工程施工中土方量计算方法对比探讨_张文祯

'144低温建筑技术2014年第11期(总第197期)工程施工中土方量计算方法对比探讨张文祯，胡立国(中铁建设集团有限公司，北京100131)【摘要】工程施工中土方量计算的精度高低直接影响到土方调配、施工成本、施工工期等方面。为了工程建设施工中土方计算更为准确，本文采用比较法对断面法、方格网法、等高线法及数字地面模型(DTM)法进行分析对比，讨论其精度、计算速度及适用性。【关键词】土方;计算方法;对比;分析【中图分类号】TU723【文献标识码】B【文章编号】1001－6864(2014)11－0144－03土方的测量、计算是工程施工中编制工程量预算表1该路段断面法土方计算表和施工组织设计的重要依据，而其计算方法有断面法、挖方断面填方断面断面间距挖方填方里程方格网法、等高线法及基于数字地面模型(DTM)的方22/m33面积/m面积/m/m/m［1］法等。这些计算方法分别在精度、计算速度及适用K0+0182.540.0020172.900.00范围等方面各有优缺点。下面以某道路工程K0+018K0+03814.750.0020289.800.00至K0+227.4路段土方量测算为例，就以上几种方法K0+05814.230.0020309.500.00进行对比分析。K0+07816.720.0020209.400.001常用计算方法原理及实例对比分析K0+0984.220.0020120.500.001.1断面法K0+1187.830.0020219.000.00断面法是沿某一平直方向每隔一段距离在其垂K0+13814.070.0020240.900.00直方向测量一个断面，断面间土方量等于断面平均截K0+15810.020.00［2］20168.000.00面积与断面间距的乘积。该方法外业测设工作量K0+1786.780.00大且比较繁琐，其精度取决于所测设横断面的密度及20184.700.00K0+19811.690.00平行度;内业计算相对简单，一般采用相邻断面面积平20148.900.00K0+2183.200.00均值乘以相邻断面间间距来计算该断面间土方，将所9.4415.910.00K0+227.440.170.00有断面间土方累加即得到所测工程的土方总量。但由合计209.442079.510.00于土方工程其地形不规则性，导致首尾断面界线和断面距离难以准确确定。1.2方格网法通过此方法计算，本例中该路段土方挖方量为该方法通常将地面分成若干个规则的矩形地块，32079.51m。图1为K0+018至K0+227.4路段其中原则是细分到使其每一个网格的地块高程相等，通过一处横断面;表1为该路段土方工程量计算表。地表网格来划分体积微元，每个体积微元的地形被简［3］化成四棱柱体，其高程通过空间插值来确定。常见的方格网边长采用长度为5～20m，在复杂地形，不平坦地区其划分值越小土方量计算精度越高。由此方法计算本例中该路段土方挖方量为32100.7m。本例采用5m×5m方格网，如图2所示。1.3等高线法若直接采取手工或机械仪表的方法利用原地形图来计算山区地形的土方量，或将白纸图扫描矢量化后得到数字化地形图，利用数字测图软件的工程量计算功能计算土方量。根据图上绘有的等高线，计算两条等高线所围的面积及等高线之间的高差，求出这两条等高线间的土方量，等高线间土方量之和即土方总［4］量。但需要注意的是所选等高线必须闭合，因此也 张文祯等:工程施工中土方量计算方法对比探讨145［4，5］限制了等高线法的应用范围及计算精度。此方法只适此一般较适用于工程概算。3合于地面起伏大、坡度变化多的地形且必须与方格网在本例中计算值为2139.90m。如图3所示。法或DTM法结合使用。由于等高线法的精度不高，因1.4数字地面模型(DTM)法规则的高程数据面。因此本例计算需将土方工程第一数字地面模型(DTM)计算土方量是利用外业实次原地面测量数据与施工完成后地面实测数据进行测地形数据进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计比较计算。故本次计算采用第4种方法，两期间土方算土方，累计得到指定范围内填方和挖方的土方量，其计算。3实质就是在坐标数据的基础上建立不规则三角网由此方法计算该路段土方挖方量为2111.9m。［2］(TIN)后再计算土方量。图4为南方cass7.0两期间土方计算结果，dtmtf.log文DTM法土方计算在南方cass7.0里有3种方法，件为计算过程数据显示。图5为计算过程图面显示。一种是根据坐标文件计算、一种是根据图上高程点计计算时将该段土方划分为669个不规则的三棱锥，依［6］算、第三种是根据图上的三角网计算。这三种方法次计算每个三棱锥的体积，所有三棱锥体积之和为本都需要一个平场标高。但通常实际土方工程施工完成段工程土方量计算值。后，场地并不是一个平面，而是形成一个高低不平、不2土方计算方法比较由表2可知，4种不同方法计算的工程量不相同，2.1结果及精度比较取4种方法计算结果的平均值为最优结果，则可计算对本例中以上方法的计算结果进行比较，见表2。出相对误差(也列于表2)。从表中可以看出，不同计算方法所计算的土方相对精度由高到底排序为:DTM表2K0+018至K0+227.4路段不同计算方法法、方格网法、断面法、等高线法。且DTM法与方格网的结果及精度比较法计算土方误差较小。333方法挖方量/m最优结果/m相差值/m相对误差/%2.2计算速度比较断面法2079.512108.00－28.49－1.35在测量外业数据及电脑配置相同的情况下，笔者方格网法2100.702108.00－7.30－0.35DTM法2111.902108.003.900.18用以上4种方法分别计算了该段土方量，且计算所用等高线法2139.902108.0031.901.51时间情况从少到多排列如下，见表3。 146低温建筑技术2014年第11期(总第197期)表3K0+018至K0+227.4路段土方计算用时min鉴于方格网法计算精度高、计算速度快、直观易懂认可度高，节省了DTM法庞大的数据存储量。在范围排序方法计算用时不大，起伏不大的场地适合用方格法来计算。1DTM3在地形起伏较大，坡度变化较多，精度要求粗略，1方格网法3且只有纸质地形图时可采用等高线法。在有全站仪、2等高线法55GPS等仪器测设地形图计算土方量时，笔者不建议用3断面法130这种等高线法，因为它对内外业要求苛刻，何况地形图［7］由模拟纸质地形图向数字地形图方向转变。DTM由表3可以看出DTM法与方格网法计算用时较法完全可以代替等高线法。少。等高线算法因有诸多条件不允许，先离散化未闭断面法适合于狭长地带，计算方法简单，认可度合的等高线再进行计算，且计算偶然误差比较大，算了高。在实际工程中，笔者认为认可度是一切计算的前三次，经与DTM等方法对比，才最终确定其计算结果。提，虽DTM法计算土方既精确又迅速，但因其理解抽断面法需根据场地的长度，等距及考虑特征点横切场象，部分甲方监理难以认同。相比之下方格网法认可地，断面取值越细越接近其真实值，同时也越费时间。度略高，但仍有部分甲方监理不予认同。认可度最高2.3计算方法的优缺点及使用范围比较的是断面法，但其计算内业量大，且精度相对较低。其结合笔者实践经验及参照部分文献，对土方计算结果若不通过其它方法验证，易影响到施工现场的土方法优缺点及使用范围比较如下，见表4。方调配，施工工期，甚至造成经济方面的损失。故笔者表4各种方法比较与评价此次行文的目的是将DTM法与方格网法也得以推广以便更好的服务于工程施工，使采用全站仪测量土方方法优点缺点适用范围推向工程施工常规化。模型复杂;占用存储精度最高;机算空间大，理由抽象、适全所有复DTM法速度快;通用性部分甲方监理不认杂地形强。可;若采用手算计算参考文献过程复杂。［1］李殷，朱益虎.DTM在土方计算中的应用［J］．地矿测绘，适用于模拟精度最低，机算局限2006，(4):33－36．地形测图时性大;对图形要求［2］常青.工程土方量计算方法的对比研究［J］．城市地质，代的白纸地等高计算方便，原理高;若考虑测图过2013，(3):42－44．形图，在复杂线法简单程，外业工作量大。［3］王先鹏，曹荣林.土方量计算的原理与方法及ArcGIS的应用地区只能用对白纸图还需要求前景［J］．地理空间信息，2009，(4):139－141．于工程量估积仪。［4］赵巧红.工程设计中土方量的计算方法探讨［J］．中国高新算。技术企业，2008，(13):170．若要提高计算精度，精度较高;机算［5］刘鸿剑，周长水，邬小梅.基于DTM的抚州市人工湖工程土则需减小方格网边适合于小范方格速度快;直观易方量算法研究［J］．北京测绘，2009，(1):43－46．长，无疑会增加外业围起伏不大网法懂;操作简单;［6］范玉平.南方CASS在土方计算中的应用［J］．测绘与空间地工作量;若采用手算的场地计算认可度高。理信息，2011，(4):249－250+254．计算过程繁琐。［7］杨利.数字地形图技术深化［J］．硅谷，2010，(9):54．方法简单;原理精度较低;应用受［收稿日期］2014－07－08断面简单;计算简限;外业要求高;内适合用于线［作者简介］张文祯(1984－)，男，兰州人，测量工程师，从事法单;直观易懂;外业工作量大;手算型工程。建筑施工、市政施工方面的工作。认可度高。机算速度均慢。3结语基于以上对比分析研究，DTM法是比较好的一种方法。这一方法既可以提高土方的计算精度及速度，也实现计算自动化。从理论上说DTM法适用于任何情形。'