CASS9.0在特殊地形土方量计算中的应用

屈刘盼盼，涂群生*，杨赛君

(1湖北理工学院 土木建筑工程学院，湖北 黄石 435003；2武汉工程大学 资源与土木工程学院，湖北 武汉 430205)

CASS9.0在特殊地形土方量计算中的应用

屈刘盼盼1，涂群生1*，杨赛君2

(1湖北理工学院 土木建筑工程学院，湖北 黄石 435003；2武汉工程大学 资源与土木工程学院，湖北 武汉 430205)

普通土石方量的计算主要是采用断面法和方格网法，这2种方法需要计算大量的数据，导致计算结果的精确度和准确性大大降低，给工程管理造成极大的不利影响。结合湖北理工学院土方量计算实例，运用南方CASS9.0软件土方量计算功能，结合里程文件和坐标原始文件进行土方量的计算，不仅可以快速、准确地计算填挖方量，而且降低了计算难度，更提高了计算结果的精度，利用此软件自动生成的表格和图纸规范、美观。该方法可被广泛地运用在工程各个阶段的土方量计算工作中。

CASS9.0软件；土石方量；工程造价

0 引言

在土木工程施工中，伴随着大量的土石方调配，土石方量的计算在整个工程的概预算、结算、决算过程中有着举足轻重的作用。土石方量的计算结果，不仅仅影响整个工程的造价，更重要的是会影响各个施工段的人材机的调配，进而使整个工程的施工进度出现紊乱的现象，给项目的工程管理带来不利。所以，须选择正确、科学的计算方法保证计算结果的可靠性。

下面对特殊图形联合计算法、环形土方计算法、坐标数据文件计算法等几种精确计算土石方的方法[1]加以详细的阐述和说明。

1 特殊图形联合计算法

在实际工程中，总是会出现多边形的平面图形，而且这些多边形还不是联合在一起的，运用断面法和片区土方量叠加计算的方法工作量巨大，而且其计算的结果精度不高。例如，现在的城市规划方案中，会出现各种不规则的图形，需要进行土石方的开挖回填。如果将各个不规则的图形分开计算，然后再进行汇总，计算量可想而知;更重要的是，有时项目各方需要总图，分开计算的图纸就显得不是很规范，而使用特殊图形联合计算法就能很好地解决此类问题。

特殊图形联合计算法操作步骤如下：在一张电子地形图上，用鼠标点击“工具”菜单中的“画复合线”按钮，对需要进行土方量计算的区域进行贴近计算边界的连续绘制。在绘制之前，需要对CASS7.0系统的捕捉对象中“最近点”进行勾选，以便绘制出来的复合线跟原始的计算区域无限逼近[2]，提高计算结果的准确度。

复合线的绘制顺序和方向如图1所示(方向顺时针和逆时针均可，本顺序仅供参考)，在绘制到最后一个点时，使用命令“C(闭合)”使复合线闭合，形成一个封闭的整体，此处需注意不能用鼠标捕捉起始点，捕捉功能很难进行复合线的闭合。在绘制圆、椭圆、多段线等曲边图形时，要用AutoCAD中的放大功能，使得圆弧无限微分，近似直线。如果为了方便，可以利用AutoCAD中“divide”命令，将曲边等分，然后用复合线连接等分点，也可达到上述效果。各区域分开计算的计算过程和结果分别如图2、图3、图4所示，运用联合计算法的计算结果如图5所示。

图1 特殊图形联合计算法

图2 正五边形土方量计算结果

图3 圆土方量计算结果

图4 矩形土方量计算结果

图5 联合计算法计算结果

通过图2～5可以得出结论：分开计算汇总的3块区域的土石方量为1 095.8 m3，采用联合计算法的计算结果为1 095.8 m3，二者相等。因此，说明运用联合计算法计算出的土石方量误差在一定的范围内是可以忽略不计的，即对项目的工程造价不会产生影响。

应用联合计算法应注意如下事项：

1)绘制复合线要尽可能与原始区域重合。在利用复合线绘制带有弧线的区域时，要尽可能地放大图形，也可运用工具栏中的多功能复合线去绘制曲线；在几个图形进行连接时，比如图1中C、D 2点，可以利用放大软件界面的方法进行捕捉，也可以用手动输入坐标点方法进行复合线端点的输入，以此来提高精确度，更加接近原始图形。

2)在进行多块间断区域土石方量联合计算时，必须一次性绘制出准确的、封闭的复合线范围。

3)当区域边界线是正北方时，由于软件无法识别，需要将图形进行一定角度的旋转，再进行土石方量的计算。

2 环形土方计算法

环形土方计算法主要是指采用特殊复合线将待计算区域绘制成封闭区域之后[3]，再利用南方CASS7.0的方格网法进行区域土石方量的计算。在土木工程建设的施工现场中，会出现环形区域开挖并需计算其土石方量。所谓环形开挖即施工现场的某区域由于原始地形资料、特殊建筑物以及不可跨越的自然地形而造成只需要对某区域周围进行作业的开挖模式。该特殊区域由于各种原因不能简单地得到开挖面的地面标高，因此给土石方的预决算带来了众多麻烦。

2.1环形土方计算法的数字模拟

将湖北理工学院K6办公楼环形开挖模式现场施工图简化如图6所示。已知未开挖时的原始地面坐标及高程、四周待开挖区域的设计高程、中间未开挖部分的高程。

图6 开挖模型示意图

在本数据模型中，将EFGH区域的高程设置为40.0 m,开挖区域ABCD的设计高程为35.0 m,原始地面高程为40.0 m。利用普通的分块计算法需要进行2次复合线绘制，然后将计算的结果进行汇总，得出所需区域土石方量的挖方量。该模型利用特殊复合线绘制出封闭的区域，再用南方CASS9.0中的方格网法[4]进行计算。其操作方法为：打开工程应用的方格网法计算土石方量，将原始地形图的高程数据文件导入，平面设置为35 m，即可一次生成欲开挖土石方量。该方法有效地回避了采用整体土石方量减去EFGH区域土石方量的常规计算方法所带来的不便。计算时，因不需要用到EFGH区域的面积，则不需要对该区域的高程点进行测绘，减少了测量任务，使得土石方量的计算变得更加准确、方便、快捷。该环型区域分成2部分计算，其挖方量结果求和为1 500 m3，分块计算结果如图7所示；复合线为环形的计算结果为1 500 m3，如图8所示。

图7 分块计算结果

图8 复合线为环形的计算结果

2.2绘制环形复合线方法

1)在绘制封闭的复合线时，尽可能地接近原始图形区域。此处可使用AutoCAD图形放大的功能，用最近点捕捉进行选定，依次收尾连接。

2)如出现多块独立区域，可供选择的方案如下：先外后里；从左至右，从上到下；方向可按照逆时针方向进行绘制。在绘制时，可在区域的直线处(注意将直线处作起始点，转角、交点处不宜设置为起点，否则会给后期绘制图形时的捕捉带来不利，造成图形失真)利用“point”命令画一个点，按照以上绘制原则进行绘制。

2.3环形土方计算法应用案例

在湖北理工学院的K6办公楼施工完成后，需要将K6办公楼周围的建筑垃圾换填成种植土，因此需要计算出土石方的挖方量。若采用传统的计算方法，需要先计算出整个区域的土方量，再减去中间办公楼不需要换填的区域的土方量。因为中间办公楼区域的土方量无法计算，所以用传统体积相减的方法无法计算出土方量。因此，需要利用画多功能复合线的方法计算出欲开挖的土石方量。应用案例的环形土方计算结果如图9所示。

图9 应用案例的环形土方计算结果

3 建立坐标数据文件法

当所需计算的区域面积过小，断面法计算的误差对计算结果产生了不可忽略的影响时，可利用本方法计算土石方量。适合本方法的情形如下：

1)商品房小区绿化设施的修建。在现代化商品房小区绿化中，经常出现沟渠，沟渠的宽度、纵深走向以及深度差异常常较大。运用断面法取平均值的方法的计算结果误差较大，不适合作为概预算的依据。

2)水利设施中，坝体的库容量计算。河道的形状差距巨大，用普通的断面计算方法需要大量的外业时间。

3)山沟的回填计算。在新建山区公路时，有时先进行部分山沟的回填，砌筑挡土墙，然后修建桥涵。在计算时，由于建设方前期进行了勘察设计，能提供原始地形图的坐标数据文件，设计图纸的高程坐标数据文件也可查询出来，用此方法可大大减少工作量。

3.1建立坐标数据文件法步骤

1)将竣工后(或者施工图上)的坐标数据文件提取出来。

2)利用竣工数据文件在南方CASS9.0建立DTM文件[5]，形成区域型三角网[6]。

3)在利用南方CASS9.0中的方格网法计算时，将原始坐标数据文件输入到界面的高程数据文件中，再把竣工后的三角网数据文件作为设计平面导入，即可自动生成土石方量的计算结果。

4)在数据导入时，要注意数据文件的导入顺序，即导入原始坐标数据文件后再导入竣工三角网文件，否则容易导致填挖方量的结果相反。

坐标数据文件计算法简捷、方便。利用数据文件生成的土石方量如图10所示，构建出的三角网[7]符合真实地形，能够准确、快速地计算出不规则地形的土石方量。

图10 利用数据文件生成的土石方量

3.2建立坐标数据文件法注意事项

1)在对原始地形碎部点测绘时，尽量做到精确。例如在高差变化较大的点需要加密、走向变化较大时尽量将转角区域的关键点测出、对弧形地面进行测绘时加大点的密度，使三角网更加逼近真实地面。

2)采用方格网法计算时，要根据区域大小来确定方格网的大小。如出现急弯、大量区域不规则时，减小方格网的间距，可提高计算结果的精度。

4 3种计算方法比较与分析

以上3种特殊地形土石方量的计算方法，适用于不同的施工场地，比传统的断面法[8]更为快捷、方便、准确，生成的图纸更加美观。环形计算法和联合计算法主要是采用画特殊复合线的方法来选定计算区域，进而用方格网法计算土石方量。里程文件计算法主要是将原始坐标文件与竣工图相结合，用方格网法进行计算。以上3种方法各有所长，只有将各方法运用在与之相适应的场地中，才能最大程度地发挥其作用。

5 结束语

介绍了3种计算方法，对于特殊不规则图形的土石方量的计算，可以根据实际情况，采用上述与之适合的方法进行土石方量的计算，以此来提高土石方量的精度，减少计算量。土石方量的精确计算，主要依托于对地形地貌的测设[9]，或者是最原始的地形。随着科技的进步，数字测量被深入推广，测设精度大幅度的提升。对相应的工程项目进行准确的计算，能够有效地对工程各个阶段的施工进度和工程造价进行控制，以便更好地投资管理。以上方法值得大量推广和应用。

[1] 涂群生.对土石方计算的几点技巧的探讨[J].地理空间信息，2006,4(3):76-77.

[2] 范玉平.南方CASS在土方计算中的应用[J].测绘与空间地理信息，2011,34(4):249-250,254.

[3] 王棋.基于CASS的方格网法计算土方量的研究[J].科技创新导报，2011(30):44-45.

[4] 涂群生.利用建立坐标数据文件的方法计算土石方量[J].测绘通报，2007(8):45.

[5] 徐强.工程土方量计算方法的对比研究[J].冶金书刊，2016(5):27,48.

[6] 幕永峰，朱昌勇，李建.三角网结构DTM的土方计算及应用[J].测绘工程,2000,9(1):52-54.

[7] 李向民.CASS三角网法土方量计算的改进[J].矿山测量，2007(4):15-17.

[8] 鲁昕宜.南方CASS软件在土方量计算中的应用[J].工程建设与设计，2016(12):7-8.

[9] 王铁生，程鹏里，赵东保，等.方格网法土方量计算及误差影响[J].测绘通报，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

屈刘盼盼，本科。

*通讯作者：涂群生，正高职高级工程师，本科，研究方向：建筑物的变形观测和数据处理。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.05.010

P258

A

2095-4565(2017)05-0047-04

(责任编辑吴鸿霞)