王勇++張霞

摘 要：土地平整工程是土地整理項(xiàng)目的核心，也是項(xiàng)目審查、資金審批的重點(diǎn)，快速準(zhǔn)確地計(jì)算土方量對(duì)工程項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)、控制總投資及做好工程預(yù)算管理具有重要意義。計(jì)算土方量的方法不同，則計(jì)算的結(jié)果就會(huì)有區(qū)別，因此，根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇不同的計(jì)算方法是非常有必要的。本文就方格網(wǎng)法、散點(diǎn)法、斷面法等計(jì)算土方量的方法進(jìn)行比較，并分析各寸計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：土方量；方格網(wǎng)法；斷面法；精度

一、前言

土地平整是建設(shè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)農(nóng)田必不可少的重要措施。土地平整對(duì)合理灌排、節(jié)約用水、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、發(fā)揮機(jī)械作業(yè)效率，以及改良土壤、保水、保土、保肥等方面，都有重要的作用。土地平整作為土地開(kāi)發(fā)整理的重要內(nèi)容，項(xiàng)目前期如何準(zhǔn)確地估算項(xiàng)目土方量，對(duì)于開(kāi)展項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)和資金分配具有重要意義。土地平整中土方量計(jì)算方法主要有方格網(wǎng)法、橫斷面法、散點(diǎn)法和其它方法（調(diào)查法，實(shí)物工程量法，水庫(kù)積分法）。本文結(jié)合土地平整工程中常用土方量計(jì)算方法及使用范圍、具體計(jì)算步驟進(jìn)行探討。

二、土方量計(jì)算的常用方法

土方量計(jì)算的方法有很多種。最基本的計(jì)算方法有方格網(wǎng)法、斷面法、等高線法及基于數(shù)字地面模型（DTM）法等。現(xiàn)在普遍使用的測(cè)繪軟件如南方公司的CASS ，瑞得公司的 RDMS ，清華三維公司的 EPSW系統(tǒng)等都有土方量計(jì)算功能。運(yùn)用相關(guān)的計(jì)算軟件來(lái)計(jì)算土方量有精度高、速度快，效率高等特點(diǎn)。但其運(yùn)算的原理，與傳統(tǒng)計(jì)算方法并無(wú)實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，且必須有精度較高的地形圖或采集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。

（一）方格網(wǎng)法

方格網(wǎng)法是土方量計(jì)算的最基本的方法之一，簡(jiǎn)便直觀，易于操作，在實(shí)際工作中應(yīng)用非常廣泛。其計(jì)算填挖方量的基本原理是：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)標(biāo)高，將方格的四個(gè)角上的高程相加（如果角上沒(méi)有高程點(diǎn)，通過(guò)周?chē)叱厅c(diǎn)內(nèi)插得出其高程），取平均值與設(shè)計(jì)高程相減。然后通過(guò)指定的方格邊長(zhǎng)得到每個(gè)方格的面積，再用長(zhǎng)方體的體積計(jì)算公式得到填挖方量，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。因此，用這種方法算出來(lái)的土石方量與用其它方法得出的結(jié)果會(huì)有較大的差異，一般說(shuō)來(lái)，這種方法得出的結(jié)果精度不太高，這是由于這種方法"先天不足"-- 算法的局限性，但是方格網(wǎng)法簡(jiǎn)便直觀，加上土方的計(jì)算本身對(duì)精度要求不是很高，因此這一方法在實(shí)際工作中還是非常實(shí)用的。用方格網(wǎng)法算土方量，設(shè)計(jì)面可以是水平的，也可以是傾斜的。方格網(wǎng)法常用于土地平整，塘、河填挖土方計(jì)算。

（二） 斷面法

斷面法土方量計(jì)算是計(jì)算出兩個(gè)相鄰橫斷面的面積，根據(jù)它們之間的間距求得體積。斷面法土方量計(jì)算主要用在道路土方計(jì)算和區(qū)域土方計(jì)算。即道路斷面法土方計(jì)算和場(chǎng)地?cái)嗝娣ㄍ练接?jì)算。

（三）等高線法

等高線法計(jì)算土方量是計(jì)算任意兩條等高線之間的土方量，但所選等高線必須閉合。由于兩條等高線所圍面積可求，兩等高線之間的高差已知，可求出這兩條等高線之間的土方量。等高線法適用于將白紙圖掃描矢量化后可以得到圖形。但這樣的圖都沒(méi)有高程數(shù)據(jù)文件，所以無(wú)法用前面的幾種方法計(jì)算土方量。一般是對(duì)精度要求不高的情況下，對(duì)工程進(jìn)行概算時(shí)使用。

（四）數(shù)字地面模型（DTM）法

數(shù)字地面模型（DTM），是在一定區(qū)域范圍內(nèi)規(guī)格格網(wǎng)點(diǎn)或三角網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（x，y）和其地物性質(zhì)的數(shù)據(jù)集合，如果此地物性質(zhì)是該點(diǎn)的高程Z，則此數(shù)字地面模型又稱(chēng)為數(shù)字高程模型（DEM）。這個(gè)數(shù)據(jù)集合是從微分角度三維的描述該區(qū)域地形地貌的空間分布。

由DTM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DTM 法土方計(jì)算共有兩種方法，一種是進(jìn)行完全計(jì)算，一種是依照?qǐng)D上的三角網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算。DTM法常用在礦場(chǎng)開(kāi)采等山地土方量計(jì)算。DTM法是計(jì)算機(jī)測(cè)繪軟件計(jì)算土方量的主要方法，精度高，計(jì)算方便。

（五）散點(diǎn)法

散點(diǎn)法又稱(chēng)為算術(shù)平均法，原理簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，適用于雖有起伏但變化比較均勻、不太復(fù)雜的地形，該方法的特點(diǎn)是測(cè)量不受限制，可以根據(jù)地形情況布置測(cè)點(diǎn)。根據(jù)地形情況布置測(cè)量點(diǎn)，考慮到計(jì)算的精確程度，應(yīng)在田面四角四邊、最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、次高點(diǎn)、次低點(diǎn)以及一切能代表不同高程的各個(gè)位置上都均勻布置測(cè)點(diǎn)，將測(cè)點(diǎn)高程求算術(shù)平均值 Ha。

將各實(shí)測(cè)點(diǎn)高程與平均高程 Ha相比較，大于平均高程的為挖方，小于平均高程的為填方，等于平均高程的表示不挖不填，算出各點(diǎn)高程與平均高程的差值，將其中的正值求平均，可算出平均挖深 hc，負(fù)值求平均即為平均填高 hf。

在平整單元無(wú)土方進(jìn)出的條件下，根據(jù)挖填平衡，平均值 Ha 即為地面設(shè)計(jì)高程.挖填方面積及相應(yīng)的挖填方量用方程表示為：

挖方面積 ，填方面積 ，挖填方量 Vc=Vf=（Sa-S0）hfhc（hf+hc）；

式中：Sc——為挖方面積；Sf——為填方面積；S0——為不填不挖面積；Vc——為挖方量；Vf——為填方量；Sa——為土地平整總面積。

三、精度分析比較

現(xiàn)在普遍運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算土方量，計(jì)算時(shí)一般根據(jù)高程點(diǎn)文件或者圖面數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。土方量的精度主要取決于采集數(shù)據(jù)的精度（地形圖的精度）和數(shù)據(jù)采集的密度。在采集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意地貌特征點(diǎn)，地形變換點(diǎn)，坎上與坎下，坡腳與坡頂。高程點(diǎn)分布要均勻，對(duì)高程不足的地方必須根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)注高程。

方格網(wǎng)法的精度取決于數(shù)據(jù)采集的密度大小，同時(shí)和方格網(wǎng)的大小有關(guān)。方格網(wǎng)越小，精度越高。使用計(jì)算機(jī)軟件時(shí)可以將網(wǎng)格大小設(shè)為10×10或5×5。

斷面法土方量計(jì)算要注意橫斷面數(shù)據(jù)選擇和計(jì)算，對(duì)地形起伏較大的地方要增加斷面數(shù)。

等高線法計(jì)算土方量的精度主要是由矢量化后可以得到圖形的精度決定。一般此方法求得的精度較差，僅做工程概算時(shí)使用。

DTM 法的精度在于地形特征點(diǎn)必須采集到。使用DTM法計(jì)算時(shí)要先根據(jù)采集的高程數(shù)據(jù)文件建立三角網(wǎng)，對(duì)已經(jīng)生成的三角網(wǎng)進(jìn)行必要的添加和刪除。

綜合上述幾種方法，從理論分析和實(shí)際工作檢驗(yàn)可知，方格網(wǎng)法計(jì)算土方簡(jiǎn)便直觀，易于操作但得出的結(jié)果精度不太高。DTM法計(jì)算土方量精度較高，運(yùn)用也較廣泛。

四、結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，不同的方法計(jì)算的同一場(chǎng)地土方量數(shù)量相差較大，所以，不同的方法計(jì)算的精度不同，適用的范圍也不同。從上述分析可知對(duì)平坦地區(qū)宜用方格網(wǎng)法計(jì)算，對(duì)起伏大的山地宜用DTM法計(jì)算。對(duì)帶狀地形宜用斷面法計(jì)算。對(duì)要求較高的工程應(yīng)使用兩種以上方法計(jì)算，土方量數(shù)量計(jì)算相差較大時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析其中原因，調(diào)整計(jì)算方案。以上是本人在工作實(shí)踐中對(duì)土方測(cè)量的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，期望對(duì)測(cè)繪測(cè)量工作有所幫助，在實(shí)際工作中能根據(jù)地形情況選擇更加合理的計(jì)算方法來(lái)計(jì)算土方方量，提高土方量計(jì)算精度，盡量減少由土方計(jì)算帶來(lái)的各種損失，更好的為社會(huì)服務(wù)，也為我們測(cè)繪行業(yè)能有更好的明天而努力。

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