總圖設計中土方量計算的研究與比較

范康燕

中輕國際工程有限公司 北京 100026

在工程項目的建設中，土方量計算是重要且相對復雜的環節。很多的因素都會影響土方計算，包括選擇的測量精度、計算方法等。土方計算中截面法、網格法以及DTM方法比較常見。不同的計算方法在原理上有所不同，所適用的工程范圍也不同。接下來，本文將對常用土方計算方法以及軟件進行分析。

1 總圖設計中土方量計算的主要方法

1.1 網格法

1.1.1 功能和范圍

方格方法的操作非常簡單，計算結果易于理解，甚至初學者也可以很好地使用它。使用網格法計算土方量過程中，每個網格的土方量都可以準確地進行計算。可以通過疊加每個網格的土方來計算總土方。因此，網格方法適用于相對平坦的地形。

1.1.2 計算的基本原理

網格法計算首先獲取每個角的網格高度，將這些高度值相加，然后從標準網格邊長獲取網格區域的總面積，進而通過簡單的體積計算最終計算出土方量。

1）計算施工標高。地形的實際標高與施工標高之間的差值。

2）計算零位。如果網格中具有挖方與填方，則必須首先計算網格邊緣的零點的具體位置，并將其標記在網格上。這是填方區域與填方區域之間的邊界。

1.1.3 計算的主要步驟

1）導出高程圖數據。利用網格法計算土方時，首先要進行采點操作，使用鼠標進行“工程應用->選擇指定點以生成數據文件”操作時，軟件將自發地彈出一個界面并請求坐標數據。如果將文件另存為dat格式，則指定的點將顯示在左下角。

用鼠標左鍵單擊高程點以查看特征代碼。該代碼代表行政代碼。在下一步中，進行采點，然后按Enter。當按下Enter鍵時，將顯示高程（0.00m），可以輸入剛剛用鼠標得到的高程點數據。

2）圖紙處理。使用鼠標進行“繪圖->高程點”操作，以上述導出的數據格式加載數據文件，然后進行高程點距離以及參數比例的設置。對基點使用復制原始圖像，然后關閉使用多段線。

3）土方計算。繪制后，進行“工程應用程序->網格法土方計算->選擇計算區域邊界線”的操作。在高程點坐標文件中，選用“施工前數據”這一文件。目標標高值應高于實際的施工后標高。單擊“確定”導出設計圖，并獲得總的施工前填方量。然后使用相同的方法導入“后期工作數據”文件，計算出施工后的總填方值，然后減去2得到土方。

1.2 斷面法

1.2.1 計算的基本原理

土方計算中，斷面法計算出最初的地面線與實際設計的地地面線之間圍起來部分的斷面面積，并使用斷面之間的距離找到圍起來的幾何圖形的總體體積。通過匯總統計各斷面的體積，獲得目標區域中的填方量。

1.2.2 計算的主要步驟

在進行土方計算時，使用斷面法必須進行剖面線設置，并在目標區域內一定距離處收集剖面數據。通常，布局截面應垂直與截面線或線性投影的軸線垂直。

通常，在同一項目中用于計算土方量的斷面法需要進行多公式計算。土方計算的剖面法中，計算的準確性受到剖面之間的距離、地面的數據收集準確性以及所使用計算方法的影響。如果可以控制測量的精度，則為了提高土方計算的準確性，有必要通過縮短截面之間的距離，并利用恰當的計算方法來作。基于滿足規范的要求，在地形變化不顯著的地區中，可以合理地增加斷面之間的間距。如果地形發生明顯變化，則應適當減小斷面之間的間距，以確保計算的土方量準確性。

1.3 DTM法

1.3.1 計算的基本原理

DTM方法用于土方計算的原理是基于測得的地面高程點坐標和設計的高程數據，并通過三角網絡模型的構建，計算所有三棱錐的填方量。并計算每個三棱錐對應的土方量。通過疊加土方量來計算最終的土方量，并根據計算結果顯示填挖方之間的邊界。

1.3.2 計算的主要步驟

DTM方法主要利用高程點數據、坐標數據以及基于原始圖三角網等三種方式的計算，進而完成土方計算。如果計算中使用前兩者，則需要重建三角形網格，而第三種方法只需要使用原始圖紙的三角形網格。具體如下：

（1）根據坐標數據進行計算。在復合線圈上標記要處理的土方區域，然后按照軟件說明在圖上確定計算區域的邊界所在，導入該區域對應的坐標文件，在隨后顯示的界面中輸入邊界采樣間隔與平場標高，然后按OK。

圖1 利用DTM法計算土方量

2）根據圖上的高程點進行計算。計算時，需要標記復合線圈要處理的區域，并用鼠標進行相應操作。

3）計算圖中的三角網。首先，建立一個DTM模型，根據被測地形的特征進行三角網的適當刪除，用鼠標執行最終的DTM方法土方計算操作，按照軟件說明引導輸入平坦區域的高程，并確保計算中需要的三角形面積，單擊Enter，計算結果將自動顯示。

2 飛時達、鴻業與civil3D軟件在土方量計算上的研究

2.1 土方計算中飛時達軟件FastTFT

2.1.1 計算原理

土方計算中，飛時達軟件FastTFT是在AutoCAD平臺上設計出來的土方計算的專業軟件。它根據原始地形圖對應的等高線、高程點進行原始高程的自動收集，原始地形的處理中，根據軟件的操作步驟，將原始地形數據輸入。還可以根據站點要求自動優化和計算站點設計的立面圖，并對其進行參數化，以確定站點設計中的立面圖。

2.1.2 軟件計算的范圍與優勢

FastTFT軟件在土方計算中，范圍主要是工廠總圖站點以及居住區規劃的土方計算，同時也用于機場站點、城市道路設計、農業工程中的農業用地和土地規劃、園林景觀設計、灌溉設計中河堤和大壩等的土方量計算。FastTFT會根據將運輸距離乘以最小的運輸量與土方建設成本的原理，自動確定土方分配計劃并自動生成3D模型。它根據實際工地的需求以及不同復雜的地形條件，提供了計算土方的針對性方法。可以執行分區域的土方開挖和填方的結果優化，以解決現場土方平衡的要求。

2.2 土方計算中鴻業市政道路軟件的應用

2.2.1 計算的主要原理

為了在更大范圍內計算土方，鴻業市政道路軟件在計算填挖方量時，精度較高，工作量更少，計算更簡單。基本原理是在需要在計算的范圍內以規則的間隔繪制網格，使用設計的高程平面作為計算土方量的底部，并根據上述高程點計算每個網格頂點的高程，分別計算每個方形的具體土方量，并將所有土方量相加獲得總的土方量，土木工程計算的場地平整是通常遇到的問題。

2.2.2 計算的范圍與優勢

對于工程建設，尤其是大規模的地面平整土方工程，有必要計算填土量和開挖量。紅葉城市道路軟件土方計算模塊可以較好地解決土方平衡填方和基坑體積計算問題。較舊的土方平衡設計經常使用其他方法和軟件進行計算，工作量大，效率低并且具有不理想的設計效果。經過對紅葉城市道路軟件的進一步研究和開發，主要用于城市道路設計。除了強大的功能外，它還可以解決其他工程設計問題，例如土方平衡路堤體積計算和開挖。

使用紅葉城市道路軟件來執行土木工程平衡計算，無需使用大量的海拔梯度，復雜的插值以及其他調整其他繁重任務的方法。該方法適用性強，土方計算的準確性和效率高。對于土方平衡工程設計，建議使用它來計算現有高程點的土方量。

2.3 Civil3D中的土方計算中的應用

2.3.1 計算的適用與原理

Civil3D是Autodesk為土木工程行業提供的功能強大的的處理軟件。近年來，越來越多的開發商將重點轉移到丘陵與山區的開發上。這些區域的開發需要特別注意地質環境、地形與工程技術等。對于設計師而言，傳統的信息收集技術和2D方法不能滿足總體控制以及項目進度的需求，尤特別是計算土方量、擋土墻以及道路設計的總圖設計中。

Civil3D在場地臺階與道路之間實現不同的協調關系，減少了人工方案選取和工程量統計的總體工作量，因此可以同時輸出工程量表。調整道路的高程也會動態更新垂直剖面圖。設置截面裝配后，可以將其直接轉換為完整的道路施工圖。

2.3.2 軟件計算的優劣勢

在土方計算中，Civil3D有其自身的優勢，特別是在引入曲面概念時，工程設計人員可以快速并動態地對土方的演變過程進行了解，始終掌握主要的環節并實現優化和調整。可以將邊坡與工廠區域的土方工程結合起來，以進行總體平衡優化。Civil3D在計算精度上，使用了更復雜的計算模型，因此與實際情況更加吻合，實現了實時顯示3D界面，這也對計算機設備的性能提出了很高的要求，這也是很多普通用戶不選用該軟件的原因。

3 結束語

當前，許多計算機軟件都具有土方計算的基本功能。尤其重要的是，如何在總圖設計中快速且合理地使用計算機軟件，以根據實際需求，利用適當的計算方法，準確地滿足并完成土方量計算。為了解決這一問題，在某些實際項目中，可能需要確定較復雜的條件與參數，針對這些方法與軟件的原理與優缺點進行合理選擇。