总图设计中土方量计算的研究与比较

范康燕

中轻国际工程有限公司 北京 100026

在工程项目的建设中，土方量计算是重要且相对复杂的环节。很多的因素都会影响土方计算，包括选择的测量精度、计算方法等。土方计算中截面法、网格法以及DTM方法比较常见。不同的计算方法在原理上有所不同，所适用的工程范围也不同。接下来，本文将对常用土方计算方法以及软件进行分析。

1 总图设计中土方量计算的主要方法

1.1 网格法

1.1.1 功能和范围

方格方法的操作非常简单，计算结果易于理解，甚至初学者也可以很好地使用它。使用网格法计算土方量过程中，每个网格的土方量都可以准确地进行计算。可以通过叠加每个网格的土方来计算总土方。因此，网格方法适用于相对平坦的地形。

1.1.2 计算的基本原理

网格法计算首先获取每个角的网格高度，将这些高度值相加，然后从标准网格边长获取网格区域的总面积，进而通过简单的体积计算最终计算出土方量。

1）计算施工标高。地形的实际标高与施工标高之间的差值。

2）计算零位。如果网格中具有挖方与填方，则必须首先计算网格边缘的零点的具体位置，并将其标记在网格上。这是填方区域与填方区域之间的边界。

1.1.3 计算的主要步骤

1）导出高程图数据。利用网格法计算土方时，首先要进行采点操作，使用鼠标进行“工程应用->选择指定点以生成数据文件”操作时，软件将自发地弹出一个界面并请求坐标数据。如果将文件另存为dat格式，则指定的点将显示在左下角。

用鼠标左键单击高程点以查看特征代码。该代码代表行政代码。在下一步中，进行采点，然后按Enter。当按下Enter键时，将显示高程（0.00m），可以输入刚刚用鼠标得到的高程点数据。

2）图纸处理。使用鼠标进行“绘图->高程点”操作，以上述导出的数据格式加载数据文件，然后进行高程点距离以及参数比例的设置。对基点使用复制原始图像，然后关闭使用多段线。

3）土方计算。绘制后，进行“工程应用程序->网格法土方计算->选择计算区域边界线”的操作。在高程点坐标文件中，选用“施工前数据”这一文件。目标标高值应高于实际的施工后标高。单击“确定”导出设计图，并获得总的施工前填方量。然后使用相同的方法导入“后期工作数据”文件，计算出施工后的总填方值，然后减去2得到土方。

1.2 断面法

1.2.1 计算的基本原理

土方计算中，断面法计算出最初的地面线与实际设计的地地面线之间围起来部分的断面面积，并使用断面之间的距离找到围起来的几何图形的总体体积。通过汇总统计各断面的体积，获得目标区域中的填方量。

1.2.2 计算的主要步骤

在进行土方计算时，使用断面法必须进行剖面线设置，并在目标区域内一定距离处收集剖面数据。通常，布局截面应垂直与截面线或线性投影的轴线垂直。

通常，在同一项目中用于计算土方量的断面法需要进行多公式计算。土方计算的剖面法中，计算的准确性受到剖面之间的距离、地面的数据收集准确性以及所使用计算方法的影响。如果可以控制测量的精度，则为了提高土方计算的准确性，有必要通过缩短截面之间的距离，并利用恰当的计算方法来作。基于满足规范的要求，在地形变化不显著的地区中，可以合理地增加断面之间的间距。如果地形发生明显变化，则应适当减小断面之间的间距，以确保计算的土方量准确性。

1.3 DTM法

1.3.1 计算的基本原理

DTM方法用于土方计算的原理是基于测得的地面高程点坐标和设计的高程数据，并通过三角网络模型的构建，计算所有三棱锥的填方量。并计算每个三棱锥对应的土方量。通过叠加土方量来计算最终的土方量，并根据计算结果显示填挖方之间的边界。

1.3.2 计算的主要步骤

DTM方法主要利用高程点数据、坐标数据以及基于原始图三角网等三种方式的计算，进而完成土方计算。如果计算中使用前两者，则需要重建三角形网格，而第三种方法只需要使用原始图纸的三角形网格。具体如下：

（1）根据坐标数据进行计算。在复合线圈上标记要处理的土方区域，然后按照软件说明在图上确定计算区域的边界所在，导入该区域对应的坐标文件，在随后显示的界面中输入边界采样间隔与平场标高，然后按OK。

图1 利用DTM法计算土方量

2）根据图上的高程点进行计算。计算时，需要标记复合线圈要处理的区域，并用鼠标进行相应操作。

3）计算图中的三角网。首先，建立一个DTM模型，根据被测地形的特征进行三角网的适当删除，用鼠标执行最终的DTM方法土方计算操作，按照软件说明引导输入平坦区域的高程，并确保计算中需要的三角形面积，单击Enter，计算结果将自动显示。

2 飞时达、鸿业与civil3D软件在土方量计算上的研究

2.1 土方计算中飞时达软件FastTFT

2.1.1 计算原理

土方计算中，飞时达软件FastTFT是在AutoCAD平台上设计出来的土方计算的专业软件。它根据原始地形图对应的等高线、高程点进行原始高程的自动收集，原始地形的处理中，根据软件的操作步骤，将原始地形数据输入。还可以根据站点要求自动优化和计算站点设计的立面图，并对其进行参数化，以确定站点设计中的立面图。

2.1.2 软件计算的范围与优势

FastTFT软件在土方计算中，范围主要是工厂总图站点以及居住区规划的土方计算，同时也用于机场站点、城市道路设计、农业工程中的农业用地和土地规划、园林景观设计、灌溉设计中河堤和大坝等的土方量计算。FastTFT会根据将运输距离乘以最小的运输量与土方建设成本的原理，自动确定土方分配计划并自动生成3D模型。它根据实际工地的需求以及不同复杂的地形条件，提供了计算土方的针对性方法。可以执行分区域的土方开挖和填方的结果优化，以解决现场土方平衡的要求。

2.2 土方计算中鸿业市政道路软件的应用

2.2.1 计算的主要原理

为了在更大范围内计算土方，鸿业市政道路软件在计算填挖方量时，精度较高，工作量更少，计算更简单。基本原理是在需要在计算的范围内以规则的间隔绘制网格，使用设计的高程平面作为计算土方量的底部，并根据上述高程点计算每个网格顶点的高程，分别计算每个方形的具体土方量，并将所有土方量相加获得总的土方量，土木工程计算的场地平整是通常遇到的问题。

2.2.2 计算的范围与优势

对于工程建设，尤其是大规模的地面平整土方工程，有必要计算填土量和开挖量。红叶城市道路软件土方计算模块可以较好地解决土方平衡填方和基坑体积计算问题。较旧的土方平衡设计经常使用其他方法和软件进行计算，工作量大，效率低并且具有不理想的设计效果。经过对红叶城市道路软件的进一步研究和开发，主要用于城市道路设计。除了强大的功能外，它还可以解决其他工程设计问题，例如土方平衡路堤体积计算和开挖。

使用红叶城市道路软件来执行土木工程平衡计算，无需使用大量的海拔梯度，复杂的插值以及其他调整其他繁重任务的方法。该方法适用性强，土方计算的准确性和效率高。对于土方平衡工程设计，建议使用它来计算现有高程点的土方量。

2.3 Civil3D中的土方计算中的应用

2.3.1 计算的适用与原理

Civil3D是Autodesk为土木工程行业提供的功能强大的的处理软件。近年来，越来越多的开发商将重点转移到丘陵与山区的开发上。这些区域的开发需要特别注意地质环境、地形与工程技术等。对于设计师而言，传统的信息收集技术和2D方法不能满足总体控制以及项目进度的需求，尤特别是计算土方量、挡土墙以及道路设计的总图设计中。

Civil3D在场地台阶与道路之间实现不同的协调关系，减少了人工方案选取和工程量统计的总体工作量，因此可以同时输出工程量表。调整道路的高程也会动态更新垂直剖面图。设置截面装配后，可以将其直接转换为完整的道路施工图。

2.3.2 软件计算的优劣势

在土方计算中，Civil3D有其自身的优势，特别是在引入曲面概念时，工程设计人员可以快速并动态地对土方的演变过程进行了解，始终掌握主要的环节并实现优化和调整。可以将边坡与工厂区域的土方工程结合起来，以进行总体平衡优化。Civil3D在计算精度上，使用了更复杂的计算模型，因此与实际情况更加吻合，实现了实时显示3D界面，这也对计算机设备的性能提出了很高的要求，这也是很多普通用户不选用该软件的原因。

3 结束语

当前，许多计算机软件都具有土方计算的基本功能。尤其重要的是，如何在总图设计中快速且合理地使用计算机软件，以根据实际需求，利用适当的计算方法，准确地满足并完成土方量计算。为了解决这一问题，在某些实际项目中，可能需要确定较复杂的条件与参数，针对这些方法与软件的原理与优缺点进行合理选择。