試論水利工程土方斷面計量方法的優缺點和改進

王亞輝

河南省陸渾水庫管理局

1 前言

在建筑工程中，土方量的計算非常重要，關系到工程的具體實施方案以及工程項目的經濟效益，計算土方量的方法目前有DTM 法、區域土方量平衡法、斷面法、等高線法、方格網法等，在工程項目中，需根據項目實際情況選擇計算方法。但一般在水利工程中采取的是土方斷面計量方法，可以更好地對開挖和回填提供數據支持。而土方斷面計量方法存在多種，在科學技術并不發達時代，現場記錄繪圖是工程土方計量主要方法，雖然這種方法一直沿用至今，但也存在明顯的劣勢，所以目前對于土方斷面計量有DTM 斷面法、CASS 斷面法等，固然增加了土方量計算的快捷性和高效性，不過其也存在一定的劣勢，從而導致土方量計算不準確或計算煩瑣等情況。本文中，對幾種土方斷面計量法進行綜合分析，并淺議其改良辦法。

2 關于水利工程土方斷面計量方法優缺點

2.1 DTM生成斷面法

DTM 是利用一個任意坐標系中大量選擇的已知x、y、z 的坐標點對連續地面的一種模擬表示，可用于任意斷面圖繪制。通過三角網將測量坐標數據點進行連接，設計斷面穿越若干三角形，從而得到插值點，再根據相關坐標點插值形成斷面線，進行最終斷面圖的繪制。此種方法，插值點是在斷面穿越三角形時所截取的，而非人工隨意選擇，具有較高精準度，能夠滿足紙張作業的可視性和計算性要求，同時其所得插值點數據具有真實性，能更真實的反應實測地貌特征，對于水利工程復雜地形適應度較高，也是目前水利工程土方量計算主要方法之一[1]。

但其同樣具有諸多硬性要求，一旦條件不符合，便會使所測數據出現偏差。例如，采取DTM斷面法，需要相關技術人員熟練測量布點及三角網控制技術，具備較高的專業水平和豐富的行業經驗，否則，將導致DTM技術所生成斷面與實際勘測地形嚴重不符。且一旦涉及設計變更，將重新進行土方重復計算和圖件修改，無疑增加工作量和工程時間。

2.2 水利工程土方斷面計量法中已知插值點生成斷面

將已知插值點進行連接，從而得到高程數據，以便形成斷面線繪制斷面圖。采取已知插值點生成斷面法所截取的斷面圖同樣擁有較高精度，能夠與紙張作業的可視性和計算性要求相匹配，可以反映實測地形面貌[2]。但其存在適用前提，若排除實際地貌地形影響，理想狀態下，所有高程點可處于同一水平線，但實際情況是，水利工程項目中，地形多變，很難達到斷面線測點密集度要求，所以解決辦法一般采取人為干預，在低密度測點區間進行插值點設置，再將坐標數據整理完善，這種方法根據已知測點數據，很好地補充了存在的斷面測點不足問題，斷面生成較為簡明。

此類方法缺點依然明顯，人工干預下，測量數據真實性和可靠性不能保證，同時插值點與實測地形不符，最終計算數據存在偏差，且計算步驟較為煩瑣，當有設計變更需求時，同樣增加了大量工作時間，效率不高。

2.3 南方CASS斷面法

使用南方CASS斷面法進行土方計算，首先需要生成里程文件，其原理是利用離散方法對地形進行描述[3]。生成里程文件常用方法有四種選擇，分別是有縱斷面生成，這種生成過程較為靈活、直觀，其次由復合線生成，其以斷面線為起點，依間距記下每一交點在縱斷面線上離起點的距離和所在等高線的高程。還有等高線生成以及三角網生成，以斷面線為起點，處理斷面線與等高線的所有交點，依間距記下每一交點在縱斷面線上離起點的距離和所在等高線的高程和以斷面線為起點，處理斷面線與三角線的所有交點，依間距記下每一交點在縱斷面線上離起點的距離和所在三角形的高程[4]。南方CASS 斷面法主要是采取CASS 軟件進行分析，生成平面數據圖、斷面圖、土石方計算表，到最后完成土方計算。所以這種方法較為簡潔明了，比之DTM生成斷面法老說，制圖簡單，快捷，且在設計變更時，可直接進行相應更改。

由于這種方法是直接在里程文件生成的斷面圖，所以與實測地形存在一定差別。由縱斷面線生成的里程文件，其測量數據稀疏問題得不到很好的解決。例如，在生成渠道斷面時，相應里程文件會將設計中心線的高程數據默認為原狀斷面線的中點高程[5]。軟件在里程文件建立后便會進行自動處理模式，所有測量數據進行TIN 計算，由中點高程起至外推算。但是設計中心線與實際中心并不是互相吻合的，所以軟件將相鄰地形控制點做了平均化或直接排除，從而使里程文件中生成的原狀斷面圖與實測不一致，導致數據出現偏差，最終土方計量結果存在一定誤差。

2.4 現場記錄和繪圖

此類方法屬于使用時間較長的一種計量方法，主要是利用測量工具，如卷尺、經緯儀等簡單工具進行測量，將測量所得數據記錄在記錄簿上，通過坐標紙進行斷面圖的描繪，結合計算工具與所繪制的斷面圖計算土方。此種方式需要足夠的工程經驗，對數據測量把控到位，且繪制圖形準確規則[6]。其主要運用方法為，相關人員在工程現場進行數據的記錄，繪制現狀斷面圖，同時將工程設計斷面線也繪制出，兩相比較，可大概判斷回填和挖開區域，再劃分合適分段長度，以便計算梯形面積，使用計算工具對梯形面積進行求和，便可計算出回填和開挖區域面積。

這種方法其優點是工程師具有足夠操作空間，且符合實際地形，精準度較高。但同時，這種方法又較為原始，每一個步驟都需要人工完成，較為耗時耗力，而且計算量多，效率不高，若存在設計變更等情況，則需要從頭測量計算[7]。

3 關于水利工程土方斷面計量方法改進措施

結合上述幾種土方斷面計量方法，可以分析出各種方法之間的優劣，DTM生成斷面法和已知插值點生成斷面雖然效率高，但DTM生成斷面法在涉及設計變更情況時需要重新進行計算和圖紙修改，而且操作要求較高，當然已知插值點生成斷面和手動記錄繪圖也有設計變更復雜問題，已知插值點生成斷面其數據準確度也有偏差，現場記錄繪圖數據準確但所需計算量較大，費時費力，南方CASS斷面法雖計算快捷，設計變更簡單，但精準度存在問題，總之各種方法各有優劣勢，這也是目前水利工程土方斷面計量中存在的實際問題[8]。

但從DTM生成斷面法和南方CASS斷面法中分析其優劣勢，并不是不能找到解決辦法，DTM 生成斷面法存在數據準確和適用度高的優點，而南方CASS 斷面法具有計算快捷方便的優點，兩者優劣勢正好可以形成互補，可以達到準確快捷的土方計量目的[9]。在南方CASS斷面法中，無論是設計斷面線還是計算表，都是從里程文件中自動生成，并不需要人為操控插值點和數據，但其所生成的斷面與實際地形的多變相差較大，從而導致所得數據并不準確，所以，其解決方法非常明顯，將原狀斷面線和設計斷面線運用修正技術，從而矯正數據誤差，得到較為精準的計算結果。在實際操作中，需要將原狀斷面線和設計斷面線進行替換，以達到自動修正的目的[10]。其中需要注意的是，兩根斷面線應具備統一高程和設計中線為共同參考線和高程，同時，在倒角過程中需按規范進行，否則將會導致軟件無法自動計算，在設計線的替換時，設計線應與中軸線存在交點，避免設計線直接穿過中軸線，從而引起軟件自動計算功能故障。當然，如果設計線與中軸線為出現交點，也有相應解決辦法，如利用編輯多段線就可。

4結語

綜上所述，水利工程項目中，土方斷面計量方法多種多樣，有DTM生成斷面法、南方CASS斷面法、現場記錄和繪圖、已插值點生成斷面法，這幾種方法根據可根據實際工程需求進行選擇或結合，但單一的計算方法都存在其明顯的優劣勢，在實際應用當中可能出現計算結果不準確、計算效率低、費時費力等情況，所以，需要對目前土方計量方法給予改進，提升計算精準度和土方計量工作效率，以便水利工程項目施工效率和施工質量的提升。在本文中，對幾種土方斷面計量方法進行了優劣勢的分析和功能上的闡述，并結合其中的優劣點給出相應解決辦法。而隨著我國科學技術的進步，相信在未來，水利工程土方計量方法能夠得到長足發展，我國水利工程相關人員能夠用夠擁有更加便捷高效的技術手段。