陳峰

中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江 杭州 311122

在工程建設(shè)中，不管是工業(yè)屬性的建筑，還是民用屬性的建筑；不管是道路工程建設(shè)，還是其他工程建設(shè)，在具體的施工建設(shè)中都需要將自然性的地貌進(jìn)行調(diào)整，從而使得整理后的土地資源能夠滿足各個(gè)工程的建設(shè)需要。土方量計(jì)算是建筑工程設(shè)計(jì)的重要組成，這些工作的開(kāi)展關(guān)系到工程造價(jià)。因此，為了能夠提升建筑工程的建設(shè)質(zhì)量，需要提升土方量計(jì)算的精準(zhǔn)性、科學(xué)性，通過(guò)合理的土方調(diào)配來(lái)降低工程建設(shè)費(fèi)用消耗，加快工程的施工進(jìn)度。

1 場(chǎng)地平整程序

在具體實(shí)施操作的時(shí)候，場(chǎng)地平整是將需要施工處理的自然地面通過(guò)人工開(kāi)挖或者機(jī)械開(kāi)挖的方式來(lái)對(duì)其予以平整化處理。在整個(gè)建筑工程的總體承包施工中，三通一平施工由具體的施工單位發(fā)展，而場(chǎng)地平整化處理是三通一平工程施工的重要內(nèi)容。

在實(shí)施場(chǎng)地平整操作的時(shí)候需要施工人員能夠充分考慮整個(gè)工程建設(shè)的 總體規(guī)劃以及施工工藝的選擇，了解交通設(shè)施以及場(chǎng)地布置對(duì)場(chǎng)地平整處理的影響。在具體實(shí)施操作的時(shí)候要盡可能的保證土方挖填的平衡，及減少重復(fù)性挖運(yùn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。場(chǎng)地平整操作的一般性要求如下所示：第一，在平整場(chǎng)地之前需要提前做好一系列的地面排水工作，確保平整場(chǎng)地表面坡度能夠滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。如果土地的平整操作沒(méi)有具體的要求，需要將排水溝的方向設(shè)計(jì)為不小于0.2%的坡度。第二，在對(duì)場(chǎng)地平整處理之后需要逐個(gè)檢查各個(gè)設(shè)置點(diǎn)。一般情況下，每間隔100m2到400m2就會(huì)設(shè)置一個(gè)檢查點(diǎn)，所選取的檢查點(diǎn)數(shù)量不能夠低于十個(gè)。 平整后場(chǎng)地長(zhǎng)度、寬度、邊坡需要每間隔20m就取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)邊上的檢測(cè)點(diǎn)不能夠少于1個(gè)。第三，在組織場(chǎng)地平整測(cè)試之前還需要按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)定場(chǎng)地平面位置、水平標(biāo)準(zhǔn)高度、邊坡坡度是否滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于平面控制樁、水準(zhǔn)控制點(diǎn)要采取對(duì)應(yīng)的措施予以保護(hù)，并在定期做好二次檢測(cè)，不能夠?qū)⑼练皆O(shè)置在邊坡的邊緣。

場(chǎng)地平整處理是整個(gè)工程施工的重要項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目的具體施工操作流程如下所示：到建筑施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行場(chǎng)地勘查，并清除地面上的障礙物；標(biāo)定場(chǎng)地整平處理的范圍；設(shè)施對(duì)應(yīng)的水準(zhǔn)基點(diǎn)和方格網(wǎng)，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)高；計(jì)算出土方挖填工作量；平整土方；場(chǎng)地碾壓；驗(yàn)收管理。

在選擇好場(chǎng)地平整工程的基礎(chǔ)上，施工人員要達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位的場(chǎng)地勘查，了解施工地區(qū)的地形、地貌、土壤、水文等自然環(huán)境。并參考建筑施工總平圖的規(guī)劃來(lái)了解現(xiàn)場(chǎng)平整場(chǎng)地施工的大體范圍。在施工場(chǎng)地平整處理之前需要施工人員采取必要的措施清理平整范圍內(nèi)的障礙物，包含樹(shù)木、電線、電桿、管道和房屋。在做好清理工作后按照總施工圖紙要求的標(biāo)準(zhǔn)高，從水準(zhǔn)基點(diǎn)引進(jìn)基準(zhǔn)標(biāo)高來(lái)作為確定土方量的重要參考。

2 工程土方量的計(jì)算方法

土方量計(jì)算是工程建設(shè)發(fā)展中的重要內(nèi)容，在具體實(shí)施的時(shí)候會(huì)牽扯到多個(gè)方面的內(nèi)容，包含渠道設(shè)計(jì)、防洪堤誰(shuí)家、水庫(kù)壩堤設(shè)計(jì)。為了能夠保證以上工作的順利開(kāi)展，在施工的過(guò)程中需要精準(zhǔn)的計(jì)算出土方量數(shù)值。在工程施工中，常見(jiàn)的土方量計(jì)算方法如下所示：

2.1 方格網(wǎng)計(jì)算方法

方格網(wǎng)計(jì)算方法十分適合應(yīng)用在地形變化平穩(wěn)的工程中，在方格網(wǎng)計(jì)量方法的支持下能夠提升場(chǎng)地平整土方量計(jì)算的精準(zhǔn)性。方格網(wǎng)的計(jì)算方法如下所示：①在地形圖上繪制方格網(wǎng)，方格網(wǎng)的大小會(huì)隨著地形的變化而做出相應(yīng)的調(diào)整。一般情況下，地形圖的長(zhǎng)寬會(huì)設(shè)置成20 m×20 m或者40 m×40 m。②科學(xué)確定場(chǎng)地平整設(shè)計(jì)高程。水平面的設(shè)計(jì)高程和場(chǎng)地地面高程的平均數(shù)值是相等的，在具體實(shí)施操作的時(shí)候會(huì)根據(jù)方格頂點(diǎn)地面高程以及其在計(jì)算每個(gè)平均高程時(shí)用到的總次數(shù)計(jì)算平均數(shù)值。③計(jì)算出土方的填挖高度以及各個(gè)方格點(diǎn)填挖高度。即填、挖高度=地面高程-設(shè)計(jì)高程。④計(jì)算出填埋、開(kāi)挖土石方數(shù)量。在計(jì)算挖、填土石方量的時(shí)候可以根據(jù)角點(diǎn)、邊點(diǎn)、拐點(diǎn)、中心點(diǎn)的開(kāi)挖高度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。角點(diǎn)是挖方、填方高度x1/4方格面積。邊點(diǎn)是挖、填方高度x2/4的方格面積。拐點(diǎn)按照挖、填方高度x3/4方格面積進(jìn)行計(jì)算。中心點(diǎn)按照挖、填方高度x1方格面積進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算出所有方格填、挖土石方量數(shù)值之后，計(jì)算出填挖土石方量的總和。

2.2 等高線法

等高線法計(jì)算土方量是用來(lái)計(jì)算任意兩條等高線之間的土方量，但是在具體計(jì)算分析時(shí)所選擇的等高線需要始終處于閉合的狀態(tài)。在具體實(shí)施操作的時(shí)候由于兩條等高校面積是可以計(jì)算的，兩等高線之間的高度差是可以獲得的。在具體實(shí)施操作的時(shí)候，等高線法的工作內(nèi)容和操作步驟、操作方法是相似的，但是不同的是場(chǎng)地平均高程的計(jì)算。

一般情況下，場(chǎng)地平均高程計(jì)算方法如下所示：在地形圖上使用求積儀、其他面積測(cè)量方法會(huì)按照等高線來(lái)計(jì)算出場(chǎng)地包圍的面積，臨近等高線所圍起來(lái)的體積可以被看作是臺(tái)體，其體積是臨近等高線各自圍起面積和平均值和兩條等高線的高差，而后計(jì)算出全部臨近高線所圍起體積的總和，也就是場(chǎng)地內(nèi)最低等高線HO以上的總土方量。在計(jì)算好之后將場(chǎng)地平成一個(gè)水平面。

2.3 3DEM分析方法

DEM分析方法主要是通過(guò)數(shù)字形式的X、Y、Z坐標(biāo)來(lái)代表區(qū)域范圍內(nèi)的地貌形態(tài)，之后會(huì)通過(guò)縮微的形式來(lái)展現(xiàn)出地表形態(tài)的起伏變化。DEM分析方法具有直觀、生動(dòng)、精準(zhǔn)的特點(diǎn)，十分被適合應(yīng)用到土方工程量的計(jì)算中。基于DEM模型所設(shè)計(jì)出的土方量會(huì)根據(jù)實(shí)際測(cè)定地面點(diǎn)坐標(biāo)和設(shè)計(jì)高程來(lái)生產(chǎn)三角網(wǎng)，從而更為精準(zhǔn)的計(jì)算出每一個(gè)三棱錐的填挖方量，經(jīng)過(guò)累計(jì)分析之后獲得指定范圍內(nèi)填方、挖方土方量，最終打造出填挖分界線。在本質(zhì)上，DEM方法支持下的土方量是對(duì)原始地表和設(shè)計(jì)地表體積數(shù)值的一種精準(zhǔn)計(jì)算，通過(guò)在兩個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)打造出精準(zhǔn)的體系能夠更為精準(zhǔn)的計(jì)算出計(jì)算區(qū)的土方量。在具體計(jì)算的時(shí)候需要在指定的區(qū)域范圍內(nèi)打造出兩個(gè)DEM，一個(gè)是原始地表DEM，另外一個(gè)是設(shè)計(jì)地表DEM。根據(jù)兩個(gè)DEM差值就能夠計(jì)算出計(jì)算區(qū)的土方量。

假設(shè)原始地表DEM是DEMt，在同樣坐標(biāo)原點(diǎn)和格網(wǎng)分辨率條件作用下將同一個(gè)區(qū)域的DEMt和DEMd疊加處理，由此獲得一個(gè)新的DEM?！鱖（i，J）=Z（i，J）t-Z（i，j）d。在公式計(jì)算中，z（i，j）t代表是地表DEM格網(wǎng)點(diǎn)高程。Z（i，j）d代表的是設(shè)計(jì)DEM格網(wǎng)點(diǎn)的高程。對(duì)任何一個(gè)格網(wǎng)（i，j），假設(shè)△z（i，j）＞0，整個(gè)格網(wǎng)是挖方。假設(shè)△z（i，j）＜0，則是可以將格網(wǎng)設(shè)定為填方。

2.4 斷面分析方法

斷面法土方量計(jì)算方式能夠求出兩個(gè)臨近橫斷面的面積，在具體實(shí)施操作的時(shí)候會(huì)根據(jù)臨近橫斷面的面積來(lái)計(jì)算出體積。在地形變化大、場(chǎng)地狹窄的帶狀地區(qū)，可以通過(guò)使用斷面法的方法來(lái)計(jì)算出土石方量。在地形圖或者碎部測(cè)量平面上可以根據(jù)土方計(jì)算的范圍設(shè)定，按照一定的間隔距離降低場(chǎng)地劃分為多個(gè)相互平行的橫截面，在橫斷面設(shè)定好之后按照設(shè)計(jì)高程和地面線所打造的斷面圖來(lái)計(jì)算出每條斷面線所構(gòu)成的面積，之后將臨近斷面的體積累加在一起，計(jì)算出總體積。

按照臨近設(shè)計(jì)斷面填挖面積平均數(shù)值和兩段面距離來(lái)獲得兩相鄰橫斷面之間的挖填土石方數(shù)量。挖填土石方=1/2（相鄰兩橫斷面的挖方或者填方面積）x臨近兩個(gè)橫斷面之間的距離。在具體實(shí)施操作時(shí)候同樣的方法也適合應(yīng)用在臨近斷面土石方量的計(jì)算中，在具體實(shí)施操作的時(shí)候各個(gè)部分的填方量和挖方量會(huì)累計(jì)在一起，最終構(gòu)成場(chǎng)地總挖方量和總填方量。

3 大規(guī)模場(chǎng)地平整土方量的計(jì)算

在具體分析的時(shí)候各方格四個(gè)角點(diǎn)原始性的標(biāo)高設(shè)定如圖1所示。假設(shè)場(chǎng)平工程設(shè)計(jì)標(biāo)高數(shù)值為Y，各個(gè)方格各個(gè)角點(diǎn)的施工高度設(shè)定如下：h1=Y1-Y、h2=Y2-Y、h3=Y3-Y、h4=Y4-Y。正號(hào)代表的是挖方，負(fù)號(hào)代表的是填方。根據(jù)方格各角點(diǎn)施工高度符號(hào)的不同，零線可以將方格劃分為七種情況。第一種情況是全部挖方或者全部填方，土方工程按照以下的方式進(jìn)行計(jì)算：v=0.25a2（h1＋h2＋h3＋h4）.第二種到第七種情況屬于部分挖方部分填方，土方工程量會(huì)按照如下的公式進(jìn)行計(jì)算：V=0.25a2（挖填）2/h。

圖1 方格網(wǎng)角點(diǎn)標(biāo)高示意圖

4 程序處理清單

4.1 程序輸入?yún)?shù)

在系統(tǒng)中所牽扯到的數(shù)值包含建筑場(chǎng)地內(nèi)部設(shè)計(jì)標(biāo)高允許的最低數(shù)值J，建筑場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高允許最高值K，建筑場(chǎng)地內(nèi)部方格網(wǎng)中的方格數(shù)量N，建筑場(chǎng)地設(shè)計(jì)標(biāo)高取定值Y，建筑場(chǎng)地任何一 方格左上角點(diǎn)原始地面標(biāo)準(zhǔn)高Y1，建筑場(chǎng)地內(nèi)部任何一個(gè)方格右上角原始地面的標(biāo)準(zhǔn)高Y2，建筑場(chǎng)地內(nèi)部任何一個(gè)方格左下角原始地面標(biāo)高，建筑場(chǎng)地任何一個(gè)方格右下角點(diǎn)原始地面標(biāo)高Y4，建筑場(chǎng)地方格網(wǎng)方格邊長(zhǎng)A。

4.2 程序輸出參數(shù)

系統(tǒng)內(nèi)部的程序輸出參數(shù)包含總挖方量和總填方量的差值CZ，總挖方量和總填方量的總和，具體操作程序如下所示。

10 INPUT“J、K、A、M”；“j、k、a、m”

20 FOR Y=J TO K STEP 1

30 CZ=0

40 CH=0

50 WF=0

60 TF=0

70 FOR N=1 TO m STEP 1

80 INPUT“Y1、Y2、Y3、Y4”y1、y2、y3、y4

82 t=0

90 H1=Y1-Y

100 H2=Y2-Y

110 H3=Y3-Y

120 H4=Y4-Y

130 IF H1＞0 AND H2＞0 AND H2＞0 AND H4＞OTEHN。

W=0.25xaxaxH1xH1/H1＋ABS（H2）＋ABS（H3）＋ABS（H4）

T=0.25aa（H2＋H2＋H4）（H2＋H3＋H4）/（H1＋ABS（H2））＋ABS（H3）＋ABS（H4）。

155 END IF

160 IF H1＜0 AND H2＞＝0 AND H3＞0 AND H4＞0 TEHN。

W=0.25aaH1xH1/（ABS（H1）＋H2＋H3＋H4）

T=0.25aa（H2＋H3＋H4）（H2＋H3＋H4）/（ABS（H1）＋H2＋H3＋H4）165END IF

170 IF H2＞0 AND H1＜0 AND H3＜0 AND H4＜＝0 TEHN

W=0.25aa H2xH2/(ABS(H1)＋H2＋ABS（H3）＋ABS（H4）)

T=0.25aa（H2＋H3＋H4）（H2＋H3＋H4）/(ABS（H1）＋H2＋H3＋H4)

175 END IF

180 IF H2＜0 AND H1＞0 AND H3＞0 AND H4＞＝0 TEHN

W=0.25aaH3xH3/（ABS（H1）＋ABS（H2）＋H3＋ABS（H4））

T=0.25aa（H1＋H2＋H4）（H1＋H2＋H4）/(ABS(H1)＋ABS（H2）＋H3＋ABS（H4）)

195 END IF

200 IF H3＜0 AND H1＞=0 AND H2＞0 AND H4＞＝0 TEHN

W=0.25aa（H1＋H2＋H4）（H1＋H2＋H4）/（H1＋H2＋ABS（H3）＋H4）

T=0.25aaH3xH3/(H1＋H2＋ABS（H3）＋H4)

205 END IF

210 IF H4＞0 AND H1＜0 AND H2＜＝0 AND H3＜＝0 TEHN

W=0.25aaH4xH4/（ABS（H1）＋ABS(H2)＋ABS（H3）＋H4）

T=0.25aa（H1＋H2＋H3）（H1＋H2＋H3）/(ABS(H1)＋ABS（H1）＋ABS（H2）＋ABS（H3）)

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大型工業(yè)園區(qū)以及成片住宅小區(qū)在建設(shè)過(guò)程中會(huì)牽扯到比較多的大面積場(chǎng)地平整問(wèn)題。在具體實(shí)施操作的時(shí)候，受大型場(chǎng)所填挖土方量大、工程費(fèi)用高昂的特點(diǎn)，業(yè)主和設(shè)計(jì)單位在確定場(chǎng)平方案的時(shí)候會(huì)對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。在確定好各個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)之后，整個(gè)場(chǎng)地平整工程量也會(huì)會(huì)確定。當(dāng)前，優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)高常用方法是最小二乘法，即將總開(kāi)挖量和總填方量作為重要的約束條件，將總挖方量、總填方量的和作為目標(biāo)函數(shù)，最終獲得設(shè)計(jì)標(biāo)高。文章結(jié)合大規(guī)模場(chǎng)地平整土方量計(jì)算要求和常用方法，使用先進(jìn)的技術(shù)手段編訂對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)源程序。這個(gè)試驗(yàn)算法通過(guò)一組數(shù)據(jù)信息的整合編寫(xiě)來(lái)計(jì)算出滿足工程施工工藝要求的設(shè)計(jì)數(shù)值，計(jì)算出相應(yīng)場(chǎng)地平整總挖方量和總填方量的差值，經(jīng)過(guò)比對(duì)分析選擇比較小的標(biāo)高方案，確定造價(jià)最低的標(biāo)高方案。