摘要：工程土方在土地交通道路、開發(fā)整理、水電水利等建設(shè)項(xiàng)目中占有較大比重，且工程土方的測(cè)量方法和計(jì)算精準(zhǔn)度對(duì)項(xiàng)目工程的費(fèi)用和進(jìn)度影響很大，所以土方的精準(zhǔn)計(jì)算在土方工程中具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)斷面法、方格網(wǎng)法和基于數(shù)字地面高程模型法這三種方法的比較分析，采用系統(tǒng)思想建立工程土方系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工程間的土方計(jì)算的優(yōu)化方案，極大限度抑制總投資。

　　關(guān)鍵詞：土方測(cè)量,土方計(jì)算方法,優(yōu)化調(diào)配

　　引言

　　土方工程是土木工程建設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，土方工程計(jì)算是土木工程造價(jià)的重要組成部分之一。由于涉及到工程建設(shè)方和施工方的直接經(jīng)濟(jì)利益，并且實(shí)際工程中土方計(jì)算較為復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)被工程雙方質(zhì)疑，如何規(guī)范化土方工程計(jì)算被視為當(dāng)今土木工程界的一大難題。

　　由于施工場(chǎng)地復(fù)雜性和地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大型土方工程施工時(shí)很多時(shí)候需要按照總體場(chǎng)平設(shè)計(jì)思路結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際而作出局部方案調(diào)整從而達(dá)到因地制宜節(jié)約經(jīng)費(fèi)方便施工的效果。所以大型土方工程計(jì)算普遍采用的方法是首先對(duì)土方施工的規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行原始地形測(cè)量和地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察，地面土方工程完成后，再對(duì)變化區(qū)域進(jìn)行施工后地形測(cè)量。根據(jù)不同時(shí)期的地形測(cè)量資料和工程地質(zhì)勘察資料利用計(jì)算機(jī)輔助生成DEM數(shù)字高程模型或人工分析高程模型來(lái)分塊解算土方的變化體積量，最后匯總成果。

　　一、土方測(cè)量及計(jì)算方法

　　土方測(cè)量計(jì)算就是確定同一地塊在填或挖前后的工程土方量,實(shí)際上就是計(jì)算原地表與設(shè)計(jì)地表之間的體積,土方的測(cè)量和計(jì)算因地形、工程、精度要求不同而有多種方法。目前比較常用的方法有方格網(wǎng)法、斷面法及基于數(shù)字高程模型(DEM)法三種方法。每種方法的測(cè)量過(guò)程和計(jì)算原理不同,適用的場(chǎng)合及其精度也不盡相同。

　　1.方格網(wǎng)法

　　將地塊劃分成相同大小的若干四方網(wǎng)格，計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的深度。測(cè)量每個(gè)四方網(wǎng)格的地面高程，計(jì)算挖填量。常規(guī)手工計(jì)算一般分為以下四步：1、繪方格網(wǎng)，方格網(wǎng)的大小取決于地形的復(fù)雜以及測(cè)點(diǎn)的密集、土方計(jì)算的精度要求情況，1：500的地形圖一般取10-20m;2、計(jì)算各頂點(diǎn)的地面高程，求4個(gè)頂點(diǎn)的高程的平均值，計(jì)為該方格的高程;3、根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高計(jì)算每格填挖高度;4、計(jì)算每格填挖土方量，分別統(tǒng)計(jì)填方與挖方的總量。

　　2.斷面法

　　地面線將斷面劃分成多個(gè)區(qū)域，將體積計(jì)算三維問(wèn)題簡(jiǎn)單處理成沿溝渠深度變化的二維問(wèn)題。在處理斷面挖填方時(shí)，地面線以上區(qū)域?yàn)樘罘絽^(qū)，地面線以下區(qū)域?yàn)橥诜絽^(qū)，經(jīng)過(guò)修整后的地面線與斷面構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)多邊形，可能分布不集中，位置不相同。因此這個(gè)多邊形面積可以轉(zhuǎn)換成多個(gè)梯形或三角形面積總和。常用的計(jì)算斷面挖填方面積方法是:求積儀法、積據(jù)法以及計(jì)算機(jī)法。求積儀法是使用小方格紙繪出斷面圖，采用斷面法在計(jì)算機(jī)相鄰斷面分為全填斷面和全挖斷面時(shí)，用求積儀測(cè)量出挖填方區(qū)域面積，其誤差比較大。計(jì)算機(jī)法主要是利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件繪制斷面圖，利用軟件自身計(jì)算功能對(duì)挖填區(qū)域面積進(jìn)行計(jì)算。斷面法提出不同改進(jìn)方法，但是在挖填方體積處理方式上，從未解決斷面法固有的缺陷問(wèn)題。

　　3.基于數(shù)字地面高程模型法

　　數(shù)字地面高程模型是用一組地面點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程描述地表形狀的一種方式,具有形象、直觀、精確等特點(diǎn),在生產(chǎn)中有廣泛的使用價(jià)值。DEM不僅應(yīng)用于各種工程規(guī)模和地形分析,而且也被用于土方工程量的計(jì)算。

　　由DEM模型來(lái)計(jì)算土方量是根據(jù)實(shí)地測(cè)定的地面點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y,Z)和設(shè)計(jì)高程,通過(guò)生成三角網(wǎng)來(lái)計(jì)算每一個(gè)三棱錐的填挖方量,最后累計(jì)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。如果將DEM視為空間的曲面,填挖前后的兩個(gè)DEM即為兩個(gè)空間曲面,那么計(jì)算機(jī)便可以自動(dòng)計(jì)算兩個(gè)曲面的交線,也可以用一個(gè)鉛垂面同時(shí)對(duì)兩個(gè)曲面任意切割,并計(jì)算夾在兩個(gè)切割下來(lái)的曲面間的空間的體積,實(shí)際上就是土方計(jì)算的填挖交界線、填方量和挖方量。

　　二、土方工程計(jì)算的分析與探討

　　在大型土方工程計(jì)算過(guò)程中必須要專業(yè)技術(shù)人員的人工干預(yù)主要表現(xiàn)在以下幾方面：

　　1.對(duì)測(cè)繪的數(shù)字化地形圖人工判讀并增加高程點(diǎn)測(cè)繪

　　因?yàn)橛袝r(shí)對(duì)一個(gè)均勻坡度地形的圖面定義并不需要太密的高程點(diǎn)而是用邊界高程點(diǎn)組成的地性線構(gòu)成的面來(lái)表示，所以為了避免計(jì)算機(jī)軟件對(duì)高程點(diǎn)的錯(cuò)誤內(nèi)插，通常需要專業(yè)人員在通過(guò)對(duì)地形圖充分的判讀基礎(chǔ)上(必要時(shí)現(xiàn)場(chǎng)判讀，增加高程點(diǎn)測(cè)繪)，對(duì)地性線上的高程點(diǎn)進(jìn)行人工內(nèi)插加密，內(nèi)插密度以間隔的兩倍為好。實(shí)驗(yàn)表明密度再加大一倍，數(shù)據(jù)量會(huì)增加一倍，而計(jì)算結(jié)果的精度提高卻很少。均勻坡度面中則不須要人工的內(nèi)插增加高程點(diǎn)。

　　2.填挖動(dòng)土區(qū)域邊界線的確定

　　填挖動(dòng)土區(qū)域邊界需要專業(yè)測(cè)繪人員根據(jù)開挖前后的地形圖對(duì)照后確定。大型土方工程往往是零散開挖集中填方，所以涉及施工區(qū)域大而雜，動(dòng)土范圍的人工準(zhǔn)確確定有助于減少不必要的數(shù)據(jù)處理量。

　　3.數(shù)據(jù)檢查

　　不論是原始高程數(shù)據(jù)還是計(jì)算過(guò)程中的方格高程體積數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)，都要經(jīng)過(guò)人工干預(yù)層層復(fù)查。當(dāng)然并不是要人的再計(jì)算一遍，而是通過(guò)某些方法通過(guò)人工的判讀來(lái)檢核各步驟成果的正確性。比如可以通過(guò)圖面填挖區(qū)域顏色的區(qū)分看填挖區(qū)域是否連續(xù)、有無(wú)不正常的跳躍高程點(diǎn)或間斷高程點(diǎn)來(lái)判斷此位置是否有數(shù)據(jù)或計(jì)算錯(cuò)誤。在數(shù)據(jù)檢核時(shí)首先要把握高程數(shù)據(jù)源頭外業(yè)采集數(shù)據(jù)，盡量先剔除或改正外業(yè)采集中的錯(cuò)誤造成高程錯(cuò)誤的數(shù)據(jù);其次計(jì)算過(guò)程中對(duì)提取的數(shù)據(jù)排序后一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的檢查也是必須的;最后就是成果數(shù)據(jù)的檢查。

　　三、土方優(yōu)化調(diào)配

　　1.土方調(diào)配思路和原則

　　土方的調(diào)配是在土方工程填方和挖方的轉(zhuǎn)移和配置關(guān)系。進(jìn)行土方調(diào)配的目的：減少工程項(xiàng)目由于堆放或棄方對(duì)耕地的破壞和占?jí)阂约皩?duì)周圍環(huán)境造成負(fù)面影響。

　　2.土方優(yōu)化調(diào)配系統(tǒng)全面的建立

　　土方優(yōu)化調(diào)配系統(tǒng)是一整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目為系統(tǒng)，在各工程之間進(jìn)行土方聯(lián)合調(diào)配。子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況劃分，建設(shè)相鄰溝、路時(shí)，溝渠修筑多為挖方，田間道路的修筑多為填方，溝渠的修筑往往與相鄰田間道的修筑同步實(shí)施，可將挖方填筑到填方區(qū)，自然相鄰的溝渠路便成了土方調(diào)配的子系統(tǒng)。

　　四、小結(jié)

　　方格網(wǎng)法、斷面法、DEM法是土木工程中三種常用的土方測(cè)量計(jì)算方法，具體選擇哪種方法必須根據(jù)具體的地形特點(diǎn)、精準(zhǔn)度要求確定。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王華鋒. 數(shù)字模型土方計(jì)算方法的應(yīng)用技巧[J]. 礦業(yè)工程,2010,05.

　　[2]于洋洋,張娟.土地整理項(xiàng)目中溝渠土方量計(jì)算方法研究及應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2007,09.

　　[3]李宏奎,張海亮,樊杰王. 淺談土方工程量計(jì)算方法的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù),2010,S1.

　　[4]馬占林,李積蘭,余筱蓉.土方量計(jì)算方法比較[J].地礦測(cè)繪,2010,05.