水利工程量计算中多平台协作应用的探索与实践

于明远 朱记伟 张妙卿

（西安理工大学土木建筑学院 陕西 西安 710048）

1 研究背景

水利工程与一般土建工程相比，地形复杂，在土石方开挖、断面回填及铺筑等分部分项工程量的计算过程中，由于受到不规则地形、地貌的影响，工程量难以用计算规则形体体积的数学方法直接计算[1]。虽然，工程造价软件层出不穷，但仍不能给水利工程量计算带来便捷性，探索出一种方便、快捷、普适的工程量计算方法对于水利工程成本控制具有重要意义。

全站仪为一种能够自动控制测距、测角、自动计算水平距离、高差、坐标增量，且可自动显示、记录、存储和数据输出的测绘仪器，其一次安置即可完成该测站上全部测量工作，在工程测量中具有高效率、高精度、操作简便等优势[2]。MicrosoftExcel作为专业电子表格，具有强大的编制函数与计算功能，可进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作。AutoCAD具有强大的制图功能，常用于二维绘图、详细绘制、和基本三维设计。关于全站仪及Excel、CAD软件的结合应用很多工程人员已经做了探索，被应用于水利工程测量（王锋等，2005），道路土方量计算（肖国靖，2006），道路断面测量（何宽，2008），岩土工程勘察（尤苏南，2013），地质制图（薛卫冲，2011）以及煤矿勘查（王顺钦，2013）等众多领域，并取得了很好的效果。然而，在水利工程量的计算中，关于全站仪、Excel及CAD多平台协作应用的研究仍较少。利用各平台的信息导入功能进行水利工程量的计算可取得良好的效果，提升水利工程量计算的便捷性及准确度。

图1 多平台协作流程图

2 多平台协作应用原理

水利工程中土石方开挖、断面回填及铺筑等分部分项工程量的计算，直线段处可通过计算相邻两个断面的平均面积乘以断面间的距离得到，圆弧曲线段处可通过扇形计算公式得到，计算公式如下。快速准确地测算断面面积成为解决水利工程量计算的必要手段，值得注意的是根据微积分原理可知两个断面之间相邻距离越小，计算误差越小。

式中：V直，直线段两段面间的工程量m3；L，两段面间距离m；A，断面平均面积m2。

圆弧曲线段处工程量：

式中：V圆，圆弧段两端面间的工程量m3；L1，两端面坝顶间距离 m；L2，两端面坝地间距离m；A，断面平均面积m2。

通过全站仪、Excel及CAD多平台的数据对接与转换，可实现工程量的自动计算。具体如下：建立测量坐标系，合理划分测量段面，选取测量点，测得各点的三维坐标；利用Excel的函数编辑功能，将各点的三维坐标（X,Y,Z）转换成利于CAD作图的二维相对坐标，其中，（为基础坐标点；利用CAD的多线段绘图功能及面积计算功能自动计算各断面面积，将数据带入Excel进行各段工程量计算，汇总获得工程的工程量。

3 实施步骤——以某沥青混凝土面板蓄水池混凝土工程量计算为例

某沥青混凝土面板蓄水池高16m，库容20万m3，周长600m，池坡坡比为1∶2，蓄水池四周为直线段，四角为圆弧曲线段。本文以蓄水池一角圆弧长20m，直线段40m为例，计算其沥青混凝土面板工程量，计算过程如下：

（1）外业数据测量。以测量起始桩点0+000为首断面，以给定的两个坐标点的其中一点为测站点，另一点为后视点建立测量坐标系进行测量。为了保证测量断面的精度，直线段断面间距离为5m，池顶部圆弧段断面间距离为2m，池底0.5m，用全站仪在坡面上每隔2m采集一个坐标点（在实际工程应用中根据精度要求可以缩短测量断面间的距离和增加每条断面上的采集的坐标点数）。测得某断面某点的坐标记为（X，Y，Z），其中X、Y值表示该点位于水平面的绝对位置，Z值表示该点绝对高程。全站仪坐标测量结束后，将测量结果保存成.txt文件格式储存在内存卡中。

表1 Excel坐标转换过程表

图2 运用CAD绘制所得断面图

表2 沥青混凝土面板工程量计算成果表

（3）自动计算断面面积。首先，在CAD命令行中执行多线段命令，并粘贴Excel所得坐标数据，利用CAD快捷绘制命令绘制断面曲线。具体步骤：复制上表1中断面位置关系一列的数据，打开CAD软件在命令行输入pl命令，在命令行粘贴复制的数据，回车即可绘制出所需的断面曲线，沥青混凝土铺设前后的断面曲线叠加即可得所需断面（见图2）。其次，利用CAD的面积命令自动计算断面面积。由于绘制完成的沥青混凝土面板曲线与原断面曲线为两条不能闭合的曲线，要用CAD计算两条曲线所围部分的面积，需将两端封口处用直线命令连接。首先要创建面域，在CAD软件命令行输入bo（边界创建）命令，在选项卡的对象类型选项中选择面域，边界集选项中选择新建，在图上选择构成面域的对象回车确定在选项卡中选择拾取点选项，在图形上选择构成面域的对象，回车确定后创建成功。然后，在命令行直接输入area（面积查询）命令，键入O（对象）回车，选择对象即可求得其面积。

（4）将所得断面面积导入Excel运用公式编辑工程即可完成整个工程量的计算，可得沥青混凝土面板工程量为495.15程及其结果如表2。

4 结语

水利工程复杂的地形地貌给其土石方开挖及断面回填与铺筑等分部分项工程量的计算带来了很大的困难。在成熟的水利工程类计量计价软件尚缺乏的条件下，探索通过目前已广泛应用的测量、计算、绘图软件的协作应用解决工程问题具有重要的实践价值。本文结合全站仪、MicrosoftExcel及Auto CAD各自的优势及其数据对接的便利性，提出了利用全站仪测点，Excel进行坐标转换，CAD进行断面面积自动计算的工程量计算方法。通过某沥青混凝土面板坝沥青混凝土工程量计算的实践证明，该方法简单易行、快捷准确，是解决水利工程中含不规则断面分项工程量计算的一种有效途径。陕西水利

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[2]王佩贤,龙学柱,杨忠.全站仪及其应用研究[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版）,2002（06）:720-722.

[3]肖国靖.Auto CA D和E x cel在道路工程土方计算中的应用 [J].科学之友 （学术版）,2006（10）:39-41.

[4]何宽,王海波,李少云.全站仪结合 E x cel进行断面测量的一种方法[J].内江科技,2008（08）105+126.

[5]尤苏南.利用E x cel表格在CA D中按类别快速展绘勘探点技术 [J].计算机与现代化2013（02）:163-168+172.

[6]薛卫冲.E x cel与CA D结合在地质制图工作中的应用[J].地质学刊,2011（03）:275-279.

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