of Coal Geology Surveying and Mapping Team，Nanchang，Jiangxi 330001）

AbstractUsing DTM method and square grid method，calculated earthwork about field different sampling interval and slope，and carried out precision and costs analysis of the calculation results，at the same time，combined the actual situation，some large fields were divided into small fields for analysis.The results showed that：if turkish deployment was not considered，square grid was suitable for slope 0°～2° earthwork calculation，DTM method was higher precision and lower costs，some large fields slope 6°～15°were divided into small fields，which was flated，construction costs were reduced.Anyway ，DTM method was better than square grid.

Key wordsDTM method；Square grid；Earthwork；Precision；Costs

土地整治是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展到一定階段解決土地利用問題的必然選擇，已成為統(tǒng)籌我國城鄉(xiāng)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要平臺，是保障國家糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要舉措。一直以來，土地整治以增加有效耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量、提升農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、改善農(nóng)村生活條件為主要的目標(biāo)和任務(wù)。土地平整工程是土地整治項目中的一項重要工程，土方量的大小又是土地平整工程中的重要內(nèi)容，土方量計算結(jié)果與項目的總投資密切相關(guān)。因此采用何種方法計算土方量，合理地確定土方量的大小，對整個項目的投資起著至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)的土方量計算方法有：斷面法、方格網(wǎng)法[1]、散點法[2]和表格法[3]。筆者主要介紹DTM法和方格網(wǎng)法，并對這2種方法的計算結(jié)果從不同的層面進(jìn)行對比分析，確定兩種方法的適用情況。

1土方量計算方法及原理

1.1DTM法

DTM法工作原理是根據(jù)已有的高程點建立三角網(wǎng)，從而形成DTM模型，根據(jù)實地測定的地面點坐標(biāo)（X，Y，Z）和設(shè)計高程，通過生成三角網(wǎng)來計算每一個三棱錐的挖填方量，最后累計得到指定范圍內(nèi)填方和挖方的土方量，并繪出填挖方分界線[4]。用DTM進(jìn)行土方量計算有幾種方式：一是根據(jù)圖中的的三角網(wǎng)進(jìn)行計算；二是根據(jù)圖中的高程點進(jìn)行計算；三是根據(jù)坐標(biāo)文件進(jìn)行計算。

1.2方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法是根據(jù)設(shè)計高程和實測地面點坐標(biāo)將待計算的區(qū)域劃分為若干個方格，每個方格按照長方形的體積計算填挖方量，最后累計得到該范圍內(nèi)填方和挖方的總土方量[5]。

根據(jù)方格網(wǎng)劃分為四邊形和三角形的不同，方格網(wǎng)法又分為四方棱柱體法和三角棱柱體法。四方棱柱體法是根據(jù)已有的地形圖，劃分方格網(wǎng)，其方位盡量測量縱橫坐標(biāo)網(wǎng)重合[6]。方格的大小，根據(jù)自然地面或設(shè)計地面的復(fù)雜程度而定，可以采用20 m×20 m、10 m×10 m、5 m×5 m的方格網(wǎng)。計算步驟如下：測量各方格角點的自然地面高程h1，或者根據(jù)地形圖上的等高線插值求出方格角點的自然地面高程h1；按田塊規(guī)劃設(shè)計標(biāo)明各方格角點的設(shè)計地面標(biāo)高h(yuǎn)2；計算自然地面高程與設(shè)計地面標(biāo)高的差值，即得出各方格角點的施工高度hs=h1-h2，也就是該角點的挖、填方向高度（“+”為填方，“-”為挖方）；確定零點及零線，即確定挖方區(qū)與填方區(qū)的交線；計算方格角點的挖、填土方量情況，按計算公式表中所列的公式計算，求出各方格的挖填土方量，把挖填方土方量分別匯總。三角棱柱體法是將正方形格網(wǎng)法中正方形的對角線連接起來形成直角三角形網(wǎng)格[7]，計算步驟同四方棱柱體法。

2實例分析

從某土地整治項目中選取不同坡度（0°～2°，2°～6°，6°～15°）對應(yīng)的不同田塊（TK1、TK2、TK3，TK4、TK5，TK6、TK7、TK8），利用南方CASS軟件，先采用區(qū)域土方平衡計算出各個田塊挖填平衡時的土方平衡高程，以此高程作為目標(biāo)高程，再采用 DTM法和方格網(wǎng)法，邊界差值間隔或方格寬度（以下統(tǒng)稱為“采樣間距”）分別取20、10、5 m，計算田塊的挖方量、填方量、挖填方最大值及挖填差值，并對2種方法計算結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1操作步驟

用CASS軟件打開CAD文件，先將待計算的田塊沿田塊邊界畫閉合的線。工程應(yīng)用→高程點生成數(shù)據(jù)文件→無編碼高程點→輸入坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件名→保存（假設(shè)保存為1.dat格式），整張圖就生成了坐標(biāo)文件。

區(qū)域土方平衡法：工程應(yīng)用→區(qū)域土方平衡→根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件（選1.dat）→選擇計算區(qū)域邊界線→邊界插值間隔（假設(shè)取20 m）→生成土方平衡圖。假定該法計算出的某田塊高程為47.67 m。

DTM法：工程應(yīng)用→DTM土方計算法→根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件→選擇計算區(qū)域邊界線→選擇數(shù)據(jù)文件（選1.dat）→打開→邊界采樣間距（20 m），平場標(biāo)高（47.67 m）→確定→生成DTM土方計算圖。

方格網(wǎng)土方計算法：工程應(yīng)用→方格網(wǎng)→選擇計算區(qū)域邊界線→高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件→設(shè)計面（平面），目標(biāo)高程（47.67 m），方格寬度（20 m）→確定→生成方格網(wǎng)土方計算圖。

2.2計算結(jié)果分析

2.2.1土方量分析。

將同一坡度的幾個田塊土方量進(jìn)行匯總，兩種方法計算結(jié)果見表1，平整土方量取挖填最大值。DTM法計算出的挖填方量大致相等，方格網(wǎng)法計算出來的挖填方量存在一定的差值。坡度為0°～2°、2°～6°時，大部分田塊的填方量大于挖方量，需要外運土回填，當(dāng)坡度為6°～15°時，田塊的挖方量大于填方量，多余挖方量需要外運。

2種計算方法，坡度為0°～2°，采樣間距越小，土方量越大。DTM法計算結(jié)果相差不大，方格網(wǎng)法計算結(jié)果相差5%以內(nèi)。坡度為2°～6°時，采樣間距為10 m時，土方量最小，采樣間距為20 m時，土方量最大。坡度為6°～15°時，DTM法計算出的不同采樣間距土方量分布情況同坡度2°～6°，方格網(wǎng)法計算出來的土方量，采樣間距為20 m時，土方量最小，采樣間距為5 m時，土方量最大。

總體而言，坡度為6°～15°時，采樣間距為5、10 m時，方格網(wǎng)法計算出的土方量比DTM法計算的土方量大外，其余情況方格網(wǎng)法計算的土方量更小。

2.2.2精度分析。

計算結(jié)果的最或是值=ni=1xin，以不同間距用DTM法或方格網(wǎng)法計算的土方量平均值作為該法的最或是值，計算每個采樣間距對應(yīng)的土方量與最或是值之差的絕對值，用絕對值除以該最或是值，所得的百分比即為相對誤差。相對誤差越小，精度越高。計算結(jié)果見表1。

顯然，DTM法比方格網(wǎng)法相對誤差小。坡度為0°～2°時，DTM法和方格網(wǎng)法相對誤差分布規(guī)律一致，即相對誤差由小到大依次為采樣間距10、5、20 m。坡度為2°～6°時，DTM法和方格網(wǎng)法相對誤差分布規(guī)律一致：采樣間距與相對誤差成正比，即采樣間距越大，相對誤差越大。坡度為6°～15°時，DTM法采樣間距越大，相對誤差越小，方格網(wǎng)法相對誤差由小到大依次為采樣間距10、20、5 m。3種坡度范圍內(nèi)，DTM法相對誤差最大和次大的土方量，相對誤差差值001%～0.26%，差別不大；方格網(wǎng)法相對誤差最大和次大的土方量，相對誤差差值0.82%～3.25%，差別稍大。

由此可知，DTM法精度高于方格網(wǎng)法。坡度為0°～2°時，2種方法采樣間距10 m對應(yīng)的土方量精度最高；坡度為2°～6°時，2種方法采樣間距越小，精度越高；坡度為6°～15°時，DTM法采樣間距越大，精度最高，方格網(wǎng)法采樣間距10 m對應(yīng)的土方量精度最高。

2.2.3預(yù)算費用分析。

運用智多星軟件進(jìn)行計算，田塊平整采用74 kW推土機(jī)，推土距離為20～30 m，土方量綜合單價為2.09元/m3，多余的挖方或填方量采用0.5 m3挖掘機(jī)挖裝自卸汽車運土，運距0～0.5 km，外運土綜合單價為4.31元/m3，由此計算出預(yù)算費用對比情況見表2。

除了坡度為0°～2°，采樣間距為20 m，方格網(wǎng)法預(yù)算費用低于DTM法外，其余情況費用均高于DTM法。坡度為0°～2°，DTM法預(yù)算費用和采樣間距成反比，即采樣間距越大，預(yù)算費用越低；方格網(wǎng)法不同采樣間距預(yù)算費用由小到大依次為20、5、10 m。坡度2°～6°和坡度6°～15°，DTM法不同采樣間距預(yù)算費用分布規(guī)律相同，方格網(wǎng)法不同采樣間距預(yù)算費用分布規(guī)律也相同。DTM法預(yù)算費用由小到大依次為采樣間距10、5、20 m，方格網(wǎng)法預(yù)算費用和采樣間距成反比，即采樣間距越大，預(yù)算費用越低。

坡度為0°～2°，采樣間距為20 m，方格網(wǎng)法費用最低，坡度為2°～6°、6°～15°，采樣間距為10 m，DTM法費用最低?？梢?，DTM法計算土方量可以節(jié)省投資。

2.3結(jié)合實際分析

當(dāng)坡度為0°～2°、2°～6°時， DTM法和方格網(wǎng)法計算的挖土深度和填土深度范圍為0.15～0.40 m，該深度與實際情況一致。當(dāng)坡度為6°～15°時，DTM法和方格網(wǎng)法計算的挖土深度和填土深度范圍為1～1.4 m。若按該深度進(jìn)行施工，則平整后的田塊和與其相鄰的上、下田塊銜接處需進(jìn)行護(hù)坡，否則容易出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，這將會增加投資費用。鑒于此，將TK6、TK7、TK8每個田塊用田埂劃分成8個格田，田埂間距15～20 m，以格田作為平整單元。由表1可知，采樣間距取20 m，精度最高，故采樣間距取20 m。先采用區(qū)域土方平衡確定每個格田的目標(biāo)高程，再采用DTM法、方格網(wǎng)法計算土方量，結(jié)果見表3、4。

由表3、4可知，同一種計算方法，以格田為平整單元計算的土方量遠(yuǎn)小于以條田為平整單元計算的土方量，前者是后者的1/3～1/4。以條田為平整單元計算土方時，方格網(wǎng)法計算出的土方量略小，但和DTM法計算結(jié)果相差不大，前者比后者土方量減少1.09%。以格田為平整單元計算土方時，方格網(wǎng)法>DTM法，前者比后者土方量增加4.53%。兩種方法計算出的挖土深度和填土深度范圍為0.20～0.35 m，符合施工的實際情況。兩種方法不同平整單元預(yù)算費用對比情況見表5。

由表5可知，同一種計算方法，以格田為平整單元計算預(yù)算費用更低，比條田費用減少74%～75%。以條田為平整單元計算土方時，方格網(wǎng)法的土方量費用小于DTM法，但因外運土量較大，費用較高，造成前者比后者預(yù)算費用高出1 709.94元，費用增加率2.71%。以格田為平整單元計算土方時，方格網(wǎng)法的土方量和外運土均大于DTM法，致使前者比后者預(yù)算費用高出1 031.20元，費用增加率6.51%。

將條田劃分為格田進(jìn)行平整，2種方法均可以大大降低費用。2種方法中，DTM法更節(jié)省費用。

3結(jié)論與建議

通過對以上2種方法的對比分析，可得出如下結(jié)論：

（1）坡度為6°～15°時，采樣間距為20 m時，坡度為0°～2°、2°～6°時，采樣間距為5、10、20 m時，DTM法比方格網(wǎng)法計算的土方量更大，但挖填基本平衡，不需要進(jìn)行土方調(diào)配。其余情況，前者比后者計算的土方量更小。

（2）坡度為0°～2°時，2種方法計算的土方量和坡度為6°～15°時采用方格網(wǎng)法計算的土方量分布規(guī)律相同，采樣間距與土方量成反比，即采樣間距越小，土方量越大；坡度為2°～6°時，2種方法計算的土方量和坡度為6°～15°時采用DTM法計算的土方量分布規(guī)律相同，即土方量由大到小依次是采樣間距20 m、采樣間距5 m、采樣間距10 m。

（3）坡度為0°～2°時，2種方法計算精度由大到小依次是采樣間距10 m、采樣間距5 m、采樣間距20 m；坡度為2°～6°時，2種方法計算精度與采樣間距成反比，即計算精度由大到小依次是采樣間距5 m、采樣間距10 m、采樣間距20 m；坡度為6°～15°時，DTM法計算精度與采樣間距成正比，即計算精度由大到小依次是采樣間距20 m、采樣間距10 m、采樣間距5 m，方格網(wǎng)法計算精度由大到小依次是采樣間距10 m、采樣間距20 m、采樣間距5 m。DTM計算精度高于方格網(wǎng)法計算精度。

（4）預(yù)算費用。因DTM法挖填基本平衡，同一坡度，不同采樣間距的土方量及其預(yù)算費用分布規(guī)律相同。方格網(wǎng)法計算的土方量挖填差較大，只有坡度為6°～15°時，土方量及其預(yù)算費用分布規(guī)律相同。方格網(wǎng)法，坡度為0°～2°時，按預(yù)算費用由大到小排序為采樣間距10、5、20 m；坡度為2°～6°時，預(yù)算費用和采樣間距成反比，預(yù)算費用由大到小依次是采樣間距5 m、采樣間距10 m、采樣間距20 m。坡度6°～15°不同的采樣間距對應(yīng)的費用相差不大。大部分田塊方格網(wǎng)法預(yù)算費用均高于DTM法，DTM法可節(jié)省投資。

（5）坡度為6°～15°時，以條田為平整單元計算的田塊挖填深度較大，勢必會增加不小的費用，且不符合施工實際。將條田劃分為格田，以格田為平整單元計算，土方量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于按條田計算的結(jié)果，預(yù)算費用大大降低，挖填深度也控制在合理的范圍內(nèi)。不同的平整單元，方格網(wǎng)法計算的土方量和外運土均大于DTM法，致使前者比后者預(yù)算費用高。平整單元越小，計算的土方量越準(zhǔn)確，且可以大大減少費用。

（6）方格網(wǎng)法更適合坡度0°～2°即平緩坡地土方量計算，DTM法計算的土方量基本挖填平衡，不需要進(jìn)行土方調(diào)配，適合土源不豐富的地方，方格網(wǎng)法計算的挖填方量基本不平衡，若挖、填方量較大，需考慮外運土進(jìn)行土方調(diào)配。

（7）采樣間距和土方量計算精度之間并無明顯的關(guān)系，土方量計算精度和測量圖上的高程點間距有關(guān)，若高程點間距和采樣間距相近，則計算精度將有所提高。若二者差別太大，則精度將下降。在進(jìn)行土方量計算方案比選時，建議選精度相對高的方案，若2種方案精度相差不大，再進(jìn)行預(yù)算費用分析，從而確定最優(yōu)方案。

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