土方方量范文（精选7篇）

土方方量 第1篇

1 工程土方量计算的原理

1.1 DTM法原理

DTM也就是地面数字模型, 其主要的是利用大量已知的坐标点对于连续地面的信息、形态以及相应属性的数字表达。DTM法在实际应用的过程中, 需要对于计算土方的区域在挖、填前后进行相应的地面点坐标的测录工作, 以此来分别分生成挖、填前后的地形表面的信息、形态以及属性的信息, 根据相应的数据来计算出挖、填方量。

1.2 方格网法的原理

当施工区域的场地比较规整, 相应的地形比较平坦的情况下, 场地设计的标高已经确定或者是还没有确定的情况下, 都可以采用方格网法进行土方量的计算。此种方法在实际的应用过程中, 首先则需要将场地划分成为如干方格, 通常是边长为520米的正方形, 然后从地形图或者是实际的测量数据计算, 从而得到每个方格角点的自然的标高, 从而就可以根据各点的设计标高和自然标高之差找出零线的位置, 以此就可以求出各个方格的工程量, 所有的方格的工程量之后也就是整个施工场地的总工程量。

2 工程土方量的计算方法

2.1 DTM法的计算方法

DTM法土方计算的主要的方法有以下四种:依据坐标数据的文件、依据图上的三角网、依据图上高程点以及计算两期间土方。这几种方法按一般步骤:点击工程应用DTM法土方计算选择计算方法按提示输入就可, 一些特殊设定, 如没有特殊要求, 比如边界差值间隔, 边坡设定按默认值输入。

前三种方法都需知道平场标高, 实际上设计面一般需考虑与道路相连、排水顺畅的关系, 很少是水平面的, 而两期间土方计算法对于各种复杂设计面皆可以适用。下面重点介绍两期间土方计算方法。

计算两期间土方, 首先依据第一期地形数据, 生成相应的三角网, 根据实际情况, 对于其三角网进行必要的删除和添加, 存储第一期三角网文件;然后依据第二期地形数据, 生成相应的三角网, 修改三角网, 存储第二期三角网文件。而后到工程应用DTM法土方计算计算两期间土方依照提示, 依次输入两期三角网, 即可得到计算结果。

其中边界点的设计高程计算, 可以利用方格网法直接得到边界点的设计高程, 进而形成所要计算的区域内设计坡面三角网, 也可以判断边界点落在哪个三角形平面内, 用线性内插法求出边界点的设计高程, 再根据计算出的数据形成三角网。

2.2 方格网法的计算

方格网法的计算公式有很多, 使用不同的计算的公式, 其相应的工作方案以及工作的程序也是不同的。通常情况下会使用水准测量或者是三角高程测量的方法, 来测算出相应的方格网点的标高, 从而计算方格网的平均标高H以及相应的面积S, 其平均标高的计算可以按照以下的两种方法进行计算, 首先是算数平均法, 其主要的是将格网的四个角点高程之间相加求和, 再除以点的总数也就可以得到相应的平均标高。其次是加权平均法, 此种方式运算相对的比较复杂, 其是将每个方格的四个角点高程取平均也就能够得到该方格的平均的高程, 各个方格的平均高程再相加到一起, 除以方格的总数, 也就得到了该方格网的相应的加权平均高程。其加权的平均高程等于各网点的权乘以该点的高程的总和, 除以各点权的总和, 其公式表达如下:

在公式 (1) 当中, H平均表示为各方格网点的加权平均值;Hi表示的是各方格网点的高程;Pi表示的是各方格网点的权;而n则表示的是方格网点的数量。

在实际进行作业的过程当中, 计算填、挖方量平衡的设计高程的计算公式如下:

在公式 (2) 当中, N表示的是方格总数, 根据上述的公式就可以求得设计的高程, 在使用方格网法进行土方量计算的过程中, 其设计面可以是水平的, 也可以是倾斜的, 还可以是由三角网组成的不规则坡面。

3 DTM法土方量计算和方格网土方量计算的方法实际应用分析

3.1 DTM法应用分析

DTM法能够很好适应比较复杂以及不规则的地形, 能够很好的和地表的特征相协调, 并且能够很大程度上提升计算的精确度, 以及计算的效率。在实际应用的过程中应该注意, 其外业碎部点的采集密度应该能够反映地形细部以及其变换的特征, 此外, DTM法在进行计算的过程中, 其数据量是比较大的, 相应的计算的过程也比较的复杂, 会占用比较大的存储的空间, 计算时间亦相对较长。

3.2 方格网法应用分析

方格网法在实际应用的过程中, 通常就会利用现有的等高线地形图布置相应的方格网, 各方格顶点的高程应该根据等高线来进行确定, 在实际的应用过程中, 等高线是不能够完全的反映出地形的状况, 所以各个顶点的高程在运算的过程中会存在一定的误差。所以此种方法通常会应用到工程现场地形起伏不大, 并且地面坡度有规律, 施工范围比较大的施工场地, 同时也适用于平坦地区以及高度不太大的地形。计算时格网间隔愈小, 计算值愈准确。一般格网间隔取5-20m之间。

因工程施工过程复杂, 所以经常需要计算不同时期, 不同类型的土方, 如设计挖方, 已挖方, 还需挖方等。需注意的是设计挖方量可以不等于已挖方与待挖方量之和。造成不相等的原因与填方有关, 即挖方的土不能堆在需挖土的地方或者堆得比设计坡面的位置高, 否则待挖方量就会多计算一定数量的土方。这个结论可以从不同时期方格网法计算图中的填挖分界线变化分析出来。

如上图示意, 设计挖100, 挖掘后, 挖了80, 其中50填在需挖的地方, 30填在需填区域, 则挖后, 还需挖70, 即设计挖≠已挖+待需挖。

另外, 方格网法土方计算图, 标注了填方值、挖方值、实际高程值、设计高程值、高差, 绘有填挖分界线等, 对于现场土方工程如何施工, 起到了很好的参考作用。

4 DTM法土方量计算和方格网土方量计算值比较

表1中, 5m方格网法与DTM两期法相比较只差0.618%, 还不到1%。在复杂地形使用20m方格网法计算, 相差会很大, 远远超过5%。

5 结束语

在工程施工的过程中, 土方量计算是不可缺少的环节, 在实际应用的过程中, 应该根据施工地形的特征, 设计面的形态, 土方量的精度要求, 选择合适的土方量计算方法与计算值。可以采用DTM计算值和5m方格网计算值比较的方法来保障其计算的精确度, 还可以采用10m或20m方格网法计算图指导现场如何施工, 保障土方工程顺利的进行。

参考文献

[1]王铁生, 程鹏里, 赵东保, 缑慧娟.方格网法土方量计算及误差影响[J].测绘通报.2012, 02 (10) :67-73.

[2]朱武.土方量计算模型和计算方法[J].交通世界 (建养.机械) .2011, 12 (07) :148-152.

土方方量 第2篇

Civil 3D在土方量计算中的应用

土方量计算是在测绘工程中经常遇到的,本文通过一个实例,讲解了Civil 3D在土方量计算中的`应用.软件的实时三维地形功能和数据排查功能在现实工作中有很大的实用意义.

作 者：余剑 Yu Jian 作者单位：蚌埠市勘测设计研究院,安徽,蚌埠,233000刊 名：城市勘测英文刊名：URBAN GEOTECHNICAL INVESTIGATION & SURVEYING年，卷(期)：2009“”(4)分类号：P209关键词：Civil 3D 土方量计算 三维模型

浅谈土方量计算的方法 第3篇

在目前的工程施工中,比较常用的土方量测量方法有:方格网法、断面法和等高线法等,下面就这三种基本方法进行分析。

1 方格网法

大面积的土石方估算常用该法,适用于地形起伏较小、坡度变化平缓的场地。

1.1 绘制方格网

绘制方格网,并求方格网点高程。根据场地范围绘制方格网,根据比例尺大小、地面平坦程度和精度要求,确定方格的边长,人工施工一般采用10 m或20 m的方格,机械施工多采用50 m的方格,并进行编号。方格顶点的高程由等高线内插求得,并注记在相应方格顶点的左上方。

1.2 计算设计高程

为保证填、挖土石方量平衡,设计平面的高程应等于拟建场地内原地形的平均高程。每一方格4个顶点的高程相加除以4,得每一方格的平均高程,再把每个方格的平均高程相加除以方格总数,得拟建场地设计高程H0。

其中,∑H角,∑H边,∑H拐,∑H中分别为角点、边点、拐点、中点高程;n为方格总数。

1.3 计算填、挖高度

计算各方格顶点处的填、挖高度。用方格顶点高程减去设计高程,得每一方格点的填、挖方高度:

填挖高度=地面高程-设计高程。

将各方格顶点的填挖高度写于相应方格顶点的右上方。“+”表示挖方高度,“-”表示填方高度。

1.4 计算挖、填土方量

实际计算时,可按方格依次计算。土石方量等于挖方面积(或填方面积)乘以平均挖、填方高度。若方格内既有填方又有挖方则分别求之,然后再计算挖方量总和和填方量总和。挖、填方量可根据角点、边点、拐点和中点的挖、填方高度,分别代表1/4,2/4,3/4,1方格面积的平均挖、填方高度,故挖、填方量分别按下式计算:

角点:挖(填)方高度方格面积。

边点:挖(填)方高度方格面积。

拐点:挖(填)方高度方格面积。

中点:挖(填)方高度h×1方格面积。

计算出各点的工程量后,再分别计算挖方量和填方量总和,挖、填方量应大致相等。

2 断面法

当地形复杂起伏变化较大,或地狭长、挖填深度较大且不规则的地段,宜选择横断面法进行土方量计算。这种方法计算时比较直接,一般当横截面比较规则时,在呈多边形的情况下,通常采用该方法。

2.1 绘制倾斜面的设计等高线

按设计等高线的等高距与所用地形图等高距相同,方向与斜边垂直的原则,定出设计等高距h=1 m,根据坡度与平距的关系式设计等高线。

2.2 绘出填挖边界线

连接同名高程的地形等高线与设计等高线的交点,即得挖填边界线。并用加绘短线的方法区别,短线指向填方。

2.3 绘制断面图

先确定断面的方向和间距:平整成斜面时,断面方向应与设计等高线平行;平整成水平面时,断面方向应与地形等高线垂直。断面间距应依地形复杂程度和土方估算精度而定。地形复杂或估算精度要求较高,则间距宜小,反之可大,一般可选择20 m～50 m。

2.4 计算土方量

分段计算相邻断面间的填挖量:

对于挖方

对于填方

3 等高线法

场地地面起伏较大,且计算挖方时,可用等高线法估算土石方量,在地形图精度较高时更为合适。

等高线法的工作内容与步骤和方格网法大致相同,不同之处在于计算场地平均高程的方法,该方法是从场地设计高程的等高线开始,算出各等高线所包围的面积,分别将相邻两条等高线所围面积的平均值乘以等高距,就是此两等高线平面间的土方量,再求和即得总挖方量。如要平整为一水平面的场地,其设计高程可按下式计算:

其中,H0为场地内的最低高程,一般不在某一条等高线上,需根据相邻等高线内插求出;V总为场地内最低高程H0以上的总土方量;S为场地总面积,由场地外轮廓线决定。

当设计高程求出后,后续的计算工作可按方格网法进行。

4 三种方法的比较

工程施工中,工程量的测量既能为合理安排施工提供帮助,又能为施工单位节约成本,提高效益。选择合适的测量方法能达到事半功倍的效果,横断面法、方格网法和等高线法是目前工程施工中较常用的3种测量方法,其优缺点比较见表1。

5 结语

通过对以上三种土方量计算方法的介绍,我们可以看到以下几点:

1)在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地,宜采用方格网法。这种方法计算的数据量小,计算速度快;

2)在狭长地带,比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行计算土方量;

3)在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则需要用到等高线法计算土方量。

总之,在对土方量进行计算时,要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情况,根据实际情况选择合适的计算方法,科学、合理地组织施工,以达到最优的目的。

参考文献

[1]陈学平.使用工程测量[M].北京:中国建材工业出版社,2007.

[2]孔达.土木工程测量[M].郑州:黄河水利出版社,2008.

[3]过静珺,饶云刚.土木工程测量[M].武汉:武汉理工大学出版社,2009.

[4]张婷婷,王铁良.土方量计算方法研究[J].安徽农业科学,2006,34(22):6047-6050.

土方量的计算方法和精度分析 第4篇

土方量的计算在工程测量中经常遇见, 如道路设计, 堤坝设计, 土地平整, 矿场开采等, 都需要精确的计算出其土方量。土方量计算是这些工程设计的一个重要组成部分, 直接关系到工程造价, 但它的精度如何, 误差有多大却很难直接检核出来。本文基于对工程土方量计算中常用的几种方法:方格网法、断面法、等高线法及基于数字地面模型 (DTM) 法的基本原理比较分析, 探讨它们的适用范围、条件及精度分析。

2 土方量计算的常用方法

土方量计算的方法有很多种。最基本的计算方法有方格网法、断面法、等高线法及基于数字地面模型 (DTM) 法等。现在普遍使用的测绘软件如南方公司的CASS, 瑞得公司的RDMS, 清华三维公司的EPSW系统等都有土方量计算功能。运用相关的计算软件来计算土方量有精度高、速度快, 效率高等特点。但其运算的原理, 与传统计算方法并无实质性的区别, 且必须有精度较高的地形图或采集的数据为基础。

2.1 方格网法

方格网法是土方量计算的最基本的方法之一, 简便直观, 易于操作, 在实际工作中应用非常广泛。其计算填挖方量的基本原理是:根据实地测定的地面点坐标 (X, Y, Z) 和设计标高, 将方格的四个角上的高程相加 (如果角上没有高程点, 通过周围高程点内插得出其高程) , 取平均值与设计高程相减。然后通过指定的方格边长得到每个方格的面积, 再用长方体的体积计算公式得到填挖方量, 最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量, 并绘出填挖方分界线。因此, 用这种方法算出来的土石方量与用其它方法得出的结果会有较大的差异, 一般说来, 这种方法得出的结果精度不太高, 这是由于这种方法"先天不足"--算法的局限性, 但是方格网法简便直观, 加上土方的计算本身对精度要求不是很高, 因此这一方法在实际工作中还是非常实用的。用方格网法算土方量, 设计面可以是水平的, 也可以是倾斜的。方格网法常用于土地平整, 塘、河填挖土方计算。

2.2 断面法

断面法土方量计算是计算出两个相邻横断面的面积, 根据它们之间的间距求得体积。断面法土方量计算主要用在道路土方计算和区域土方计算。即道路断面法土方计算和场地断面法土方计算。

2.3 等高线法

等高线法计算土方量是计算任意两条等高线之间的土方量, 但所选等高线必须闭合。由于两条等高线所围面积可求, 两等高线之间的高差已知, 可求出这两条等高线之间的土方量。

等高线法适用于将白纸图扫描矢量化后可以得到图形。但这样的图都没有高程数据文件, 所以无法用前面的几种方法计算土方量。一般是对精度要求不高的情况下, 对工程进行概算时使用。

2.4 数字地面模型 (DTM) 法

数字地面模型 (DTM) , 是在一定区域范围内规格格网点或三角网点的平面坐标 (x, y) 和其地物性质的数据集合, 如果此地物性质是该点的高程Z, 则此数字地面模型又称为数字高程模型 (DEM) 。这个数据集合是从微分角度三维的描述该区域地形地貌的空间分布。

由DTM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标 (X, Y, Z) 和设计高程, 通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量, 最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量, 并绘出填挖方分界线。

DTM法土方计算共有两种方法, 一种是进行完全计算, 一种是依照图上的三角网进行计算。DTM法常用在矿场开采等山地土方量计算。DTM法是计算机测绘软件计算土方量的主要方法, 精度高, 计算方便。

3 精度分析比较

现在普遍运用计算机软件计算土方量, 计算时一般根据高程点文件或者图面数据进行计算。土方量的精度主要取决于采集数据的精度 (地形图的精度) 和数据采集的密度。在采集数据时, 应注意地貌特征点, 地形变换点, 坎上与坎下, 坡脚与坡顶。高程点分布要均匀, 对高程不足的地方必须根据实际情况补注高程。

方格网法的精度取决于数据采集的密度大小, 同时和方格网的大小有关。方格网越小, 精度越高。使用计算机软件时可以将网格大小设为10×10或5×5。

断面法土方量计算要注意横断面数据选择和计算, 对地形起伏较大的地方要增加断面数。

等高线法计算土方量的精度主要是由矢量化后可以得到图形的精度决定。一般此方法求得的精度较差, 仅做工程概算时使用。

DTM法的精度在于地形特征点必须采集到。使用DTM法计算时要先根据采集的高程数据文件建立三角网, 对已经生成的三角网进行必要的添加和删除。

综合上述几种方法, 从理论分析和实际工作检验可知, 方格网法计算土方简便直观, 易于操作但得出的结果精度不太高。DTM法计算土方量精度较高, 运用也较广泛。

4 结言

在实际生产应用中, 不同的方法计算的同一场地土方量数量相差较大, 所以, 不同的方法计算的精度不同, 适用的范围也不同。

从上述分析可知对平坦地区宜用方格网法计算, 对起伏大的山地宜用DTM法计算。对带状地形宜用断面法计算。对要求较高的工程应使用两种以上方法计算, 土方量数量计算相差较大时, 应仔细分析其中原因, 调整计算方案。

参考文献

[1]张正禄, 等.工程测量学.武汉大学出版社.2005.

CASS软件三角网法计算土方量 第5篇

土方量的计算是工程费用概算及施工方案选取的重要依据, 所以工程施工前的设计阶段必须对施工区域的土石方量进行计算。土石方量计算是以设计高程作为底面高程, 以施工前该区域的实际地形高程作为顶面高程。土石方量的计算方法有等高线法, 方格网法, 断面法和三角网法等。在实际工作时, 无论采用哪一种方法, 都需要利用测量仪器获得大量的地形数据, 其采样的间隔越小, 其计算出的土方量越准确。在这几种土方量计算方法中, 三角网法由于很好的拟合实际地貌的几何特征, 并且能克服地形起伏不大的地区产生冗余数据的问题, 其计算精度高于等高线法, 方格网法, 断面法精度。

2 三角网法土方量计算

2.1 建立三角网

数字高程模型 (DEM) 的格网间隔 (数据点密度) 与其同比例尺地形图高程精度相适配, 并形成有规则的格网系统, 根据不同的高程精度, 可分为不同类型产品。为完整反映地表形态, 可配套提供离散高程点数据。三角网是数字高程模型中的一种, 是在一定区域内规则三角网点的三维坐标数据的集合, 这个数据集合可以代表该区域地形地貌的起伏状态。利用CASS (数字地形地籍绘图软件) 可以较为容易的生成三角网, 其建立方法分为两种:一种是根据“坐标数据文件”生成, 另一种是根据“图面高程点”生成。无论采用哪一种方法, 都必须是依据坐标数据文件, 必须采用如下格式:“点号, 编码, Y坐标, X坐标, 高程”才能在CASS软中将高程点展绘出来。需要注意的是编码一位可以是空缺的, 但是“逗号”不能省略, 此文件格式必须是五个“逗号”, 并其需要注意横坐标在前, 纵坐标在后。

因实际地貌的多样性和复杂性, 自动构成的三角网模型与实际地貌会有一定偏差, 如果出现了三角网与实际地形不符合的情况, 可以采用如下方法进行局部的修改: (1) 删除三角形:如果区域边界生成了多余的三角形, 应把其删除; (2) 增加三角形:如果边界区域某范围没有生产三角网, 则应通过内插点生产三角形, 否则没有三角形的范围不参与土方量的计算; (3) 过滤三角形:如果某些三角行的某个角度过小, 可以采用该方法, 将这些三角行重新组合成三角形; (4) 删三角形顶点:采用该方法可以将有公共点的三角形统一删除, 这样该区域范围不参与土方量的计算; (5) 重组三角形:三角网应表示地址起伏的状态, 如果某些三角网悬空, 可以通过此方法将三角形重组。

2.2 土方量计算

三角网法计算土方量的原理是:依据实地测定的地貌点三维坐标 (x, y, z) 和平场设计高程, 依据生成的三角网和平场高程来构成很多个三棱柱体, 然后依据棱柱的体积计算公式得到指定范围内填方和挖方的土方量, 并绘出场地内填挖方分界线。

2.2.1 根据坐标文件计算

(1) 用多段线绘制出包含坐标文件的封闭区域, 该区域要同实际地貌保持一致, 如果实际地貌编辑就是折线的, 则该部分多段线不能拟合。因为拟合过的曲线在进行土方计算时会用折线迭代, 影响计算结果的精度; (2) 在CASS软件中执行“DTM法土方计算”中的“根据坐标文件”命令; (3) 根据系统提示, 用鼠标选取所绘制的封闭的多段线, 并输入编辑的内插值间隔, 系统默认是20米; (4) 经系统提示, 在弹出的对话框内选取三角网的坐标数据文件; (5) 系统会显示出该区域的平场面积, 并提示用户输入该区域的设计高程; (6) 回车后屏幕上显示填挖方的提示框, 命令行显示挖方量和填方量。

2.2.2 根据图上高程点计算

(1) 利用CASS软件中的展绘高程点的功能, 在绘图区域展出高程点, 然后用多段线将该高程点封闭; (2) 执行CASS软件中“DTM法土方计算”下拉菜单中的“根据图上高程点计算”命令; (3) 用鼠标选取该封闭的多段线, 并输入边界的插值间隔 (米) , 系统默认是20米; (4) 用鼠标选取图面的高程点, 可以分区域旋转或整体旋转都可以; (5) 系统自动显示出平场面积, 并提示用户输入设计高程; (6) 回车后系统弹出对话框, 显示出挖方量和填方量。

2.2.3 根据图上的三角形计算

(1) 如果生成的三角网同实际地形不附和, 可以通过加入地性线的方法加以修改, 地性线即地貌的骨架线, 代表地物的特征轮廓; (2) 在CASS软中执行“DTM法土方计算”下拉菜单中的“依图上三角网计算”命令; (3) 在弹出的对话框中输入平整的目标高程, 并用鼠标选取图面上的三角网, 可以分开选择或全部选择。

该方法计算土方量时, 用户可以不选定区域边界, 此时系统只计算选取的三角形范围, 所以三角形选择时要准确, 而不能多选或漏选, 否则计算的结果就不准确。

2.2.4 计算两期土方计算

两期土方计算必须生成两次三角网, 其土方量是两期三角网封闭组成的几何体的体积。这适用于两次观测的区域表面都是不规则的。计算两期土方之前, 应对该区域依据不同的坐标数据分别进行生成三角网, 并将生成的模型保存起来。最后点取“工程应用DTM法土方计算计算两期土方量”命令。按系统提示分别选择两期三角网后, 系统就会弹出相应的对话框显示出计算的土方量。

3 结束语

数字地图是以数字形式存储在计算机中, 来表达地物、地貌的几个特征和属性特征。在各个领域中, 随着计算机技术应用的广泛与加深, 数字地图在工程的设计、施工等阶段的应用也日益加深。Auto CAD是一种常用的绘图软件, 可以作为数据测图软件的开发平台, 其精确的绘图工程和各种查询工具给用户提供了绘制及查询各种空间实体几何特征的基础。利用运用数字测图软件可以方便地进行平面面积、表面积、土方量的计算和道路纵、横断面图的绘制等。

参考文献

[1]谭立萍, 孙艳崇.数字化地形地籍测量与实训指导[M].西安交通大学出版社, 2014.

土方方量 第6篇

近年,随着国家大力加强基础设施建设的需要,各种工程项目不断增多,土石方量的计算对工程费用概算,方案选优以及施工进度的控制都能提供可靠依据。土方量计算的目标在于求取地表物质体积差,而其关键在于对现状地形和改造后地形的表述[2]。所以,土方量计算问题本质上属于一个立体几何中体积计算问题。但是,地理环境中土体范围的广域性、地形结构的复杂性、地理因子多样性等因素共同决定了工程项目中土方计算的难度和精度。因此,如何高效、准确地计算土方量早已成为一个探讨研究的实际问题。

研究现状方面,王先鹏[2]从几何学的角度介绍了土方计算的原理和方法,指出土石方计算的原理只是借用微积分的思维方法,而非具体运算程序[2],详细介绍了当前土方计算中断面法、网格法和不规则三角网(TIN)法的基本原理和具体方法,并进一步指出其它文献中出现的表格法、散点法本质上也应该属于网格法。为此,鲁成树[4]、胡魏[13]、陈勇[3]黄俊华[12]等在农用地整理和土地平整工程项目土方计算中具应用Arc GIS空间分析模块中的Cut/Fill工具进行挖填方的计算,并获评审专家一致好评。李春梅[5]在前人研究基础上,进一步指出应用上述方法计算得到的体积仅仅是该地块内土方量平衡后土方的外运量或缺口量;并通过原状DEM和设计DEM模型叠加找出填挖边界方法,对每一个区域通过多次建模求体积差来统计每一个回填和开挖区域的土方量,最后统计分析出整个工程的土方量。王丽华等[16]在对水下地形分析计算疏浚量时,对比分析了常规的断面法和基于TIN的土方计算方法,实验了基于TIN的方法计算结果较为稳定、准确,计算速度快。

计算工具方面,主要有基于CAD程序开发的南方CASS、HTCAD和基于GIS平台地面数字模型(DTM)的ARCGIS软件。其中,因为CAD作为官方标准制图软件的原因,南方CASS和HTCAD在实际应用中较为广泛;而基于GIS的ARCGIS软件因其纯英文不友好操作界面等因素而不能得于广泛应用,然而研究表明基于GIS土方量计算无论是在计算精度还是计算速度上都有其独特优势。因此,本文将以贵州安顺镇宁土地开发整理项目为基础数据来源,探索基于TIN的工程土方量较高精度计算方法。详细而具体介绍在ARCGIS中如何有效地计算工程土方量计算方法步骤,以供欲使用ARCGIS计算土方量工作者参考。

1 研究方法

数字地形模型(DTM,Digital Terrain Model)最初是为了高速公路的自动设计提出来的(Miller,1956)。DTM作为一个地理空间数据库,描述了地形表面的空间位置特征和形态特征,成为建立不同层的地理信息系统(GIS)不可缺少的组成部分[17]。为了能够在地理信息系统中表现三维的地形表面特征,我们对取得的地形数据进行建模,使用真实的地形高程数据,建立一种数字的地形表达模型,叫作数字高程模型(DEM)[15]。从数学的角度,DTM模型是高程Z关于平面坐标X,Y两个自变量的连续函数,数字高程模型(DEM)只是它的一个有限的离散表示。因此,数字地形模型是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。按照数据结构划分数字地面模型可分为栅格形式的规则格网模型(GRID)和矢量形式的不规则三角网(TIN)模型[17]。三者关系如下:

因为TIN和DEM之间可以相互转换,所以数字地面模型的数据来源十分丰富;而DEM的数据来源和数据获取方式决定了数字地面模型的质量和精度[15]。DEM的原始数据主要是高程和平面位置数据,在可能的情况下还包括地形结构线(山脊线、山谷线、断裂线)和特殊控制点(山脊顶点、断裂点等)。这些控制点和控制线在监测DEM精度和质量方面至关重要,它们可以通过重构三角网的方式来提高DTM的质量和精度。

1.1 TIN模型的建立

TIN模型主要是通过有限的点和线空间数值(X,Y,Z)插值的方式模拟地表现状;而从理论上说,地表上点的维数为零,没有大小,因此地表包含有无穷多的点。如果要获取地表的全部几何信息,则需要量测无穷多数量的点[15]。因此,数据的来源越丰富,数据量越高,也就意味着生成的TIN更接近地物实体,更能保证其在计算土方量的精度。目前,TIN的数据主要来源于地形图、摄影测量与遥感影像数据、地面测量、既有DEM数据等。其中,遥感影像数据主要用于较大尺度研究,且因其费用昂贵而很少采用。

1.2 高质量的数字建模

一般基于ARCGIS生成TIN的空间插值建模主要分成两种:(1)通过数字化地形线并赋予高程建模。在此,ARCGIS Desktop 9.3提供了基于hard linesoft linemass points三种模式;工作者应视具体情况合理选择以提高TIN的地面仿真度。(2)通过输入特征控制点空间插值建模。在此,ARCGIS Desktop 9.3提供了Inverse Distance WeightedSplineKrigingNatural Neighbor Interplation四种建模方式。其中,使用较为广泛、普遍认为精度较高的为Kriging空间插值的方法;为保证插值后模型表面连贯性,以更好拟合地表状况,在Kriging插值过程中要求控制点值应趋于符合正态分布,对于不符合正态分布的数值,应通过剔除和合理的数据转换方式等手段处理数据,以保证TIN的仿真度[15]。除此之外,ARCGIS Desktop 9.3的3D Analyst还提供了Add Features to TIN模块,即通过在TIN模型基础上进一步加入控制点和控制线等方式进一步提高TIN的精度。因此,工作者在数字建模过程中一定要注意这些细节工作的处理,以达到建立高质量DEM、计算的高质量、高精度要求。

除此之外,TIN的本质是Delaunay三角网,在Delaunay三角网的生成通常遵循通常的规则:(1)Delaunay三角形之间互不相交;(2)Delaunay三角形的外接圆内不含其他离散点[16]。因此,在TIN的生成处理过程中,就可能出现切割等因素造成的三角网体积计算复杂化和计算结果误差偏大。因此,基于ARCGIS平台的土方量的计算应该首先把生成的TIN转化成DEM栅格数据形式,这样就避免了图层切割过程中造成的数据丢失和冗余重复计算情况,从而保证计算的精度和结果的可信度。

1.3 重构模型

为保证DEM仿真性即保证土方量的计算精度,需要把使用全站仪实测的控制点和相应控制特征线抽出一部分用于评价DEM精度。在实际生产中往往是利用检查点来评价DEM的精度,如国家测绘局颁发的《1:10000数字高程模型(DEM)生产技术规定》(试行本)就明确规定每幅图DEM至少要有28个高程检测点用于计算DEM内插高程中误差(相对于高程点),具体做法是选取28个高程点不参加DEM建模,然后再根据所选取的点的(X,Y)坐标内插出这些点的高程Zk[5]。因此,在GIS中计算土方量过程中,必须保证DEM精度通过抽出的控制点的评价精度方可进行下一步工作。

1.4 基于GIS土方量的计算

在ARCGIS中DEM计算土方量本质上是计算其体积,所不同于简单的DEM体积统计的是土方计算总中多了一个设计高程面的控制面以上的为土方开挖部分,而设计高程面以下部分的为土方回填部分。因此,在计算工程土方量是必须建立有两个高仿真性的DEM(原状地形DEM和设计DEM),然后通过空间分析模块Analyst tool将其叠加分析之后找出土方开挖、回填基准线。并在此基础之上进行土体体积的量算。

除此之外,从DEM栅格数据的本质出发。基于GIS计算土体体积的方法本质上应该属于土方计算方法中的网格法;即通常将地面分成规则的矩形地块,原则是细分到使其每一网格的地块高程相等,通过地表格网来划分体积微元,每个体积微元的地形被简化成四棱柱体,其高程通过空间插值来确定[2]。具体计算公式如下:

上式中,h(X,Y)为网格点高差,ZD(X,Y)为原始地形高程,ZW(X,Y)为设计地面高程,v为累积土方量,∑为计算区域,ds为积分单元面积,即地面网格面积。

根据DEM栅格数据结构特征,可直接将研究区域边界加入Arc Map并进行切割工作,如图1中DEM切割边缘所示范,这样的切割并不影响栅格单元的完整性。所以,基于DEM计算土地体积就是通过累加DEM中每个栅格面所对应的矩形柱体的体积而求得总体积。

因此,必须根据设计图比例尺大小通过控制栅格单元的大小来控制其土体体积计算的精度。当然,原则上如果DEM栅格单元越小,就越能更佳地模拟地面连续面;但是因为栅格数量的增加必然增加计算机运算负担,从而影响计算效率。因此,必须合理的选取栅格单元的大小。

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

镇宁布依族苗族自治县位于黔中丘原西南部,介于东经105°0′10″~105°35′50″,北纬25°25′19″~26°10′32″之间,西邻关岭县,东与安顺、紫云接壤,南与望谟、贞丰毗邻,北接六枝、普定,城关镇距贵阳市122公里,距安顺市27公里。受地质结构、岩石性质及气候等条件的影响,岩溶地貌发育,岩溶地貌面积占全县总面积60%以上,是贵州岩溶地貌发育最典型的地区之一,属于典型的山地丘陵区;气候上属亚热带湿润季风气候,冬无严寒,夏无酷暑,雨热同季;水文上属于珠江流域北盘江水系,从大右洋起,经贾角山、大弄袍、良田到坝草一线为分水岭,分水岭以东的河流注入清水河,以东的河流注入打帮河,最后汇入北盘江;矿产资源种类多,储量丰富。

行政区划直属戈机村的研究区土地总面积163.13公顷,扣除不动工面积32.99公顷,动工面积为130.14公顷,即建设规模130.14公顷。

2.2 数据来源

主要的数据来源:(1)研究区区实测CAD标准格式1:2000土地利用现状图(包含标高等高线);(2)野外作业土样采取特征点40个(包含GPS坐标数据);(3)CAD标准格式工程设计图。

2.3 数据处理

对基础数据进行整理、剔除不合理数据的目的在于提高计算精度。根据数据来源和基于GIS平台的需要,首先将研究区实测CAD标准格式1:2000土地利用现状图和工程设计图(以下简称(1)和(2))中的等高线或特征点以线图层和点图层的形式提取出来;具体做法如下:(1)将(1)和(2)在CAD中以SHX数据交换格式输出;(2)把输出的(1)和(2)分别在ARCGIS Desktop 9.3中通过Conversion Tools模块转换成ARCGIS标准的Shape格式并按合理路径储存;(3)启用Arc Catalog将转化出来的(1)和(2)通过Data Management Tools中的Projections and Transformations工具分别进行投影和投影转换,保证相同的投影条件下两幅图可以准确地叠置在一起。

因为数据转换过程中会造成一些重要数据的丢失或变化。因此,还需对转换数据作进一步精处理;具体做法是启用Arc Scene或Arc Map并利用其编辑工具删除没有高程值的特征线和特征点并对不合理的特征线或特征点作微调处理;在此,因为ARCGIS软件是一种面向对象的操作软件,特别强调在图层上进行删减工作完毕后需打开属性表对字段Elevation为“0”等数据的作进一步的处理。

接下来,对实地考察的40个样点数据的坐标值进行处理,剔除两个无效数据,基于Excel 2003把剩下的38个数据和的经纬度坐标转换成以度为单位的小数点形式(如106.324586°,27.459876°)并保存为CSV逗号分隔格式。接下来,对(2)属性表中取某一地理单元为样点的“Elevation”作简单的统计分析。分析结果如图2。

结果表明,设计面的控制点符合正态分布,所以用Kriging空间插值方法生成TIN。

2.4 土方计算

2.4.1 创建DEM

基于用以上处理完毕精度较高的数据,启动Arc Map并在扩展模块都选中的情况下调出3D Analyst工具,使用Create TIN From Features分别创建(1)和(2)并按合理路径保存。接下来将实地考察的38个实测特征点导入对其进行检测评价,并进一步重新生成TIN,直至所生成的TIN更加拟合于实地情况。在此,因为Arc Map软件中生成TIN简单、快速,所以可以通过反复调整、反复生成TIN的方式达到TIN高精度的要求。如图3、图4。

建立起现状地形和设计图的TIN后,通过3D Analyst中的convert将其转化成1×1M的DEM并按合理路径保存。于是,基于原地形的DEM和设计基准面的DEM就被建立起来。

2.4.2 土方量计算

根据DEM栅格数据结构,直接将研究区域边界加入Arc Map并通过Data Management Tools模块将其转化成面图层进行切割,其工作在Spatial Analyst Tools模块目录之Exraction工具完成;这样切割下来的栅格单元保存了矩形柱的完整结构。在Arc GIS中保证土体体积计算精度的依然是DEM栅格数据大小,栅格单元越小,其计算精度越高。将现状地形的DEM和设计DEM在Analysis Tools模块之Overlay中作空间叠加分析并按合理路径保存。叠合的图形包含了两个模型的交线,这个交线就是土方的开挖、回填分界线界限。在Arc Catalog新建线图层并导入DEM投影信息在Arc Scene中数字化边界线,接着用上述方法转化成面进行切割,得出须开挖或回填的“破粹”DEM(如图5);其中灰色表示开挖,黑色表示回填。

最后,以基准线为基础再造DEM,并用它和“破碎”DEM在3D Analyst中的CUT/FILL工具中进行计算,并把相应的计算属性表导出,最终斑块土方累加求和算得研究区的土方开挖量和回填量,计算输出结果形如表1。其中“COUNT”统计栅格数量;“VOLUME”为土方量,正、负好分别表示开挖和回填;“AREA”则统计了开挖、回填的3D面积。

3 计算结果与分析

将上述表格在其Options中通过Create Reports的形式导出,并直接导入Excel中求和计算,最终求得该研究区的土方开挖量为10.49×100m2,土方回填量为5.23×100m2。与较高精度传统方法计算结果(开挖:10.51×100m2,回填:5.25×100m2)十分吻合。而在计算时间和成本上,基于TIN的计算速度却远远快于传统土方量的计算。

因此,与传统的土方量计算方法相比,基于TIN的计算方法计算效率独具优势。这种计算方法不仅保证了计算结果客观、准确性,而且在操作程序上简单易行,减少了计算工作量,节省计算成本。除此之外,基于GIS的土方量计算方法作为一种土方计算新技术,更是一种面向对象的可视化计算方法,数据计算的后台操作情况的每一歩都在前台图层中得以表现,这样既保证了计算结果的可信度,又方便随时查错修正,以保证计算结果的精确度。

4 结语

本文基于TIN模型,应用土地开发整理项目基础数据,通过现状DEM和设计DEM空间叠加分析的方法计算了研究区土方量,并详细介绍了如何在Arc GIS中计算土方的详细步骤。强调高质量TIN的建立是保证土方量计算精度的基本前提,指出基于DEM计算土方实质上应该属于土方量计算中的网格法。这种方法相比于应用其它软件计算土方具高效性,具有一定的借鉴意义。但是,基于TIN的网格法土方量的计算主要用于地形相对简单的平原区精度较高,而对于地形比较复杂的地区则多采用断面法,如桥梁、高速公路等。因此,笔者将带着疑问作进一步的探索研究。

摘要：土方量计算是工程项目中经常遇到的问题,准确、快速、高精度计算土方量对于合理安排工程进度、工程量大小计算和投资预算具有十分重要的意义。本文运用土地开发整理项目基础数据,基于TIN模型,探讨了在ARCGIS中较高精度土方量的计算方法。说明了DEM的精度直接影响运算结果精度;指出基于DEM模型计算土方量的实质应归属于土方量常规计算中的网格法计算;并详细介绍了用ARCGIS Desktop 9.3进行土方量计算的具体方法步骤。研究结果表明,通过控制TIN型模拟地面仿真度可快速、准确、高效地计算工程土方量。

土方方量 第7篇

园林工程是城市改造的主要形式之一, 通过自然环境的人工建立, 将人们的居住环境与自然相协调, 形成社会、经济和自然的和谐统一, 对于社会个人来说, 还增加了欣赏的价值, 陶冶人们的情操, 环节生活和工作的压力。城市环境质量的改善, 除了在城市的街道进行植物和草坪的种植外, 还可以在市区内进行园林工程的建设。园林工程作为一个小型的生态体系, 在给人们带来自然享受的同时, 也增添了艺术气息的建立, 为城市决节奏生活增添了一份活力。园林工程涉及到设计学、植物学、生态美学、施工组织管理等多个学科, 需要根据设计图纸进行设计, 要充分考虑到施工所在地的水系、地形、园林建筑、植物的生长习性等, 具有全局统筹的概念, 才能顺利达到设计意图。因此, 园林工程管理体现出较强的综合性特点。植物种植完成后, 后续的养护管理是一项持续性的、长期性的工作, 养护管理不仅要保护好植物健康生长, 还要合理维护园林的整体面貌, 根据植物生长情况适时浇水、施肥, 修建绑扎, 做好环境保洁等工作, 才能保证园林景观的艺术性与和谐性。景观建设是一门艺术建设工作, 施工时要重点考虑小品、植物配置、古典园林等各种艺术元素, 保证园林景观的艺术性。

二、园林工程场地标高控制

在园林项目工程施工建设的过程中, 对于场地标高的控制与优化是一把非常重要的问题, 土石方的工程也是园林绿化工程中的关键环节。在园林绿化工程中, 场地标高的控制与优化和土石方工程的关系非常密切, 一要严格按照规格进行设计, 确保园林绿色工程的质量, 使得园林项目工程顺利进行下去。园林绿色工程中土石方项目工程的设计要求一般包括:

(1) 在对园林工程中平场施工图进行设计时, 一定要保证施工的基本安全, 还要反映出园林建筑底层总体的平面图, 并且要反映出园林建筑物的主体基础和园林挡墙的关系。

(2) 在设计的时候还要考虑到施工现场和周边环境进行连接与协调, 要按照园林工程项目的实际情况、园林工程的难易程度, 园林工程总体的平面图与平场的施工图进行设计。

(3) 在进行园林工程设计的施工, 为了保证园林项目工程在施工建设与使用期间的安全, 一定要达到园林项目工程的技术规范要求, 保证园林工程施工现场给排水系统能够安全使用。

(4) 在进行园林工程设计的时候, 一定要科学合理的利用施工当地的自然条件, 并且对施工现场的标高进行控制与优化, 尽量满足园林项目工程的管线敷设要求与园林建筑的基础埋深的要求, 保证园林项目工程的设计要求。

总而言之, 我们在满足园林项目工程的景观效果与整体功能的基准之后, 要尽量满足施工的安全性与经济效益最大大化, 进而使得场地标高得以控制与优化。当然安全施工是最重要的, 在对园林工程进行设计的时候以上几条都要得以保证, 并且要尽可能结合施工现场的标高控制与优化的要求, 尽量减少外运并且借土回填也尽量减少。这样对于施工时的排水非常有利, 还要考虑到道路的坡度, 园林景观造景的需要, 一定要做好园林项目工程的成本核算进行控制。

三、土石方工程在园林工程建设施工中的意义

在园林项目工程的施工建设中, 土石方工程其主要内容包括:施工现场的平整, 基槽的开挖, 管沟的开挖, 人防工程的开挖, 路基的开挖, 填筑路基的基坑, 对压实度进行检测, 土石方的平衡与调配, 并且对地下的设施进行保护等等。在园林项目工程中, 土石方工程主要指的是在园林项目工程的施工建设中开挖土体、运送土体、填筑和压实, 并且对排水进行减压、支撑土壁等等这些工作的总称。在实际的工作中, 土石方项目工程比较复杂, 所涉及的项目也非常多, 在施工中一定要了解施工当地的天气情况, 要尽量避开雷雨天气这些恶劣天气对这个工程的印象, 我们一定要科学合理的安排土石方工程施工的计划, 要选择在安全环境下进行施工建设, 还要尽量降低土石方工程的施工成本, 并且一定要预先对土石方进行调配, 对整个土石方工程进行统筹, 一定不要占用耕地与农田等这些良田的面积, 要严格遵守国家施工建设的原则与标准, 一定要做好架构的项目组织, 还要对相关环节进行布置, 并且对其基础设施进行保护, 对土石方进行调配与运送, 对工程施工进行组织, 制定科学合理的土石方工程建设施工方案。

四、园林工程场地标高控制和土方量总体平衡的关系

在园林项目工程施工的过程中, 土石方项目工程的施工一定要严格按照施工规范进行安全施工, 其技术水平一定要达到标准, 对后期景观每种类型的园林工程道路标高进行控制, 在施工现场表面的坡度进行平整时, 一定要严格按照合理科学设计规范的要求进行设计。在施工中要尽量避免“橡皮土”的出现, 进而影响到施工的进度, 在自然灾害频发的季节进行施工的时候, 一定要进行有效的防水与排水措施。在回填土方之前, 一定要严格按照相关规定来选择适合的填料。在进行平基工作的时候, 一定要确保安全施工的前提下, 要使用有效的措施对施工现场的周围与场内设置安全网。对斜坡要实施加固技术, 一定要按照适宜的坡度在临时的土质边坡实施放坡, 在填土区来挖方。要尽量避免因为爆破行为来破坏建筑物与构筑物基础的持力层与原岩的完整性, 在实施爆破的时候一定要采取专门的减震方法, 在对岩土区挖方的时候, 一般情况下需要爆破的地方大部分地形比较复杂, 并且岩石的硬度也比较高。园林工程土石方工程的施工建设一定要严格按照设计规范与基本要求进行设计, 在园林工程土石方工程进行施工之前, 一定要综合的进行平衡测算, 并且保证工程质量与安全。在进行建设施工的过程中, 一定要严格按照相关的技术指标参数, 平衡调配一定要做好, 尽量降低工程的施工量, 土石方的运程一定要最短, 其施工程序一定要最科学合理。园林工程进行土方施工的时候, 要对统筹全局, 并且对施工后的景观造景、园林建筑与园林道路的标高进行控制, 对土方量的填挖进行总体的控制, 要理论结合实际, 尽量和后期项目的施工相结合。如果园林项目工程的内部土方的确不可以进行总体平衡, 甚至将附近园林项目工程当作备选项目, 一定要及时进行联系, 并且及早的做好准备。要尽可能将场地的标高进行控制与优化, 并且要做到土方量总体平衡, 要把这些有机地的结合起来, 尽量避免把大量的余土拉出来, 避免四处借土, 尽可能避免人为的原因造成的园林项目工程土石方的成本出现失控, 进而避免经济损失。

五、结束语

综上所述, 在园林项目工程施工建设中, 一定要严格控制施工措施, 并且严格按照设计原则与施工要点进行设计, 园林项目工程中土石方工程是园林项目工程中的基础环节, 我们为了保证安全施工和施工进度, 一定要对施工现场的标高进行控制与优化, 两者一定要相互结合做好科学合理的施工方案, 这些都严重影响到园林工程的质量与工程施工进度, 因此, 一定要对施工现场的标高进行控制与优化并且结合土方量的总体平衡, 并且形成良性循环, 进而使得园林项目工程的总体目标奠定了坚实基础, 确保园林工程的质量。

参考文献

[1]赵芙蓉.园林绿化工程的项目管理分析探讨[J].园林环境, 2014, 23 (16) :185-187.

[2]钟家辉.浅析园林绿化工程施工项目管理[J].科学技术创新, 2014, 24 (11) :93-95.