Cass软件土方量计算及两期土方量计算方法精度分析

王 晓

(吕梁职业技术学院,山西 孝义 032300)

0 引言

土方量计算是工程项目中常见的一项工作,在公路、铁路、河道、市政管沟、大坝渠道、园林土建、广场、农田、矿山、湖泊等各类土石方工程中都会遇到土方量计算及预算问题。土方量计算有很多种方法,而如何选择适合的工程计算方法是关键。目前,土方量计算方法主要存在以下几个问题:计算土方量方法有很多,但总是将传统手工计算与软件计算混淆;利用软件计算土方量时,对注意事项讲解得不够全面;对于两期土方量的分析不够全面。传统复杂的手工计算常采用方格网法与断面法。方格网法主要用于场地平整,通过在场地布设设定宽度的方格网,测定方格网各点的高程,计算场地的平整标高,将其作为设计高程,再计算各点的施工填挖高度及零点位置绘制零线,根据各点设计高与实测高组成的立体图形,计算各方格网的填挖土方量并汇总,从而获得测区土方量。断面法主要用于线状工程土方量计算,通过测定线路的横断面,根据两横断面间的体积之和求出线路的土方量。传统手工计算外业工作量大,计算复杂,易出错,精度与工作量存在矛盾。本研究阐述了传统手工计算原理,以Cass软件为例,比较各种计算方法使用时应注意的事项,通过实际案例分析,利用Cass软件DTM法与方格网法进行两期土方量计算,并进行精度分析。

1 Cass软件土方量计算方法及比较

Cass软件土方量计算方法有方格网法、DTM法、断面法、等高线法、区域土方量法5种。结合5种方法计算时应注意的问题,为合理选择计算方法、提高精度提供参考(结果如表1)。

表1 Cass软件土方量计算注意事项Tab.1 Points for attention in calculation of earthwork volume with Cass software

2 Cass软件两期土方量的计算方法比较

使用Cass软件进行两期土方量的计算,方法为DTM法与方格网法。DTM法两期土方量计算过程如下:将两期外野采集数据.dat,建立DTM文件.sjw。选择工程应用中DTM土方计算中的计算两期土方,根据提示分别选择两期的DTM文件点,确定计算出两期土方量。计算中应注意:①建立DTM文件时,需删除建立在边界线以外及不合格的三角网。处理三角网时会遇到三角网在边界线上的问题,先将边界线前置,再将三角网后置,将修改结果存盘,最后保存文件。②两期数据外业采集边界线的确定。两次数据采集边界线要尽可能一致。

方格网法土方量计算原理是将第二期外业采集数据作为一期采集数据的不规则设计面,根据指定宽度的方格网与一期数据形成填挖几何体,计算整个测区填挖方量。计算过程如下:将展第二期数据野外测量点号,使用PL命令绘制土方边界线,建立二期数据的三角网文件.sjw。选择工程应用中方格网土方计算,出现方格网土方计算对话框,输入高程点坐标选第一期.dat数据,三角网文件选第二期.sjw文件。计算时应注意:①将二期数据建立三角网文件二期.sjw。一期可以是外业采集数据也可以是高程数据。②外业采集格数据的密度与计算格网的宽度接近一致,外业数据采集点稀疏,会降低计算精度,过于稠密会增加外业工作量。③外业采集数据要能反映地势起伏情况,采集范围要注意略大于测区。④土方量计算完成后,回填或开挖都要注意虚方数,可根据实际情况乘以虚方数。

3 Cass软件两期土方量的计算案例分析

案例1:以某博物馆项目的基坑开挖为例,该项目总占地面积3.976万m2,博物馆建筑面积为1.45万 m2。在基坑开挖前,测区进行外业数据采集430个点,测量点间隔大约10 m,最小值高程763.414 m,最大值高程768.200 m,平均值为765.770 m。基坑开挖后,对博物馆建筑外业数据采集大约170个点,测量点间隔大约7 m,最小值高程762.771 m,最大值高程767.728 m, 平均值为763.663 m。

利用DTM法对博物馆进行两期土方量计算,计算结果如表2。从表2可以看出,DTM法在进行两期计算时,一期面积不同,二期面积相同,计算结果相同,且计算是以面积小的为准,说明DTM法两期土方量计算的边界线是以重合后最小边界线计算土方量的。DTM法计算时需要将两期数据都生成三角网文件,生成时注意处理三角网。

表2 某博物馆基坑开挖DTM法两期土方计算结果Tab.2 Two-stage earthwork calculation results of DTM method for excavation of foundation pit of a museum

利用方格网法对博物馆及大剧院进行两期土方量计算,计算时改变格网宽度,计算结果如表3中2、3、4列。可以看出,当计算格网宽度选择不同时,计算结果也不相同,且随着格网宽度的逐渐减小,计算填方量逐渐减小,挖方量逐渐增大,这与方格网计算原理有关,格网越小,计算的面越接近真实地面,但当格网大小小于数据采集密度时,格网再小意义也不大。大量实践表明,计算网格宽度与外业数据采集密度一致时,计算精度最符合实际要求[5]。方格网法计算时,是将二期数据作为设计面,二期数据需要生成三角网文件,在生成时要注意处理三角网,需要展二期数据并绘制土方量的边界线。

表3 某博物馆基坑开挖方格网法两期土方计算结果及精度分析Tab.3 Two-stage earthwork calculation results and accuracy analysis of grid method for excavation of foundation pit of a museum

从案例可以看出,TM法与方格网法都可以进行两期土方量的计算,且两种方法计算结果不同甚至差距很大,故对两种方法的计算结果进行精度分析,结果如表3中5、6列。可以看出,随着方格网的格网宽度减小,与DTM法计算的挖方量互差值越小,与挖方量的相对误差率逐渐变小,说明格网越小与DTM法计算结果越接近。

案例2:以某测区内计算土堆方量为例,该项目要求将测区内面积约2万m2、总长350多米、宽90多米、高约6 m的土堆移出测区,要求估算出移出土方的量。按要求使用RTK采集现有土堆数据为一期数据,以坡脚一周路沿石为二期数据,作为移出后的设计面,使用Cass软件的DTM法与方格网法分别进行两期土方量计算。结果如表4和表5中的2、3、4列。从表4可以看出,两期土方量边界线不同,土方量计算的边界线是按照重合部分边界线计算的。从表5中的2、3、4列可以看出,方格网法计算土方量,格网的宽度不同,计算结果不同,且随着格网宽度的缩小计算的方量增大。

表4 某土堆土方量DTM法两期土方计算结果Tab.4 Results of two-stage earthwork calculation by DTM method for a mound earthwork

表5 某测区土堆土方量方格网法两期土方计算结果及精度Tab.5 Two-stage earthwork calculation results and accuracy analysis of earth mound volume grid method in a survey area

对案例2两种方法的计算结果进行精度分析,从表5中5、6列的数据可以看出,方格网法的格网宽度逐渐减小,与DTM法计算结果互差及相对误差率逐渐减小,当格网宽度到5 m时最接近DTM 法数据计算结果,当格网小于5 m时,互差及相对误差率又开始增加,当格网宽度小于10 m时,方格网法与DTM法计算结果的相对误差率小于5%。

4 结论

使用Cass软件中的两种方法完成两期土方量计算并对计算结果精度进行分析,得出结论如下:

Cass软件可以用方格网法与DTM法两种方法计算两期土方量。为确保准确性,两种方法可以进行互检,两种方法的计算结果相对误差率在5%以内,则结果都可以认可。

在进行土方量计算外业采集数据时,要能反映地势起伏情况,在地势变化大的地方尽可能采集得密一些,从而提高计算精度。为了计算准确,外业数据采集的范围最好略大于测区范围。

在进行两期土方量计算时,数据需生成三角网文件。为提高计算精度,生成时需注意根据计算土方量的边界线删减三角网,生成最合理的三角网文件。

利用DTM法进行两期土方量计算时,是以两期数据的重合部分为边界线计算的,故在外业测量时,两次数据采集边界线要尽可能一致。

方格网法计算两期土方量时,当计算格网宽度选择越小计算精度越高。但通过大量实际证明,计算网格宽度与外业数据采集密度越接近计算精度越符合实际要求,外业数据采集点稀疏则会降低计算精度,过于稠密则会增加外业工作量。

土方量计算完成后,回填或开挖都要注意虚方数,可根据实际情况乘以虚方数。