貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局101地質(zhì)大隊(duì) 鐘 達(dá)

MAPGIS軟件在工程量測(cè)算中的應(yīng)用與探討

貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局101地質(zhì)大隊(duì) 鐘 達(dá)

工程建設(shè)中需要測(cè)算工程量的項(xiàng)目很多，從勘察設(shè)計(jì)到施工期間由于地質(zhì)、施工 、設(shè)計(jì)變更等原因，施工區(qū)內(nèi)的地形地貌變化很頻繁，因此，不僅在勘察設(shè)計(jì)階段要測(cè)量工程量，在施工前、施工過(guò)程中、竣工等階段為控制工程進(jìn)度、預(yù)算分項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、最后結(jié)算等都需要多次測(cè)算工程量。比較常見(jiàn)的幾種計(jì)算土方工程量的方法有斷面法、三角網(wǎng)法（TIN）、方格網(wǎng)法（GRD）、等高線法等。在此介紹MAPGIS空間分析模塊提供的兩種計(jì)算法：不規(guī)則三角網(wǎng)法、規(guī)則方格網(wǎng)法。

一、不規(guī)則三角網(wǎng)法（TIN）

不規(guī)則三角網(wǎng)是數(shù)字地面模型DTM表現(xiàn)形式之一，該法利用實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)構(gòu)造三角網(wǎng)，對(duì)計(jì)算區(qū)域按三棱柱法計(jì)算土石方工程量。基于不規(guī)則三角網(wǎng)建模是直接利用野外實(shí)測(cè)的地形特征點(diǎn)(離散點(diǎn))構(gòu)造出鄰接的三角形，組成不規(guī)則三角網(wǎng)結(jié)構(gòu)。相對(duì)于規(guī)則格網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于三角網(wǎng)中的點(diǎn)和線的分布密度和結(jié)構(gòu)完全可以與地表的特征相協(xié)調(diào)，因此可以直接利用原始資料作為網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)；不改變?cè)紨?shù)據(jù)和精度；能夠插入地性線以保存原有關(guān)鍵的地形特征，以及能很好地適應(yīng)復(fù)雜、不規(guī)則地形，從而將地表的特征表現(xiàn)得淋漓盡致。因此在利用TIN計(jì)算土方量時(shí)其成果精度較其他方法高。其缺點(diǎn)是對(duì)不規(guī)則的竣工面進(jìn)行計(jì)算時(shí)過(guò)程復(fù)雜，有時(shí)甚至不能夠進(jìn)行。

二、規(guī)則方格網(wǎng)法（GRD）

對(duì)于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場(chǎng)地適宜用方格網(wǎng)法。即將場(chǎng)地劃分成若干個(gè)正方形格網(wǎng)，每個(gè)格網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的高程利用該結(jié)點(diǎn)附近高程點(diǎn)通過(guò)一定算法求得，然后計(jì)算每個(gè)四棱柱的體積，從而將所有四棱柱的體積匯總得到總的土方量。MAPGIS規(guī)則方格網(wǎng)法是以原始實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)構(gòu)造方格網(wǎng)GRD1，以竣工后的實(shí)測(cè)地形碎部點(diǎn)、特征點(diǎn)構(gòu)造方格網(wǎng)GRD2，再對(duì)竣工前后兩個(gè)方格網(wǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算得到方格網(wǎng)GRD3（GRD3=GRD1-GRD2），然后對(duì)方格網(wǎng)GRD3進(jìn)行各個(gè)區(qū)域的填挖方計(jì)算（注：此時(shí)計(jì)算標(biāo)高均為0）。MAPGIS軟件中規(guī)則方格網(wǎng)（GRD）模型的建立有四種方法：距離冪函數(shù)反比加權(quán)法、Kring泛克立格法、稠密數(shù)據(jù)中值選取法、稠密數(shù)據(jù)高斯距離權(quán)法，選擇不同的方法其計(jì)算成果精度不一樣，下面以一實(shí)例進(jìn)行分析。

三、工程應(yīng)用

工程項(xiàng)目位于貴州省黔東南地區(qū)，屬山地Ⅲ類地形，地形較復(fù)雜（圖1），設(shè)計(jì)臺(tái)段復(fù)雜，存在不規(guī)則曲面，要求計(jì)算挖方量與填方量以確定各臺(tái)段標(biāo)高使得挖、填方量基本持平。每調(diào)整一次標(biāo)高，就得對(duì)整個(gè)工程量進(jìn)行計(jì)算，顯然在此用不規(guī)則三角網(wǎng)法（TIN）進(jìn)行計(jì)算，工作量很大，因此我們采用規(guī)則方格網(wǎng)法（GRD）進(jìn)行計(jì)算。為了選擇精度較高的方格網(wǎng)計(jì)算方法，我們建立了不規(guī)則三角網(wǎng)高程模型（TIN）和四種建模方式下的規(guī)則方格網(wǎng)高程模型（GRD），以一個(gè)水平開(kāi)挖面分別計(jì)算工程量并進(jìn)行比較，計(jì)算范圍為整個(gè)圖形范圍（37 500m2），計(jì)算面為水平面，標(biāo)高為928.0m，計(jì)算網(wǎng)格間距為2.0m，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各種方法計(jì)算工程量成果對(duì)照

不規(guī)則三角網(wǎng)法是被普遍認(rèn)為精度較高的計(jì)算方法，在此以其計(jì)算結(jié)果作為基準(zhǔn)進(jìn)行比較。分析表1數(shù)據(jù)可以得出：稠密數(shù)據(jù)高斯距離權(quán)法、稠密數(shù)據(jù)中值選取法構(gòu)建的高程模型計(jì)算結(jié)果完全不能滿足工程需要，距離冪函數(shù)反比加權(quán)法、Kring泛克立格法構(gòu)建的高程模型計(jì)算結(jié)果能滿足工程需要，Kring泛克立格法計(jì)算結(jié)果更接近不規(guī)則三角網(wǎng)法計(jì)算結(jié)果。因此我們選擇Kring泛克立格法作為這個(gè)項(xiàng)目的工程量計(jì)算方法。實(shí)踐證明按Kring泛克立格規(guī)則網(wǎng)高程模型確定的方案，扣除松散系數(shù)的誤差，竣工填、挖方量基本持平。

四、結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)以上幾種土方量計(jì)算方法的比較分析，我們可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：一般情況下計(jì)算工程量盡量采用不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）的計(jì)算方法；在采用規(guī)則方格網(wǎng)（GRD）計(jì)算工程量時(shí)，最好采用Kring泛克立格法。總之，在對(duì)土石方工程量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要考慮到地形特征、精度要求以及計(jì)算成本等方面的情況，選擇合適的計(jì)算方法，達(dá)到測(cè)算精確的目的。