Cass軟件土方量計算及兩期土方量計算方法精度分析

王 曉

(呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 孝義 032300)

0 引言

土方量計算是工程項目中常見的一項工作,在公路、鐵路、河道、市政管溝、大壩渠道、園林土建、廣場、農(nóng)田、礦山、湖泊等各類土石方工程中都會遇到土方量計算及預(yù)算問題。土方量計算有很多種方法,而如何選擇適合的工程計算方法是關(guān)鍵。目前,土方量計算方法主要存在以下幾個問題:計算土方量方法有很多,但總是將傳統(tǒng)手工計算與軟件計算混淆;利用軟件計算土方量時,對注意事項講解得不夠全面;對于兩期土方量的分析不夠全面。傳統(tǒng)復(fù)雜的手工計算常采用方格網(wǎng)法與斷面法。方格網(wǎng)法主要用于場地平整,通過在場地布設(shè)設(shè)定寬度的方格網(wǎng),測定方格網(wǎng)各點的高程,計算場地的平整標高,將其作為設(shè)計高程,再計算各點的施工填挖高度及零點位置繪制零線,根據(jù)各點設(shè)計高與實測高組成的立體圖形,計算各方格網(wǎng)的填挖土方量并匯總,從而獲得測區(qū)土方量。斷面法主要用于線狀工程土方量計算,通過測定線路的橫斷面,根據(jù)兩橫斷面間的體積之和求出線路的土方量。傳統(tǒng)手工計算外業(yè)工作量大,計算復(fù)雜,易出錯,精度與工作量存在矛盾。本研究闡述了傳統(tǒng)手工計算原理,以Cass軟件為例,比較各種計算方法使用時應(yīng)注意的事項,通過實際案例分析,利用Cass軟件DTM法與方格網(wǎng)法進行兩期土方量計算,并進行精度分析。

1 Cass軟件土方量計算方法及比較

Cass軟件土方量計算方法有方格網(wǎng)法、DTM法、斷面法、等高線法、區(qū)域土方量法5種。結(jié)合5種方法計算時應(yīng)注意的問題,為合理選擇計算方法、提高精度提供參考(結(jié)果如表1)。

表1 Cass軟件土方量計算注意事項Tab.1 Points for attention in calculation of earthwork volume with Cass software

2 Cass軟件兩期土方量的計算方法比較

使用Cass軟件進行兩期土方量的計算,方法為DTM法與方格網(wǎng)法。DTM法兩期土方量計算過程如下:將兩期外野采集數(shù)據(jù).dat,建立DTM文件.sjw。選擇工程應(yīng)用中DTM土方計算中的計算兩期土方,根據(jù)提示分別選擇兩期的DTM文件點,確定計算出兩期土方量。計算中應(yīng)注意:①建立DTM文件時,需刪除建立在邊界線以外及不合格的三角網(wǎng)。處理三角網(wǎng)時會遇到三角網(wǎng)在邊界線上的問題,先將邊界線前置,再將三角網(wǎng)后置,將修改結(jié)果存盤,最后保存文件。②兩期數(shù)據(jù)外業(yè)采集邊界線的確定。兩次數(shù)據(jù)采集邊界線要盡可能一致。

方格網(wǎng)法土方量計算原理是將第二期外業(yè)采集數(shù)據(jù)作為一期采集數(shù)據(jù)的不規(guī)則設(shè)計面,根據(jù)指定寬度的方格網(wǎng)與一期數(shù)據(jù)形成填挖幾何體,計算整個測區(qū)填挖方量。計算過程如下:將展第二期數(shù)據(jù)野外測量點號,使用PL命令繪制土方邊界線,建立二期數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)文件.sjw。選擇工程應(yīng)用中方格網(wǎng)土方計算,出現(xiàn)方格網(wǎng)土方計算對話框,輸入高程點坐標選第一期.dat數(shù)據(jù),三角網(wǎng)文件選第二期.sjw文件。計算時應(yīng)注意:①將二期數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)文件二期.sjw。一期可以是外業(yè)采集數(shù)據(jù)也可以是高程數(shù)據(jù)。②外業(yè)采集格數(shù)據(jù)的密度與計算格網(wǎng)的寬度接近一致,外業(yè)數(shù)據(jù)采集點稀疏,會降低計算精度,過于稠密會增加外業(yè)工作量。③外業(yè)采集數(shù)據(jù)要能反映地勢起伏情況,采集范圍要注意略大于測區(qū)。④土方量計算完成后,回填或開挖都要注意虛方數(shù),可根據(jù)實際情況乘以虛方數(shù)。

3 Cass軟件兩期土方量的計算案例分析

案例1:以某博物館項目的基坑開挖為例,該項目總占地面積3.976萬m2,博物館建筑面積為1.45萬 m2。在基坑開挖前,測區(qū)進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集430個點,測量點間隔大約10 m,最小值高程763.414 m,最大值高程768.200 m,平均值為765.770 m。基坑開挖后,對博物館建筑外業(yè)數(shù)據(jù)采集大約170個點,測量點間隔大約7 m,最小值高程762.771 m,最大值高程767.728 m, 平均值為763.663 m。

利用DTM法對博物館進行兩期土方量計算,計算結(jié)果如表2。從表2可以看出,DTM法在進行兩期計算時,一期面積不同,二期面積相同,計算結(jié)果相同,且計算是以面積小的為準,說明DTM法兩期土方量計算的邊界線是以重合后最小邊界線計算土方量的。DTM法計算時需要將兩期數(shù)據(jù)都生成三角網(wǎng)文件,生成時注意處理三角網(wǎng)。

表2 某博物館基坑開挖DTM法兩期土方計算結(jié)果Tab.2 Two-stage earthwork calculation results of DTM method for excavation of foundation pit of a museum

利用方格網(wǎng)法對博物館及大劇院進行兩期土方量計算,計算時改變格網(wǎng)寬度,計算結(jié)果如表3中2、3、4列。可以看出,當計算格網(wǎng)寬度選擇不同時,計算結(jié)果也不相同,且隨著格網(wǎng)寬度的逐漸減小,計算填方量逐漸減小,挖方量逐漸增大,這與方格網(wǎng)計算原理有關(guān),格網(wǎng)越小,計算的面越接近真實地面,但當格網(wǎng)大小小于數(shù)據(jù)采集密度時,格網(wǎng)再小意義也不大。大量實踐表明,計算網(wǎng)格寬度與外業(yè)數(shù)據(jù)采集密度一致時,計算精度最符合實際要求[5]。方格網(wǎng)法計算時,是將二期數(shù)據(jù)作為設(shè)計面,二期數(shù)據(jù)需要生成三角網(wǎng)文件,在生成時要注意處理三角網(wǎng),需要展二期數(shù)據(jù)并繪制土方量的邊界線。

表3 某博物館基坑開挖方格網(wǎng)法兩期土方計算結(jié)果及精度分析Tab.3 Two-stage earthwork calculation results and accuracy analysis of grid method for excavation of foundation pit of a museum

從案例可以看出,TM法與方格網(wǎng)法都可以進行兩期土方量的計算,且兩種方法計算結(jié)果不同甚至差距很大,故對兩種方法的計算結(jié)果進行精度分析,結(jié)果如表3中5、6列。可以看出,隨著方格網(wǎng)的格網(wǎng)寬度減小,與DTM法計算的挖方量互差值越小,與挖方量的相對誤差率逐漸變小,說明格網(wǎng)越小與DTM法計算結(jié)果越接近。

案例2:以某測區(qū)內(nèi)計算土堆方量為例,該項目要求將測區(qū)內(nèi)面積約2萬m2、總長350多米、寬90多米、高約6 m的土堆移出測區(qū),要求估算出移出土方的量。按要求使用RTK采集現(xiàn)有土堆數(shù)據(jù)為一期數(shù)據(jù),以坡腳一周路沿石為二期數(shù)據(jù),作為移出后的設(shè)計面,使用Cass軟件的DTM法與方格網(wǎng)法分別進行兩期土方量計算。結(jié)果如表4和表5中的2、3、4列。從表4可以看出,兩期土方量邊界線不同,土方量計算的邊界線是按照重合部分邊界線計算的。從表5中的2、3、4列可以看出,方格網(wǎng)法計算土方量,格網(wǎng)的寬度不同,計算結(jié)果不同,且隨著格網(wǎng)寬度的縮小計算的方量增大。

表4 某土堆土方量DTM法兩期土方計算結(jié)果Tab.4 Results of two-stage earthwork calculation by DTM method for a mound earthwork

表5 某測區(qū)土堆土方量方格網(wǎng)法兩期土方計算結(jié)果及精度Tab.5 Two-stage earthwork calculation results and accuracy analysis of earth mound volume grid method in a survey area

對案例2兩種方法的計算結(jié)果進行精度分析,從表5中5、6列的數(shù)據(jù)可以看出,方格網(wǎng)法的格網(wǎng)寬度逐漸減小,與DTM法計算結(jié)果互差及相對誤差率逐漸減小,當格網(wǎng)寬度到5 m時最接近DTM 法數(shù)據(jù)計算結(jié)果,當格網(wǎng)小于5 m時,互差及相對誤差率又開始增加,當格網(wǎng)寬度小于10 m時,方格網(wǎng)法與DTM法計算結(jié)果的相對誤差率小于5%。

4 結(jié)論

使用Cass軟件中的兩種方法完成兩期土方量計算并對計算結(jié)果精度進行分析,得出結(jié)論如下:

Cass軟件可以用方格網(wǎng)法與DTM法兩種方法計算兩期土方量。為確保準確性,兩種方法可以進行互檢,兩種方法的計算結(jié)果相對誤差率在5%以內(nèi),則結(jié)果都可以認可。

在進行土方量計算外業(yè)采集數(shù)據(jù)時,要能反映地勢起伏情況,在地勢變化大的地方盡可能采集得密一些,從而提高計算精度。為了計算準確,外業(yè)數(shù)據(jù)采集的范圍最好略大于測區(qū)范圍。

在進行兩期土方量計算時,數(shù)據(jù)需生成三角網(wǎng)文件。為提高計算精度,生成時需注意根據(jù)計算土方量的邊界線刪減三角網(wǎng),生成最合理的三角網(wǎng)文件。

利用DTM法進行兩期土方量計算時,是以兩期數(shù)據(jù)的重合部分為邊界線計算的,故在外業(yè)測量時,兩次數(shù)據(jù)采集邊界線要盡可能一致。

方格網(wǎng)法計算兩期土方量時,當計算格網(wǎng)寬度選擇越小計算精度越高。但通過大量實際證明,計算網(wǎng)格寬度與外業(yè)數(shù)據(jù)采集密度越接近計算精度越符合實際要求,外業(yè)數(shù)據(jù)采集點稀疏則會降低計算精度,過于稠密則會增加外業(yè)工作量。

土方量計算完成后,回填或開挖都要注意虛方數(shù),可根據(jù)實際情況乘以虛方數(shù)。