高精度土方工程量计算及其软件开发.doc

PAGE  PAGE 10 高精度土方工程量计算及其软件开发 刘仁钊1，吕永洪2 （湖北国土资源职业学院，湖北 武汉，430090；杭州阵列科技有限公司，浙江 杭州，310000） 摘要：土方工程是各项工程建设前期工作的主要项目之一，其主要目的是通过填挖土方使平整地块的平面位置和高程满足设计要求。由于受原始地形复杂多样、外业数据采集方法、以及土方计算模型等因素影响，要得到精确的土方计算结果很困难。本文首先评述了各类土方计算原理和方法，分析了土方计算中存在的问题和当前土方计算软件存在的不足，然后提出了高精度土方计算的各类措施和方法，并介绍了作者以此为基础开发的高精度专业土方计算软件HTCAD。 关键词：土方计算，方格网法，TIN法，土方精度，软件HTCAD 0.引言 各项工程建设中，土方工程是工程建设前期工作的一项重要工作内容，其主要目的是通过填挖场区土方使平整地块的平面位置和高程满足设计要求。土方工程量的大小，不仅直接影响投资方的资金投入，同时也影响到工程建设进度和工期。由于受原始地形复杂多样、外业数据采集方法、以及土方计算模型等因素影响，导致土方工程量的不精确性，容量引起业主和施工方之间的经济纠纷，出现通过虚报土方工程量套取国家建设项目资金等经济问题。在国土行业土地整治中，土方工程量在整个工程量中占有比例高达40%，土方工程量占用资金往往是重点审计内容。因此，土方工程量计算是一项涉及到项目各方利益的工作，高精度土方量的确定是项目各方的共同要求，因而研究提高土方量的计算方法是非常必要的。 本文对工程土方量计算中常用的断面法、方格网法、等高线法及基于数字高程模型的不规则三角网（TIN）法的基本原理、方法和优缺点进行比较分析，重点探讨了当前土方计算软件存在的不足，提出了高精度土方计算的各类措施和方法，并以此介绍了作者开发的专业土方计算软件HTCAD。 1.土方计算原理 土方计算的目的主要是计算同一场地土方工程施工前后的填、挖方量，实际上就是计算移动土体的体积。根据不同情况，土方计算可选用不同的方法。常用的土方计算方??有方格网法、断面法、等高线法及基于DEM的计算法等方法。 1.1 断面法 断面计算法，又称为截面法。断面法的工作原理是在线状工程建设中，以线状工程中桩线为基准，按一定的间距沿垂直中线方向划分为若干个相互平行的横截面，量出各横断面之间的距离，按照设计高程与地面线所组成的断面图，计算每条断面线所围成的填、挖面积，再由两端横断面的平均填、挖面积乘以两端横断面之间的距离，求出每相邻两断面间的填、挖体积；最后将各相邻断面的填、挖体积加起来，求出填、挖总体积，这种方法称为断面法。如下图1所示。 当相邻两断面均为填方或挖方，且面积大小相近时，其体积计算通常采用平均断面法，即将相邻两断面的挖方或填方面积取平均值，乘以两断面间距求得体积。公式如下： （1） 式中：V—相邻两横断面间填方或挖方，F1、F2—相邻两横段面的挖方或填方面积，d—两相邻断面间距，一般根据需要选取。 当相邻两断面均为填方或挖方，而面积相差较大时，其体积计算通常采用棱台计算公式： （2） 式中： 图1断面线与断面图 图2 等高线及山体水平投影图 1.2 等高线法 等高线法就是将相邻两等高线截面间的形体看作是几何台体，如图2。根据几何台体公式计算其体积，最后把所有相邻台体体积相加，得到总体积。利用现成的绘有等高线的地形图，计算相邻两等高线所围的面积，然后乘以等高距求得台体体积。当两相邻等高线形状相近，且面积大小相差不大时，可采取平均值的计算方法求取台体体积。计算公式如下 （3） 式中：V—相邻两等高线截面间填方或挖方，F1、F2—相邻两闭合等高线所围面积，h—等高距，一般根据地形测图比例尺要求确定。 当相邻两等高线所围的面积相差较大时，其体积计算通常采用截锥公式： （4） 截锥公式理论严谨，工程中常被使用。 1.3 方格网法 方格网法是根据场地情况和土方计算精度要求，将其划分为边长5—50m的正方形 HYPERLINK /search?word=%E6%96%B9%E6%A0%BC%E7%BD%91fr=qb_search_expie=utf8 \t _blank 方格网，然后通过测量手段测量或通过周围高程点内插得出每个方格四个角点的标高，再根据四个角点的 HYPERLINK /search?word=%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A0%87%E9%AB%98fr=qb_search_expie=utf8 \t _blank 设计标高计算出 HYPE