CASS在龍首礦區(qū)綠化場地平整與土方計算中的應(yīng)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(fā)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(qū)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(biāo)，實現(xiàn)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(fù)重復(fù)回填、開挖和運輸，并節(jié)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(fā)的專業(yè)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(xué)習(xí)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(shè)計綠化場地平整方案和計算填挖土方量。

利用CASS設(shè)計綠化場地平整方案和計算填挖土方量，突破了傳統(tǒng)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(shè)計面分為規(guī)則面（平面、斜面、曲面）和不規(guī)則面，但自然地面更是復(fù)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(qū)自然地形的變化擬合成折線變化，或利用TIN（三角網(wǎng)）建立DEM（數(shù)字高程模型）形成連續(xù)三角面，基本模擬出礦區(qū)自然地形的變化規(guī)律，能符合礦區(qū)真實地形情況，先計算出設(shè)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(tǒng)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(wǎng)法、DTM法和等高線法。

2.1 方格網(wǎng)法

CASS軟件介紹的方格網(wǎng)法，需要的依據(jù)為礦區(qū)區(qū)域的“高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”，其具體計算操作為：

首先在軟件中展繪數(shù)據(jù)，用復(fù)合線繪制出需要計算土方的區(qū)域，再用鼠標(biāo)點擊“工程應(yīng)用”-“方格網(wǎng)法土方計算”，選取需要計算的區(qū)域邊界線，然后會彈出的方格網(wǎng)土方計算對話框，從中導(dǎo)入填挖前所實測的“高程點坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件”，再選擇設(shè)計面：

（1）若設(shè)計面是平面時，先輸入“目標(biāo)高程”，后輸入方格網(wǎng)規(guī)格。例如輸入10m，則為采用10m×10m的方格網(wǎng)；

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

（3）若設(shè)計面既不是平面也不是斜面，經(jīng)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(biāo)數(shù)據(jù)文件”，形成“三角網(wǎng)文件”，然后在設(shè)計面選項中選取和導(dǎo)入文件，最后再確定“方格寬度”；

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

2.2 DTM法

利用DTM模型方法指的是依據(jù)礦區(qū)實測的點坐標(biāo)（北坐標(biāo)，東坐標(biāo)，高程），再利用形成的三角網(wǎng)來求出每一個三棱錐的填挖方量，然后累加求出指定礦區(qū)區(qū)域內(nèi)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(jù)坐標(biāo)計算

（1）首先把計算土方的區(qū)域用復(fù)合線繪制出，線必須是閉合的，但最好不要擬合；

（2）“工程應(yīng)用”→“DTM法土方計算”→“根據(jù)坐標(biāo)文件”用鼠標(biāo)依次點擊；

（3）提示：選取區(qū)域邊界線，用鼠標(biāo)點擊所畫的閉合復(fù)合線；

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

（5）回車后，場地填挖方的提示框出現(xiàn)，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(wǎng)、填挖方(白色線條)分界線；

（6）關(guān)閉對話框后，系統(tǒng)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(biāo)點擊，在該處顯示計算成果。

2.2.2 根據(jù)圖上實測的高程點計算

（1）先展繪高程點，用復(fù)合線選定所要計算土方的區(qū)域；

（2）“工程應(yīng)用”→“DTM法土方計算”→“根據(jù)圖上高程點計算”用鼠標(biāo)依次點擊；

（3）提示：點擊選取邊界線。DTM土方計算參數(shù)設(shè)置對話框彈出，輸入平場設(shè)計標(biāo)高與邊界采樣間隔(米)：＜10＞（設(shè)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(jù)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(shù)據(jù)文件，生成三角網(wǎng)，再根據(jù)礦區(qū)場地的實際情況，在已有的三角網(wǎng)上進行必要的添加和刪除，讓結(jié)果逼近礦區(qū)實際地形；

（2）“工程應(yīng)用”→“DTM法土方計算”→“根據(jù)圖上三角網(wǎng)計算”用鼠標(biāo)依次點擊；

（2）熱處理調(diào)質(zhì)后變形風(fēng)險大 根據(jù)技術(shù)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(qū)和粗加工余量后粗加工尺寸變?yōu)棣?430mm×350mm。雖然在工藝準備時充分考慮到變形因素并適當(dāng)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(diào)質(zhì)時容易變形，調(diào)質(zhì)后變形風(fēng)險大。

（3）提示：場地標(biāo)高(米)：輸入平整后的實際高程，再用鼠標(biāo)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(shù)據(jù)文件，生成三角網(wǎng)。再根據(jù)礦區(qū)地形實際情況，在現(xiàn)有的三角網(wǎng)上進行必要的添加和刪除，讓結(jié)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(fù)不閉合的等高線；

（2）“工程應(yīng)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(yīng)用舉例

在龍首礦區(qū)地表綠色工程項目中，礦區(qū)地形較為復(fù)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(fā)展，礦山人越來越重視礦區(qū)的綠化，在龍首礦區(qū)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(diào)配顯得非常重要，在礦區(qū)綠化工程成本和方案選擇中不可缺少的一項工程指標(biāo)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(huán)繞，其中有山谷、溝壑等復(fù)雜地形，還有廢石的堆放雜、亂而且面積寬，若利用傳統(tǒng)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(shù)據(jù)

廢石堆距離礦區(qū)控制網(wǎng)系統(tǒng)較遠，利用現(xiàn)有坐標(biāo)系統(tǒng)進行測量非常困難，為了方便、快捷和精確，利用GPS觀測技術(shù)：在廢石堆場視野開闊的地方加設(shè)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(fù)雜點和變坡點。

3.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

在CASS上先展繪外業(yè)采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，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(biāo)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(jié)果可表1，選擇綠化場地平整的最優(yōu)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(jié)算的主要依據(jù)。

表1 計算成果

4 總結(jié)

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(tǒng)方法，對于獲得場地平整標(biāo)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(jù)。在實際工作中，綠化場地的最佳平整方案是土方最優(yōu)調(diào)配方案與土方最優(yōu)平衡方案相結(jié)合，既要滿足場地填、挖土方量平衡，又要滿足土方最佳調(diào)配，確定出最終的、最合理的場地平整的設(shè)計高程，土方量計算結(jié)果能滿足精度要求，達到的目的是使場地平整最優(yōu)設(shè)計和土方量計算最優(yōu)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(shè)中起到不可忽視的作用。