基于CASS的方格網法計算土方量的研究

摘 要:在現在建筑設計中，土石方量的測量和計算顯的十分重要，同時土石方量計算是是工程預決算的重要資料，土石方量計算的正確、及時性是能否有效地進行工程建設和管理的一個重要因素。方格網法土方量計算是土方工程中的一個重要組成部分。本文就復雜設計面情況下，用CASS7進行土方量計算的方法進行闡述，為從事該工作的人提供參考。

關鍵詞:CASS 方格網法 土方量計算

中圖分類號:TU18文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0044-02

隨著我國建筑行業的不斷發展，現在基本上所有項目都需要進行場地平整才能夠進行施工建設，其中土石方量的計算在丘陵等地尤為重要，直接關系到各方的經濟利益。隨著計算機技術的發展和測量軟件的成熟，土石方計算在計算機上用專用軟件進行能達到快速準確的目的。南方CASS軟件就是其中的一種，本文結合實例介紹一種利用方格網法計算大面積土方量的方法。由于自然地表是千變萬化的，絕對準確無誤地計算出土方量，是不現實的，只要按照自然地形的變化采取足夠精度的數據采集方法，測量或采集合適的并且足夠多的特征點，根據這些特征點將其假設或劃分為與自然地形近可能相近的幾何形狀或數學模型，并采用具有一定精度的方法進行計算，即可求得體積。

1 數據的獲取

通常土方量的計算主要通過兩種方法獲得計算所需要的數據，分別是外業測量和根據內業提取數據。外業數據采集時，對于范圍稍大的測區要先建立測區控制網，精度要滿足土方量計算的相關精度要求，平面控制一般采用RTK布設即可。對于范圍較小的測區，可采用任意坐標系的方式建立控制網。在采集野外數據時采集點的密度應該適當過疏不能真實反映地形，過密則增加野外工作量，造成不必要浪費。野外采點時，可以用一站多鏡的方式進行，一般在地形線上要有足夠密度的點，特征點也要盡量測到，這樣才能真實地反應地形;在其它地形變化不大的地方，可以適當放寬采點密度。正確選擇地形特征點(如地勢變化比較大的陡坎處最好坎上坎下同時測點)是外業數據采集十分重要的工作，它是內業計算的基礎。

同樣也可以根據已有的地形圖，根據圖面測高程進行計算。同時在必要的地形點根據以后的等高線進行高程點的加密，以保證地形圖能夠更加真實的反應當地的地形變化情況。

2 內業計算

內業處理的基本思想就是把野外采集的高程點轉入CASS軟件中，然后采用相關模型進行計算。CASS在工程應用中，計算土方量的方法有多種，最常用的有:DTM法土方計算、用斷面法進行土方計算、方格網法土方計算，等高線法土方計算。下面就重點方格網法進行闡述。

坐標數據文件是CASS最基礎的數據文件，擴展名是“.DAT”。無論是野外采集的數據還是根據已有地形圖獲得的數據，最終都要生成坐標文件。而由方格網來計算土方量是根據實地測定的地面點坐標(X、Y、Z)和設計要求的，通過生成方格網來計算每一個長方體的填挖方量和四個角點的設計高程，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。

菜單“工程應用”-“方格網法土方計算”。

屏幕上將彈出選擇高程坐標文件的對話框，在對話框中選擇所需坐標文件。

提示:選擇土方計算邊界線，用鼠標點取所畫的閉合復合線。

輸入方格寬度:(m)<20>這是每個方格的邊長，默認值為20m。由原理可知，方格的寬度越小，計算精度越高。但如果給的值太小，超過了野外采集的點的密度也是沒有實際意義的。

提示:最小高程=XX.XXX，最大高程=XX.XXX

總填方=XXXX.X立方米，總挖方=XXX.X立方米

同時圖上繪出所分析的方格網，填挖方的分界線(綠色折線)，并給出每個方格的填挖方，每行的挖方和每列的填方。結果如圖1所示。

方格網法計算土方量中，軟件首先將方格網的四個角點高程相加(如果角上沒有高程，則通過附近的點內插出該點的高程)，取平均值與設計的高程相減。然后通過指定的方格網邊長得到每個方格網的面積，再用長方體的體的體積得到相應的填挖方量。因此這種方法得到的土石方量與其它的方法相比存在較大的差異。但是在地形比較平整的地帶，其計算比較方便和劃算。在這里結合實例對該方法進行一定的分析。

3 工程實例

在某文明生態城的建設初期，需要對該生態城內4.05km2的場地進行平整，要求平整后場地坡度最大不能大于10%，同時場區內既有道路和一條貫穿的高速公路高程不變，并且不能破壞整個場地的總體趨勢。面對如此大的不規則的場地，在這里使用方格網法進行土方量測計算。

在這里根據以后地形圖，我們通過對原有的地形圖信息的處理，得到圖面上所有高程點的信息，同時在高程點比較稀少區域和地形變化地帶根據等高線適當的內插高程點，同時針對某那些只有高程數值，沒有其余信息的高程，通過生成交換文件的方式根據注記高程位置，得到間接得到相應的高程點，進而建立場地的DEM(Digital Terrain Model)模型。針對場地平整的要求和實際的現場分析可知，并不是所有的位置都需要進行平整，在該項目中，我們首先通過得到的高程數據，建立整個測區的DTM模型，然后利用南方CASS軟件中的坡度分析功能，分析得到坡度大于和小與10%的區域，然后劃分區域有針對性的進行場地平整計算。根據分析結果，將平整的區域劃分成多個不規則的形狀，同時根據分析得到的結果，進行稱場地的平整計算，然而其中高速路兩側的高程不變和既有路的高程不發生明顯的變化，從而某些分析的結果就失去了所用。

同時根據分析的結果針對性的進行分析，一般的分為一下的幾種情況:(1)個別獨立的小范圍土方量計算，(2)大范圍的土方量的計算 (3)坑塘的土方量測計算 (4)山丘的土方量的計算，對此我們在計算的過程中針對不同的類型采用不用的計算方式和土地不同的分割方式。針對個別獨立的小范圍的土方量計算，我們只需要將其中一個或者幾個位置較高(矮)的區域，進行平整處理，即進行推(填)平處理。針對大范圍的土地整平，我們可以根據設計的要求，將較大的范圍分割成大小不同、形狀各異的區域，進行計算。而對于其中的坑塘柑橘設計的要求，對需要保留的不做處理，對于需要填平的坑塘，根據周圍地形，設計比較合適的坡度進行場地計算。對于山丘則在不破壞整體走勢的前提下，在距離山腳一定距離的位置開始設計坡度，從而達到降低山丘的整體坡度和保證山丘基本形狀的目的。在計算的過程中，根據分析的結果進行適當的擴大，以保證在完成土方量的計算以后四周不會出現新的坡度大于10%的區域(如圖2，3）。

以上則是進行一次場地平整前后，坡度按10%閥值進行分析的結過分析對比結果。由此可知場地平整可行，雖然其精度不是十分高，但是按照已有的資料和技術要求能夠滿足設計的要求。

4 實際計算步驟

在南方CASS中通過方格網法進行土方量的計算，其首先根據建立的DTM模型，進行坡度分析中的顏色配置，在這里很據設計的要求將坡度按10%分成兩個梯度，然后進行顏色填充，即可根據建立的DTM模型完成坡度的劃分。方便計算者多區域、多作業人員進行計算。其中主要的計算步驟如下。

(1)根據坡度分析結果使用閉合線選擇一個較為合適的區域，將其中的高程點生成高程數據文件。

(2)在CASS中選擇方格網法土方量計算模塊，從上往下選擇高程點坐標數據文件，點擊斜面。根據四周高程數據選擇一個合適的坡度，選擇5.3%坡度，基準點1和基準點2分別選擇高程為1992.55和1992.67兩個點，向下方向一點選擇高程為1988.63的點。其設計高程為1992.15和1992.17。

(3)在這里多次修改設計的坡度和基準點和設計高程，以達到平整區域與周圍地形的匹配。

在土方量的計算過程中，通過不斷的重復和嘗試，結合不斷積累的經驗，可以比較容易選擇合適的平整場地的范圍和基準點坡度，從而提高計算的效率。

5 結語

在現階段，土方量的計算還是停留在平面這個層次上，對于大面積的土方量的計算，如果能夠通過建立的DTM模型，在計算機中使用曲面模擬實際地形，從而根據坡度分析，自動計算其中的土方量，通過多次的重復計算，可以在比較大的范圍內進行平整，其速度和結果將變得十分的方便額快捷。

參考文獻

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[3]蔡劍波，羅勝.深圳某工廠土方平衡工程設計實例分析[J].市政技術，2010.

①作者簡介:王棋，1985年6月，男，助理工程師，漢族，河北省廊坊市;河北省地質測繪院測繪工程四處。