关于土方的几种计算方法

关于土方的几种计算方法摘要：本文介绍了地形地籍成图软件Cass7.0的土方计算方法：方格网法与DTM法，并就如果更好的使用这些计算方法以及使用上的关键性问题进行了阐述。关键词：土方计算；方格网法；DTM法。1引言土方工程虽然在整个工程项目造价中所占比例较小，但因其特殊性在方量的计算与造价的控制上有一定的难度，引起的纠纷较多，如何更加客观、准确地计算土方量，减少或避免土方工程的争议，值得我们进行认真的探讨。决定土方量计算精度的因素有很多，其中计算方法是至关重要的一环。南方数码科技有限公司研发的地形地籍成图软件Cass7.0是目前市面上较常见的一套测量软件，其中所包含的土方计算方法如方格网法、DTM法、等高线法等为大家所普遍使用，它不仅上手容易，内业操作简便，而且计算结果准确性良好，可信度较高，为广大使用者所认可。本文在对常用的方格网法、DTM法作介绍的基础上，提出一些使用过程中应当注意的关键性问题，以期提高土方计算的精度。2计算方法2.1方格网法Cass7.0软件中的方格网法，需要提供计算区域的“高程点坐标数据文件”作为计算的依据，其具体计算操作如下：首先是导入“高程点坐标数据文件”，然后选择设计面：（1）当设计面为平面时，需要输入“目标高程”，在“方格宽度”一项中输入你需要设置的方格网规格，例如输入20米则为采用20m×20m的方格网进行土方计算；（2）当设计面为斜面时，有“基准点”和“基准线”两种方法，其原理是相同的，只是计算条件不同而已。我们以“基准点”法为例，它需要确定斜面的“坡度”，然后是“基准点”，也就是坡顶点的“坐标”和“高程”，再者就是坡线的“下边点”的坐标了，也就是斜坡方向，最后再确定“方格宽度”即可计算出土方量。（3）当设计面非平面也非斜面时，这种情况在土方工程中比较常见，场地经开挖或回填后变的杂乱无章就属于这种情况，假如我们有场地前期的“高程点坐标数据文件”，那么我们则可以利用它生成“三角网文件”，然后在设计面选项中选择“三角网文件”，然后导入文件，最后再确定“方格宽度”即可计算出土方量。通过对Cass7.0软件中的方格网法的了解，我们不难看出其计算理论与传统的方格网法是一样的。只是在用户提供相关的计算条件，如设计面高程、坡度、方格宽度、三角网文件等计算条件之后，电脑自动在设计面及待计算场地平面设置相同的方格网，根据“高程点坐标数据文件”、设计面高程、坡度等内插出各方格网角点高程，然后对比相同平面位置上下两期的方格网，计算出该方格网的土方挖填数，最后统计出挖填总方量。2.2DTM法DTM法土方计算以外业所采集的测量数据为基础，通过建立DTM模型，然后通过生成三角网（即相邻的三个点连成互不重叠的三角形）来计算每一个三棱锥的挖填方量，最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量。Cass7.0的DTM土方计算方法共有三种，一是由坐标数据文件计算，二是依照图上高程点进行计算，第三是依照图上的三角网进行计算。前两种算法包含重新建立三角网的过程，第三种方法则是直接采用图上已有的三角网。（1）根据坐标数据计算：首先用闭合的复合线圈定所要计算土方的区域，然后用鼠标操作“工程应用\DTM法土方计算\根据坐标文件”，根据电脑提示在图上选取计算区域“边界线”，导入计算区域的坐标数据，这时会弹出土方计算参数设置对话框，填入“平场标高”和“边界采样间距”按确定即可得到土方计算结果。如果计算区域需要进行边坡的处理，那么还可以在参数设置里面进行“边坡设置”，平场高程高于地面高程则设置为向下放坡，反之，则为向上放坡。在计算结束后，电脑会在操作者指定的位置绘制一个“计算结果表格”。（2）根据图上高程点计算：此方法首先是按数据文件展绘高程点，然后用闭合的复合线圈定所要计算土方的区域，然后用鼠标操作“工程应用\DTM法土方计算\根据图上高程点”，根据电脑的提示进行后面的操作，操作与“根据坐标数据计算”相同。（3）根据图上的三角网计算：在计算区域先建立DTM模型，生成三角网，然后根据地形的实际情况，对既有的三角网进行必要的添加和删除，使结果更接近实际地形，最后用鼠标操作“工程应用\DTM法土方计算\根据图上三角网”，根据电脑的提示，输入平场标高，选取计算所需的所有三角形按回车键即得计算结果。（4）两期间土方计算两期间土方计算指的是对同一区域进行了两期测量，利用两次观测得到的高程数据建模后叠加，计算出该区域两期之中的土方变化情况，此方法比较适合两次观测时该区域都是不规则表面的情况。计算时，首先对计算区域前后两次的地形生成不同的三角网文件，然后用鼠标操作“工程应用\DTM法土方计算\计算两期间土方”，根据电脑的提示在“第一期三角网”导入前期的三角网文件，在“第二期三角网”导入后期的三角网文件，按回车键即得计算结果。3使用心得Cass7.0在土方计算方面给我们广大的测绘工作者提供了一个操作简便、计算快捷、准确度较高的平台，但如何才能更好的使用这个土方计算软件，让它为我们提供更好的服务呢？以下几点关键性的问题是必须要注意的。1．基础计算数据很重要。对于使用“高程点坐标数据文件”和“图上高程点”的计算来说，这点尤其重要。一是要对坐标数据的准确性和完整性进行确认，看数据文件内容与图面点位是否一致，是否满足计算区域的要求，因为对于缺少点位的区域，电脑会自动参考最近点的高程信息，尽管它离那点有“十万八千里”；另外由于电脑在识别点位时是以点位属性信息为准的，所以要对图上高程点的属性进行核准，一些地形图在经过拷贝、粘贴、插入等操作之后，会出现点位高程属性变化的情况，而这些属性的变化，并不会直接反映在图面上。2．计算方法的选择。“方格网法”和“DTM法”其计算原理是不同的，它们也有其各自的优缺点。在工作中，我们应根据计算区域的地形地貌实际情况对计算方法做出选择。由于“方格网法”将其方格均视为独立的规则平面，这与计算场地的实际地形是差别的，有其局限性，所以在实际生产中，为保证土方计算的准确性，“方格网法”多应用于场地较平坦的土方计算，而“DTM法”在点位密度满足的情况下，适用于各种类型的地貌。3．关于地形图。很多地形图的测绘，只是以表达地形为目的，不能直接用于土方计算，根据以往计算经验，直接使用一般地形图计算而得的土石方结果与真实值的差值可达20%~30%，有时会更大。所以在外业测量时，要抓住用于土石方计算这个目的，在采集数据时，密度较一般的地形图要有所提高，加强地貌（如坎上、坎下）数据的采集工作，使得高程数据对地形的表达更加完整。如果受条件限制，使用的是现有的地形图，那么一定要对地形图进行二次处理，主要是对地形变化区域的高程点位进行添加与删除。在完成处理之后保存结果，再进行坐标数据的提取和其他土方计算操作。4．关于复合线。用于圈定计算区域的复合线，一要注意闭合，二不可进行拟合处理，因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代，影响计算结果的精度。5．关于比例尺和方格宽度。不论是“方格网法”还是“DTM法”，都尽可能地使用大比例尺地形图，如1：200、1：500等，这对提高土方量的计算精度很有好处。另外在“方格网法”中，“方格宽度”的设置大小，对计算结果也会有影响，在计算中，建议使用5米或10米的小数值“方格宽度”。6．三角网的处理。在DTM法中由于三角网的连接是随机的，不排除有一些三角形的连接是不满足计算要求的，所以需要对生成的三角网进行处理，剔除不符合要求的三角形，然后顺应实际地形的变化对三角网进行手工连接，使得生成的模型更加符合地形实际情况。在连接完毕后注意进行“修改结果存盘”。7．检查工作很重要。检查工作对于工程质量的保证来说是至关重要的，土方计算工作也不例外。鉴于土方计算的繁琐性，使用手工检查不异于人工重新计算一遍，所以建议使用其他的计算方法，例如使用“方格网法”和“DTM法”来对计算结果进行互检，在一般情况下，不同方法的计算结果的误差在5%以内则认为计算结果精度良好，可供使用。4结束语随着时间的变迁，Cass软件也在不断地更新，而作为我们测绘人，总结过往工作经验，挖掘计算软件的潜力，提高自身技术，土方计算质量才有保证，土方工程中各方的利益才有保障。实践证明，在使用Cass7.0的方格网法与DTM法进行土方计算的时候，关注文中所提出的关键性问题能有效地提高土方计算的精度。一、读识方格网图方格网图由设计单位(一般在1：500的地形图上)将场地划分为边长a=10～40m的若干方格,与测量的纵横坐标相对应,在各方格角点规定的位置上标注角点的自然地面标高(H)和设计标高(Hn),如图1-3所示.二、场地平整土方计算考虑的因素：①满足生产工艺和运输的要求；②尽量利用地形，减少挖填方数量；③争取在场区内挖填平衡，降低运输费；④有一定泄水坡度，满足排水要求.⑤场地设计标高一般在设计文件上规定，如无规定：A.小型场地――挖填平衡法；B.大型场地――最佳平面设计法(用最小二乘法，使挖填平衡且总土方量最小)。1、初步标高(按挖填平衡)，也就是设计标高。如果已知设计标高，1.2步可跳过。场地初步标高：H0=(∑H1+2∑H2+3∑H3+4∑H4)/4MH1－－一个方格所仅有角点的标高；H2、H3、H4－－分别为两个、三个、四个方格共用角点的标高.M——方格个数.2、地设计标高的调整按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整.按泄水坡度调整各角点设计标高：①单向排水时，各方格角点设计标高为:Hn=H0±Li②双向排水时，各方格角点设计标高为：Hn=H0±Lxix±Lyiy3.计算场地各个角点的施工高度施工高度为角点设计地面标高与自然地面标高之差，是以角点设计标高为基准的挖方或填方的施工高度.各方格角点的施工高度按下式计算：式中hn------角点施工高度即填挖高度(以“+”为填，“-”为挖)，m；n------方格的角点编号(自然数列1，2，3，…，n).Hn------角点设计高程，H------角点原地面高程.4.计算“零点”位置，确定零线方格边线一端施工高程为“+”,若另一端为“-”,则沿其边线必然有一不挖不填的点，即“零点”(如图1-4所示).图1-4零点位置零点位置按下式计算：式中x1、x2——角点至零点的距离,m；h1、h2——相邻两角点的施工高度(均用绝对值),m；a—方格网的边长，m.5.计算方格土方工程量按方格底面积图形和表1-3所列计算公式，逐格计算每个方格内的挖方量或填方量.表1-3常用方格网点计算公式