摘要：工程土方在土地交通道路、開發整理、水電水利等建設項目中占有較大比重，且工程土方的測量方法和計算精準度對項目工程的費用和進度影響很大，所以土方的精準計算在土方工程中具有重要意義。本文通過對斷面法、方格網法和基于數字地面高程模型法這三種方法的比較分析，采用系統思想建立工程土方系統模型，實現各個工程間的土方計算的優化方案，極大限度抑制總投資。

　　關鍵詞：土方測量,土方計算方法,優化調配

　　引言

　　土方工程是土木工程建設的一項基礎性的工作，土方工程計算是土木工程造價的重要組成部分之一。由于涉及到工程建設方和施工方的直接經濟利益，并且實際工程中土方計算較為復雜，經常會被工程雙方質疑，如何規范化土方工程計算被視為當今土木工程界的一大難題。

　　由于施工場地復雜性和地下地質結構的復雜性，大型土方工程施工時很多時候需要按照總體場平設計思路結合施工現場實際而作出局部方案調整從而達到因地制宜節約經費方便施工的效果。所以大型土方工程計算普遍采用的方法是首先對土方施工的規劃區域進行原始地形測量和地質結構勘察，地面土方工程完成后，再對變化區域進行施工后地形測量。根據不同時期的地形測量資料和工程地質勘察資料利用計算機輔助生成DEM數字高程模型或人工分析高程模型來分塊解算土方的變化體積量，最后匯總成果。

　　一、土方測量及計算方法

　　土方測量計算就是確定同一地塊在填或挖前后的工程土方量,實際上就是計算原地表與設計地表之間的體積,土方的測量和計算因地形、工程、精度要求不同而有多種方法。目前比較常用的方法有方格網法、斷面法及基于數字高程模型(DEM)法三種方法。每種方法的測量過程和計算原理不同,適用的場合及其精度也不盡相同。

　　1.方格網法

　　將地塊劃分成相同大小的若干四方網格，計算各個點的深度。測量每個四方網格的地面高程，計算挖填量。常規手工計算一般分為以下四步：1、繪方格網，方格網的大小取決于地形的復雜以及測點的密集、土方計算的精度要求情況，1：500的地形圖一般取10-20m;2、計算各頂點的地面高程，求4個頂點的高程的平均值，計為該方格的高程;3、根據設計標高計算每格填挖高度;4、計算每格填挖土方量，分別統計填方與挖方的總量。

　　2.斷面法

　　地面線將斷面劃分成多個區域，將體積計算三維問題簡單處理成沿溝渠深度變化的二維問題。在處理斷面挖填方時，地面線以上區域為填方區，地面線以下區域為挖方區，經過修整后的地面線與斷面構成一個或多個多邊形，可能分布不集中，位置不相同。因此這個多邊形面積可以轉換成多個梯形或三角形面積總和。常用的計算斷面挖填方面積方法是:求積儀法、積據法以及計算機法。求積儀法是使用小方格紙繪出斷面圖，采用斷面法在計算機相鄰斷面分為全填斷面和全挖斷面時，用求積儀測量出挖填方區域面積，其誤差比較大。計算機法主要是利用計算機設計軟件繪制斷面圖，利用軟件自身計算功能對挖填區域面積進行計算。斷面法提出不同改進方法，但是在挖填方體積處理方式上，從未解決斷面法固有的缺陷問題。

　　3.基于數字地面高程模型法

　　數字地面高程模型是用一組地面點的平面坐標和高程描述地表形狀的一種方式,具有形象、直觀、精確等特點,在生產中有廣泛的使用價值。DEM不僅應用于各種工程規模和地形分析,而且也被用于土方工程量的計算。

　　由DEM模型來計算土方量是根據實地測定的地面點坐標(X,Y,Z)和設計高程,通過生成三角網來計算每一個三棱錐的填挖方量,最后累計得到指定范圍內填方和挖方的土方量,并繪出填挖方分界線。如果將DEM視為空間的曲面,填挖前后的兩個DEM即為兩個空間曲面,那么計算機便可以自動計算兩個曲面的交線,也可以用一個鉛垂面同時對兩個曲面任意切割,并計算夾在兩個切割下來的曲面間的空間的體積,實際上就是土方計算的填挖交界線、填方量和挖方量。

　　二、土方工程計算的分析與探討

　　在大型土方工程計算過程中必須要專業技術人員的人工干預主要表現在以下幾方面：

　　1.對測繪的數字化地形圖人工判讀并增加高程點測繪

　　因為有時對一個均勻坡度地形的圖面定義并不需要太密的高程點而是用邊界高程點組成的地性線構成的面來表示，所以為了避免計算機軟件對高程點的錯誤內插，通常需要專業人員在通過對地形圖充分的判讀基礎上(必要時現場判讀，增加高程點測繪)，對地性線上的高程點進行人工內插加密，內插密度以間隔的兩倍為好。實驗表明密度再加大一倍，數據量會增加一倍，而計算結果的精度提高卻很少。均勻坡度面中則不須要人工的內插增加高程點。

　　2.填挖動土區域邊界線的確定

　　填挖動土區域邊界需要專業測繪人員根據開挖前后的地形圖對照后確定。大型土方工程往往是零散開挖集中填方，所以涉及施工區域大而雜，動土范圍的人工準確確定有助于減少不必要的數據處理量。

　　3.數據檢查

　　不論是原始高程數據還是計算過程中的方格高程體積數據及結果數據，都要經過人工干預層層復查。當然并不是要人的再計算一遍，而是通過某些方法通過人工的判讀來檢核各步驟成果的正確性。比如可以通過圖面填挖區域顏色的區分看填挖區域是否連續、有無不正常的跳躍高程點或間斷高程點來判斷此位置是否有數據或計算錯誤。在數據檢核時首先要把握高程數據源頭外業采集數據，盡量先剔除或改正外業采集中的錯誤造成高程錯誤的數據;其次計算過程中對提取的數據排序后一一對應關系的檢查也是必須的;最后就是成果數據的檢查。

　　三、土方優化調配

　　1.土方調配思路和原則

　　土方的調配是在土方工程填方和挖方的轉移和配置關系。進行土方調配的目的：減少工程項目由于堆放或棄方對耕地的破壞和占壓以及對周圍環境造成負面影響。

　　2.土方優化調配系統全面的建立

　　土方優化調配系統是一整個建設項目為系統，在各工程之間進行土方聯合調配。子系統根據實際情況劃分，建設相鄰溝、路時，溝渠修筑多為挖方，田間道路的修筑多為填方，溝渠的修筑往往與相鄰田間道的修筑同步實施，可將挖方填筑到填方區，自然相鄰的溝渠路便成了土方調配的子系統。

　　四、小結

　　方格網法、斷面法、DEM法是土木工程中三種常用的土方測量計算方法，具體選擇哪種方法必須根據具體的地形特點、精準度要求確定。

　　參考文獻

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