CASS9.0在特殊地形土方量計算中的應用

屈劉盼盼，涂群生*，楊賽君

(1湖北理工學院 土木建筑工程學院，湖北 黃石 435003；2武漢工程大學 資源與土木工程學院，湖北 武漢 430205)

CASS9.0在特殊地形土方量計算中的應用

屈劉盼盼1，涂群生1*，楊賽君2

(1湖北理工學院 土木建筑工程學院，湖北 黃石 435003；2武漢工程大學 資源與土木工程學院，湖北 武漢 430205)

普通土石方量的計算主要是采用斷面法和方格網(wǎng)法，這2種方法需要計算大量的數(shù)據(jù)，導致計算結果的精確度和準確性大大降低，給工程管理造成極大的不利影響。結合湖北理工學院土方量計算實例，運用南方CASS9.0軟件土方量計算功能，結合里程文件和坐標原始文件進行土方量的計算，不僅可以快速、準確地計算填挖方量，而且降低了計算難度，更提高了計算結果的精度，利用此軟件自動生成的表格和圖紙規(guī)范、美觀。該方法可被廣泛地運用在工程各個階段的土方量計算工作中。

CASS9.0軟件；土石方量；工程造價

0 引言

在土木工程施工中，伴隨著大量的土石方調(diào)配，土石方量的計算在整個工程的概預算、結算、決算過程中有著舉足輕重的作用。土石方量的計算結果，不僅僅影響整個工程的造價，更重要的是會影響各個施工段的人材機的調(diào)配，進而使整個工程的施工進度出現(xiàn)紊亂的現(xiàn)象，給項目的工程管理帶來不利。所以，須選擇正確、科學的計算方法保證計算結果的可靠性。

下面對特殊圖形聯(lián)合計算法、環(huán)形土方計算法、坐標數(shù)據(jù)文件計算法等幾種精確計算土石方的方法[1]加以詳細的闡述和說明。

1 特殊圖形聯(lián)合計算法

在實際工程中，總是會出現(xiàn)多邊形的平面圖形，而且這些多邊形還不是聯(lián)合在一起的，運用斷面法和片區(qū)土方量疊加計算的方法工作量巨大，而且其計算的結果精度不高。例如，現(xiàn)在的城市規(guī)劃方案中，會出現(xiàn)各種不規(guī)則的圖形，需要進行土石方的開挖回填。如果將各個不規(guī)則的圖形分開計算，然后再進行匯總，計算量可想而知;更重要的是，有時項目各方需要總圖，分開計算的圖紙就顯得不是很規(guī)范，而使用特殊圖形聯(lián)合計算法就能很好地解決此類問題。

特殊圖形聯(lián)合計算法操作步驟如下：在一張電子地形圖上，用鼠標點擊“工具”菜單中的“畫復合線”按鈕，對需要進行土方量計算的區(qū)域進行貼近計算邊界的連續(xù)繪制。在繪制之前，需要對CASS7.0系統(tǒng)的捕捉對象中“最近點”進行勾選，以便繪制出來的復合線跟原始的計算區(qū)域無限逼近[2]，提高計算結果的準確度。

復合線的繪制順序和方向如圖1所示(方向順時針和逆時針均可，本順序僅供參考)，在繪制到最后一個點時，使用命令“C(閉合)”使復合線閉合，形成一個封閉的整體，此處需注意不能用鼠標捕捉起始點，捕捉功能很難進行復合線的閉合。在繪制圓、橢圓、多段線等曲邊圖形時，要用AutoCAD中的放大功能，使得圓弧無限微分，近似直線。如果為了方便，可以利用AutoCAD中“divide”命令，將曲邊等分，然后用復合線連接等分點，也可達到上述效果。各區(qū)域分開計算的計算過程和結果分別如圖2、圖3、圖4所示，運用聯(lián)合計算法的計算結果如圖5所示。

圖1 特殊圖形聯(lián)合計算法

圖2 正五邊形土方量計算結果

圖3 圓土方量計算結果

圖4 矩形土方量計算結果

圖5 聯(lián)合計算法計算結果

通過圖2～5可以得出結論：分開計算匯總的3塊區(qū)域的土石方量為1 095.8 m3，采用聯(lián)合計算法的計算結果為1 095.8 m3，二者相等。因此，說明運用聯(lián)合計算法計算出的土石方量誤差在一定的范圍內(nèi)是可以忽略不計的，即對項目的工程造價不會產(chǎn)生影響。

應用聯(lián)合計算法應注意如下事項：

1)繪制復合線要盡可能與原始區(qū)域重合。在利用復合線繪制帶有弧線的區(qū)域時，要盡可能地放大圖形，也可運用工具欄中的多功能復合線去繪制曲線；在幾個圖形進行連接時，比如圖1中C、D 2點，可以利用放大軟件界面的方法進行捕捉，也可以用手動輸入坐標點方法進行復合線端點的輸入，以此來提高精確度，更加接近原始圖形。

2)在進行多塊間斷區(qū)域土石方量聯(lián)合計算時，必須一次性繪制出準確的、封閉的復合線范圍。

3)當區(qū)域邊界線是正北方時，由于軟件無法識別，需要將圖形進行一定角度的旋轉(zhuǎn)，再進行土石方量的計算。

2 環(huán)形土方計算法

環(huán)形土方計算法主要是指采用特殊復合線將待計算區(qū)域繪制成封閉區(qū)域之后[3]，再利用南方CASS7.0的方格網(wǎng)法進行區(qū)域土石方量的計算。在土木工程建設的施工現(xiàn)場中，會出現(xiàn)環(huán)形區(qū)域開挖并需計算其土石方量。所謂環(huán)形開挖即施工現(xiàn)場的某區(qū)域由于原始地形資料、特殊建筑物以及不可跨越的自然地形而造成只需要對某區(qū)域周圍進行作業(yè)的開挖模式。該特殊區(qū)域由于各種原因不能簡單地得到開挖面的地面標高，因此給土石方的預決算帶來了眾多麻煩。

2.1環(huán)形土方計算法的數(shù)字模擬

將湖北理工學院K6辦公樓環(huán)形開挖模式現(xiàn)場施工圖簡化如圖6所示。已知未開挖時的原始地面坐標及高程、四周待開挖區(qū)域的設計高程、中間未開挖部分的高程。

圖6 開挖模型示意圖

在本數(shù)據(jù)模型中，將EFGH區(qū)域的高程設置為40.0 m,開挖區(qū)域ABCD的設計高程為35.0 m,原始地面高程為40.0 m。利用普通的分塊計算法需要進行2次復合線繪制，然后將計算的結果進行匯總，得出所需區(qū)域土石方量的挖方量。該模型利用特殊復合線繪制出封閉的區(qū)域，再用南方CASS9.0中的方格網(wǎng)法[4]進行計算。其操作方法為：打開工程應用的方格網(wǎng)法計算土石方量，將原始地形圖的高程數(shù)據(jù)文件導入，平面設置為35 m，即可一次生成欲開挖土石方量。該方法有效地回避了采用整體土石方量減去EFGH區(qū)域土石方量的常規(guī)計算方法所帶來的不便。計算時，因不需要用到EFGH區(qū)域的面積，則不需要對該區(qū)域的高程點進行測繪，減少了測量任務，使得土石方量的計算變得更加準確、方便、快捷。該環(huán)型區(qū)域分成2部分計算，其挖方量結果求和為1 500 m3，分塊計算結果如圖7所示；復合線為環(huán)形的計算結果為1 500 m3，如圖8所示。

圖7 分塊計算結果

圖8 復合線為環(huán)形的計算結果

2.2繪制環(huán)形復合線方法

1)在繪制封閉的復合線時，盡可能地接近原始圖形區(qū)域。此處可使用AutoCAD圖形放大的功能，用最近點捕捉進行選定，依次收尾連接。

2)如出現(xiàn)多塊獨立區(qū)域，可供選擇的方案如下：先外后里；從左至右，從上到下；方向可按照逆時針方向進行繪制。在繪制時，可在區(qū)域的直線處(注意將直線處作起始點，轉(zhuǎn)角、交點處不宜設置為起點，否則會給后期繪制圖形時的捕捉帶來不利，造成圖形失真)利用“point”命令畫一個點，按照以上繪制原則進行繪制。

2.3環(huán)形土方計算法應用案例

在湖北理工學院的K6辦公樓施工完成后，需要將K6辦公樓周圍的建筑垃圾換填成種植土，因此需要計算出土石方的挖方量。若采用傳統(tǒng)的計算方法，需要先計算出整個區(qū)域的土方量，再減去中間辦公樓不需要換填的區(qū)域的土方量。因為中間辦公樓區(qū)域的土方量無法計算，所以用傳統(tǒng)體積相減的方法無法計算出土方量。因此，需要利用畫多功能復合線的方法計算出欲開挖的土石方量。應用案例的環(huán)形土方計算結果如圖9所示。

圖9 應用案例的環(huán)形土方計算結果

3 建立坐標數(shù)據(jù)文件法

當所需計算的區(qū)域面積過小，斷面法計算的誤差對計算結果產(chǎn)生了不可忽略的影響時，可利用本方法計算土石方量。適合本方法的情形如下：

1)商品房小區(qū)綠化設施的修建。在現(xiàn)代化商品房小區(qū)綠化中，經(jīng)常出現(xiàn)溝渠，溝渠的寬度、縱深走向以及深度差異常常較大。運用斷面法取平均值的方法的計算結果誤差較大，不適合作為概預算的依據(jù)。

2)水利設施中，壩體的庫容量計算。河道的形狀差距巨大，用普通的斷面計算方法需要大量的外業(yè)時間。

3)山溝的回填計算。在新建山區(qū)公路時，有時先進行部分山溝的回填，砌筑擋土墻，然后修建橋涵。在計算時，由于建設方前期進行了勘察設計，能提供原始地形圖的坐標數(shù)據(jù)文件，設計圖紙的高程坐標數(shù)據(jù)文件也可查詢出來，用此方法可大大減少工作量。

3.1建立坐標數(shù)據(jù)文件法步驟

1)將竣工后(或者施工圖上)的坐標數(shù)據(jù)文件提取出來。

2)利用竣工數(shù)據(jù)文件在南方CASS9.0建立DTM文件[5]，形成區(qū)域型三角網(wǎng)[6]。

3)在利用南方CASS9.0中的方格網(wǎng)法計算時，將原始坐標數(shù)據(jù)文件輸入到界面的高程數(shù)據(jù)文件中，再把竣工后的三角網(wǎng)數(shù)據(jù)文件作為設計平面導入，即可自動生成土石方量的計算結果。

4)在數(shù)據(jù)導入時，要注意數(shù)據(jù)文件的導入順序，即導入原始坐標數(shù)據(jù)文件后再導入竣工三角網(wǎng)文件，否則容易導致填挖方量的結果相反。

坐標數(shù)據(jù)文件計算法簡捷、方便。利用數(shù)據(jù)文件生成的土石方量如圖10所示，構建出的三角網(wǎng)[7]符合真實地形，能夠準確、快速地計算出不規(guī)則地形的土石方量。

圖10 利用數(shù)據(jù)文件生成的土石方量

3.2建立坐標數(shù)據(jù)文件法注意事項

1)在對原始地形碎部點測繪時，盡量做到精確。例如在高差變化較大的點需要加密、走向變化較大時盡量將轉(zhuǎn)角區(qū)域的關鍵點測出、對弧形地面進行測繪時加大點的密度，使三角網(wǎng)更加逼近真實地面。

2)采用方格網(wǎng)法計算時，要根據(jù)區(qū)域大小來確定方格網(wǎng)的大小。如出現(xiàn)急彎、大量區(qū)域不規(guī)則時，減小方格網(wǎng)的間距，可提高計算結果的精度。

4 3種計算方法比較與分析

以上3種特殊地形土石方量的計算方法，適用于不同的施工場地，比傳統(tǒng)的斷面法[8]更為快捷、方便、準確，生成的圖紙更加美觀。環(huán)形計算法和聯(lián)合計算法主要是采用畫特殊復合線的方法來選定計算區(qū)域，進而用方格網(wǎng)法計算土石方量。里程文件計算法主要是將原始坐標文件與竣工圖相結合，用方格網(wǎng)法進行計算。以上3種方法各有所長，只有將各方法運用在與之相適應的場地中，才能最大程度地發(fā)揮其作用。

5 結束語

介紹了3種計算方法，對于特殊不規(guī)則圖形的土石方量的計算，可以根據(jù)實際情況，采用上述與之適合的方法進行土石方量的計算，以此來提高土石方量的精度，減少計算量。土石方量的精確計算，主要依托于對地形地貌的測設[9]，或者是最原始的地形。隨著科技的進步，數(shù)字測量被深入推廣，測設精度大幅度的提升。對相應的工程項目進行準確的計算，能夠有效地對工程各個階段的施工進度和工程造價進行控制，以便更好地投資管理。以上方法值得大量推廣和應用。

[1] 涂群生.對土石方計算的幾點技巧的探討[J].地理空間信息，2006,4(3):76-77.

[2] 范玉平.南方CASS在土方計算中的應用[J].測繪與空間地理信息，2011,34(4):249-250,254.

[3] 王棋.基于CASS的方格網(wǎng)法計算土方量的研究[J].科技創(chuàng)新導報，2011(30):44-45.

[4] 涂群生.利用建立坐標數(shù)據(jù)文件的方法計算土石方量[J].測繪通報，2007(8):45.

[5] 徐強.工程土方量計算方法的對比研究[J].冶金書刊，2016(5):27,48.

[6] 幕永峰，朱昌勇，李建.三角網(wǎng)結構DTM的土方計算及應用[J].測繪工程,2000,9(1):52-54.

[7] 李向民.CASS三角網(wǎng)法土方量計算的改進[J].礦山測量，2007(4):15-17.

[8] 魯昕宜.南方CASS軟件在土方量計算中的應用[J].工程建設與設計，2016(12):7-8.

[9] 王鐵生，程鵬里，趙東保，等.方格網(wǎng)法土方量計算及誤差影響[J].測繪通報，2012(s1):109-111,204.

Application of CASS9.0 in Special Terrain Earthwork Calculation

QuLiupanpan1,TuQunsheng1*,YangSaijun2

(1School of Civil Engineering and Architecture,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003;2School of Resource and Civil Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan Hubei 430205)

The main two ways of general earth volume calculation are cross section method and grid square method,which needs the large data calculation and thus definitely reduces the accuracy of the result and affects the engineering management.Based on exact example of earthwork calculation of Hubei Polytechnic Technology,with Mileage file and the Coordinate original file,the South CASS9.0 software was used to calculate the earthwork calculation,which not only realized the rapid and accurate calculation of the amount of filling and excavation,but also lessened the difficulty in calculation and the computational complexity and improves the exactness of calculation results,what's more the chart and blueprint created automatically are more specific and artistic.This method has been widely used in earth volume calculation at every stage of engineering work.

CASS9.0 software;earth volume quantity;project cost

2017-03-24

屈劉盼盼，本科。

*通訊作者：涂群生，正高職高級工程師，本科，研究方向：建筑物的變形觀測和數(shù)據(jù)處理。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.05.010

P258

A

2095-4565(2017)05-0047-04

(責任編輯吳鴻霞)