CASS在龍首礦區綠化場地平整與土方計算中的應用探討

劉鵬山，張永龍，靳 博，楊瑾皓，車 山，甄 震，丁 科

（金川集團股份有限公司龍首礦，甘肅 金昌 737100）

1 背景

隨著金川礦山的快速發展，龍首礦的綠化越來越受到礦山人的重視。但是，在龍首礦區綠化期間，場地平整中有大量土方工程。土方估算和計算已成為工程成本和方案中必不可少的工程指標，實現平衡的填方和挖方，選擇合理的場地土方分配方案，避免反復重復回填、開挖和運輸，并節省施工成本，加快施工進度。

1.1 軟件介紹

CASS是借助AutoCAD平臺二次開發的專業測繪軟件，其功能和CAD相似，增加了土方量計算方法。該軟件的界面友好，學習較容易，操作更簡便，并且土方量的計算精度高，效率高，速度快，非常適用于設計綠化場地平整方案和計算填挖土方量。

利用CASS設計綠化場地平整方案和計算填挖土方量，突破了傳統計算方法的瓶頸，不僅簡單、快捷、精確，還提高了工程效率，降低了工程費用。

1.2 土方量計算的原理

場地設計面分為規則面（平面、斜面、曲面）和不規則面，但自然地面更是復雜多變，要求所計算的土方量絕對準確是非常困難的，在實際計算過程中，選取合適的特殊點，在某一方向上的礦區自然地形的變化擬合成折線變化，或利用TIN（三角網）建立DEM（數字高程模型）形成連續三角面，基本模擬出礦區自然地形的變化規律，能符合礦區真實地形情況，先計算出設計線與相似折線間的面積，然后再乘以高度，就可計算出體積，即為土方量。

2 CASS計算土方量的方法

由于斷面法計算土方量和傳統方法計算土方量的原理相同，故不作介紹，下面將重點介紹：方格網法、DTM法和等高線法。

2.1 方格網法

CASS軟件介紹的方格網法，需要的依據為礦區區域的“高程點坐標數據文件”，其具體計算操作為：

首先在軟件中展繪數據，用復合線繪制出需要計算土方的區域，再用鼠標點擊“工程應用”-“方格網法土方計算”，選取需要計算的區域邊界線，然后會彈出的方格網土方計算對話框，從中導入填挖前所實測的“高程點坐標數據文件”，再選擇設計面：

（1）若設計面是平面時，先輸入“目標高程”，后輸入方格網規格。例如輸入10m，則為采用10m×10m的方格網；

（2）若設計面是斜面時，先確定斜坡方向，一是坡頂點的“坐標”與“高程”，二是坡線的下邊點的“坐標”，最后確定“方格寬度”；

（3）若設計面既不是平面也不是斜面，經開挖或回填后的場地變的雜亂無章，先利用前期實測的綠化場地“高程點坐標數據文件”，形成“三角網文件”，然后在設計面選項中選取和導入文件，最后再確定“方格寬度”；

（4）如果設計面是上述的任意一種，也可以選取“三角網文件”，前提是要構建場地挖方后的“三角網”，其方法計算土方量與DTM法中依據圖上三角網計算相似。

2.2 DTM法

利用DTM模型方法指的是依據礦區實測的點坐標（北坐標，東坐標，高程），再利用形成的三角網來求出每一個三棱錐的填挖方量，然后累加求出指定礦區區域內的填方與挖方土方量，并繪制出場地填挖方的分界線。

2.2.1 根據坐標計算

（1）首先把計算土方的區域用復合線繪制出，線必須是閉合的，但最好不要擬合；

（2）“工程應用”→“DTM法土方計算”→“根據坐標文件”用鼠標依次點擊；

（3）提示：選取區域邊界線，用鼠標點擊所畫的閉合復合線；

（4）先在彈出的“高程坐標文件”對話框中選擇場地實測高程坐標文件，再在彈出的“DTM土方計算參數設置”對話框中輸入場地設計標高與邊界采樣間隔(米)（設定的默認值是10m）；

（5）回車后，場地填挖方的提示框出現，命令行顯示：填方量=XX m3、挖方量=XX m3，以及選取的場地三角網、填挖方(白色線條)分界線；

（6）關閉對話框后，系統提示：顯示表格的左下角位置需指定：＜直接回車，不繪表格＞在圖上合適位置用鼠標點擊，在該處顯示計算成果。

2.2.2 根據圖上實測的高程點計算

（1）先展繪高程點，用復合線選定所要計算土方的區域；

（2）“工程應用”→“DTM法土方計算”→“根據圖上高程點計算”用鼠標依次點擊；

（3）提示：點擊選取邊界線。DTM土方計算參數設置對話框彈出，輸入平場設計標高與邊界采樣間隔(米)：＜10＞（設定的默認值為10m）；

（4）用回車確定后，顯示計算成果表。

2.2.3 根據圖上的三角形計算

（1）先建立DTM模型，點擊“等高線”→“建立DTM”，直接圖上選取或者選擇數據文件，生成三角網，再根據礦區場地的實際情況，在已有的三角網上進行必要的添加和刪除，讓結果逼近礦區實際地形；

（2）“工程應用”→“DTM法土方計算”→“根據圖上三角網計算”用鼠標依次點擊；

（2）熱處理調質后變形風險大 根據技術條件的性能試料要求編制的粗加工圖如圖2所示，增加性能試料區和粗加工余量后粗加工尺寸變為φ6430mm×350mm。雖然在工藝準備時充分考慮到變形因素并適當增加厚度方向上的余量，力求在源頭上保證熱處理變形后尺寸能夠滿足精加工要求，但管板直徑大、壁厚小、高徑比小，熱處理調質時容易變形，調質后變形風險大。

（3）提示：場地標高(米)：輸入平整后的實際高程，再用鼠標選取三角形。

2.3 等高線法

此計算法是指求出任意兩條等高線間的（必須是閉合的等高線）土方量，具體操作步驟如下：

（1）先展繪場地實測點，再建立DTM模型，點擊“等高線”→“建立DTM”，直接圖上選取或選擇數據文件，生成三角網。再根據礦區地形實際情況，在現有的三角網上進行必要的添加和刪除，讓結果逼近實際地形，“等高線”→“繪制等高線”依次點擊，彈出的對話框中可選擇等高線間距等，并修復不閉合的等高線；

（2）“工程應用”→“等高線法土石方計算”依次點擊，在屏幕上提示的“選擇參與計算的封閉等高線”中選取封閉的等高線；

（3）回車后，提示：“輸入最高點高程”；

3 應用舉例

在龍首礦區地表綠色工程項目中，礦區地形較為復雜，有山谷、溝壑以及廢石堆等，工作重點是準確計算實際填挖方量。隨著金川礦山的快速發展，礦山人越來越重視礦區的綠化，在龍首礦區土地綠化場地平整中存在著大量土方工程，在綠化工程方面土方量的計算和調配顯得非常重要，在礦區綠化工程成本和方案選擇中不可缺少的一項工程指標是土方量的計算、核算。

由于西一斜坡道硐口的地形是山脈環繞，其中有山谷、溝壑等復雜地形，還有廢石的堆放雜、亂而且面積寬，若利用傳統的斷面法，則根本無法計算，故采用DTM法進行計算土方量。

3.1 野外采集數據

廢石堆距離礦區控制網系統較遠，利用現有坐標系統進行測量非常困難，為了方便、快捷和精確，利用GPS觀測技術：在廢石堆場視野開闊的地方加設基準站，假定基準高程，先測量廢石堆的堆積范圍，然后再測量廢石堆堆積地形較復雜點和變坡點。

3.2 內業數據處理

在CASS上先展繪外業采集的坐標數據，再建立DTM模型，繪制出場地等高線。

解算所采集點的高程，綜合考慮，場地標高是一般取10個高程最低的值的平均值，按照DTM計算土方量的方法來求出堆積廢石場場地平整土方量。

計算結果可表1，選擇綠化場地平整的最優方案的前提條件是準確計算廢石堆場場地平整填挖方量，也是綠化工程費用結算的主要依據。

表1 計算成果

4 總結

本文對利用CASS軟件計算土方量的方法進行了探討，相比傳統方法，對于獲得場地平整標高和土方量情況時，CASS更快捷、更準確，提供為全面掌控綠化工程的可信依據。在實際工作中，綠化場地的最佳平整方案是土方最優調配方案與土方最優平衡方案相結合，既要滿足場地填、挖土方量平衡，又要滿足土方最佳調配，確定出最終的、最合理的場地平整的設計高程，土方量計算結果能滿足精度要求，達到的目的是使場地平整最優設計和土方量計算最優化。

CASS軟件作為測繪人員的左膀右臂，其功能能熟練掌握并付之于實踐中，在綠化工程項目建設中起到不可忽視的作用。