试论水利工程土方断面计量方法的优缺点和改进

王亚辉

河南省陆浑水库管理局

1 前言

在建筑工程中，土方量的计算非常重要，关系到工程的具体实施方案以及工程项目的经济效益，计算土方量的方法目前有DTM 法、区域土方量平衡法、断面法、等高线法、方格网法等，在工程项目中，需根据项目实际情况选择计算方法。但一般在水利工程中采取的是土方断面计量方法，可以更好地对开挖和回填提供数据支持。而土方断面计量方法存在多种，在科学技术并不发达时代，现场记录绘图是工程土方计量主要方法，虽然这种方法一直沿用至今，但也存在明显的劣势，所以目前对于土方断面计量有DTM 断面法、CASS 断面法等，固然增加了土方量计算的快捷性和高效性，不过其也存在一定的劣势，从而导致土方量计算不准确或计算烦琐等情况。本文中，对几种土方断面计量法进行综合分析，并浅议其改良办法。

2 关于水利工程土方断面计量方法优缺点

2.1 DTM生成断面法

DTM 是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z 的坐标点对连续地面的一种模拟表示，可用于任意断面图绘制。通过三角网将测量坐标数据点进行连接，设计断面穿越若干三角形，从而得到插值点，再根据相关坐标点插值形成断面线，进行最终断面图的绘制。此种方法，插值点是在断面穿越三角形时所截取的，而非人工随意选择，具有较高精准度，能够满足纸张作业的可视性和计算性要求，同时其所得插值点数据具有真实性，能更真实的反应实测地貌特征，对于水利工程复杂地形适应度较高，也是目前水利工程土方量计算主要方法之一[1]。

但其同样具有诸多硬性要求，一旦条件不符合，便会使所测数据出现偏差。例如，采取DTM断面法，需要相关技术人员熟练测量布点及三角网控制技术，具备较高的专业水平和丰富的行业经验，否则，将导致DTM技术所生成断面与实际勘测地形严重不符。且一旦涉及设计变更，将重新进行土方重复计算和图件修改，无疑增加工作量和工程时间。

2.2 水利工程土方断面计量法中已知插值点生成断面

将已知插值点进行连接，从而得到高程数据，以便形成断面线绘制断面图。采取已知插值点生成断面法所截取的断面图同样拥有较高精度，能够与纸张作业的可视性和计算性要求相匹配，可以反映实测地形面貌[2]。但其存在适用前提，若排除实际地貌地形影响，理想状态下，所有高程点可处于同一水平线，但实际情况是，水利工程项目中，地形多变，很难达到断面线测点密集度要求，所以解决办法一般采取人为干预，在低密度测点区间进行插值点设置，再将坐标数据整理完善，这种方法根据已知测点数据，很好地补充了存在的断面测点不足问题，断面生成较为简明。

此类方法缺点依然明显，人工干预下，测量数据真实性和可靠性不能保证，同时插值点与实测地形不符，最终计算数据存在偏差，且计算步骤较为烦琐，当有设计变更需求时，同样增加了大量工作时间，效率不高。

2.3 南方CASS断面法

使用南方CASS断面法进行土方计算，首先需要生成里程文件，其原理是利用离散方法对地形进行描述[3]。生成里程文件常用方法有四种选择，分别是有纵断面生成，这种生成过程较为灵活、直观，其次由复合线生成，其以断面线为起点，依间距记下每一交点在纵断面线上离起点的距离和所在等高线的高程。还有等高线生成以及三角网生成，以断面线为起点，处理断面线与等高线的所有交点，依间距记下每一交点在纵断面线上离起点的距离和所在等高线的高程和以断面线为起点，处理断面线与三角线的所有交点，依间距记下每一交点在纵断面线上离起点的距离和所在三角形的高程[4]。南方CASS 断面法主要是采取CASS 软件进行分析，生成平面数据图、断面图、土石方计算表，到最后完成土方计算。所以这种方法较为简洁明了，比之DTM生成断面法老说，制图简单，快捷，且在设计变更时，可直接进行相应更改。

由于这种方法是直接在里程文件生成的断面图，所以与实测地形存在一定差别。由纵断面线生成的里程文件，其测量数据稀疏问题得不到很好的解决。例如，在生成渠道断面时，相应里程文件会将设计中心线的高程数据默认为原状断面线的中点高程[5]。软件在里程文件建立后便会进行自动处理模式，所有测量数据进行TIN 计算，由中点高程起至外推算。但是设计中心线与实际中心并不是互相吻合的，所以软件将相邻地形控制点做了平均化或直接排除，从而使里程文件中生成的原状断面图与实测不一致，导致数据出现偏差，最终土方计量结果存在一定误差。

2.4 现场记录和绘图

此类方法属于使用时间较长的一种计量方法，主要是利用测量工具，如卷尺、经纬仪等简单工具进行测量，将测量所得数据记录在记录簿上，通过坐标纸进行断面图的描绘，结合计算工具与所绘制的断面图计算土方。此种方式需要足够的工程经验，对数据测量把控到位，且绘制图形准确规则[6]。其主要运用方法为，相关人员在工程现场进行数据的记录，绘制现状断面图，同时将工程设计断面线也绘制出，两相比较，可大概判断回填和挖开区域，再划分合适分段长度，以便计算梯形面积，使用计算工具对梯形面积进行求和，便可计算出回填和开挖区域面积。

这种方法其优点是工程师具有足够操作空间，且符合实际地形，精准度较高。但同时，这种方法又较为原始，每一个步骤都需要人工完成，较为耗时耗力，而且计算量多，效率不高，若存在设计变更等情况，则需要从头测量计算[7]。

3 关于水利工程土方断面计量方法改进措施

结合上述几种土方断面计量方法，可以分析出各种方法之间的优劣，DTM生成断面法和已知插值点生成断面虽然效率高，但DTM生成断面法在涉及设计变更情况时需要重新进行计算和图纸修改，而且操作要求较高，当然已知插值点生成断面和手动记录绘图也有设计变更复杂问题，已知插值点生成断面其数据准确度也有偏差，现场记录绘图数据准确但所需计算量较大，费时费力，南方CASS断面法虽计算快捷，设计变更简单，但精准度存在问题，总之各种方法各有优劣势，这也是目前水利工程土方断面计量中存在的实际问题[8]。

但从DTM生成断面法和南方CASS断面法中分析其优劣势，并不是不能找到解决办法，DTM 生成断面法存在数据准确和适用度高的优点，而南方CASS 断面法具有计算快捷方便的优点，两者优劣势正好可以形成互补，可以达到准确快捷的土方计量目的[9]。在南方CASS断面法中，无论是设计断面线还是计算表，都是从里程文件中自动生成，并不需要人为操控插值点和数据，但其所生成的断面与实际地形的多变相差较大，从而导致所得数据并不准确，所以，其解决方法非常明显，将原状断面线和设计断面线运用修正技术，从而矫正数据误差，得到较为精准的计算结果。在实际操作中，需要将原状断面线和设计断面线进行替换，以达到自动修正的目的[10]。其中需要注意的是，两根断面线应具备统一高程和设计中线为共同参考线和高程，同时，在倒角过程中需按规范进行，否则将会导致软件无法自动计算，在设计线的替换时，设计线应与中轴线存在交点，避免设计线直接穿过中轴线，从而引起软件自动计算功能故障。当然，如果设计线与中轴线为出现交点，也有相应解决办法，如利用编辑多段线就可。

4结语

综上所述，水利工程项目中，土方断面计量方法多种多样，有DTM生成断面法、南方CASS断面法、现场记录和绘图、已插值点生成断面法，这几种方法根据可根据实际工程需求进行选择或结合，但单一的计算方法都存在其明显的优劣势，在实际应用当中可能出现计算结果不准确、计算效率低、费时费力等情况，所以，需要对目前土方计量方法给予改进，提升计算精准度和土方计量工作效率，以便水利工程项目施工效率和施工质量的提升。在本文中，对几种土方断面计量方法进行了优劣势的分析和功能上的阐述，并结合其中的优劣点给出相应解决办法。而随着我国科学技术的进步，相信在未来，水利工程土方计量方法能够得到长足发展，我国水利工程相关人员能够用够拥有更加便捷高效的技术手段。