摘要：工程土方在土地交通道路、开发整理、水电水利等建设项目中占有较大比重，且工程土方的测量方法和计算精准度对项目工程的费用和进度影响很大，所以土方的精准计算在土方工程中具有重要意义。本文通过对断面法、方格网法和基于数字地面高程模型法这三种方法的比较分析，采用系统思想建立工程土方系统模型，实现各个工程间的土方计算的优化方案，极大限度抑制总投资。
关键词：土方测量,土方计算方法,优化调配
引言
土方工程是土木工程建设的一项基础性的工作，土方工程计算是土木工程造价的重要组成部分之一。由于涉及到工程建设方和施工方的直接经济利益，并且实际工程中土方计算较为复杂，经常会被工程双方质疑，如何规范化土方工程计算被视为当今土木工程界的一大难题。
由于施工场地复杂性和地下地质结构的复杂性，大型土方工程施工时很多时候需要按照总体场平设计思路结合施工现场实际而作出局部方案调整从而达到因地制宜节约经费方便施工的效果。所以大型土方工程计算普遍采用的方法是首先对土方施工的规划区域进行原始地形测量和地质结构勘察，地面土方工程完成后，再对变化区域进行施工后地形测量。根据不同时期的地形测量资料和工程地质勘察资料利用计算机辅助生成DEM数字高程模型或人工分析高程模型来分块解算土方的变化体积量，最后汇总成果。
一、土方测量及计算方法
土方测量计算就是确定同一地块在填或挖前后的工程土方量,实际上就是计算原地表与设计地表之间的体积,土方的测量和计算因地形、工程、精度要求不同而有多种方法。目前比较常用的方法有方格网法、断面法及基于数字高程模型(DEM)法三种方法。每种方法的测量过程和计算原理不同,适用的场合及其精度也不尽相同。
1.方格网法
将地块划分成相同大小的若干四方网格，计算各个点的深度。测量每个四方网格的地面高程，计算挖填量。常规手工计算一般分为以下四步：1、绘方格网，方格网的大小取决于地形的复杂以及测点的密集、土方计算的精度要求情况，1：500的地形图一般取10-20m;2、计算各顶点的地面高程，求4个顶点的高程的平均值，计为该方格的高程;3、根据设计标高计算每格填挖高度;4、计算每格填挖土方量，分别统计填方与挖方的总量。
2.断面法
地面线将断面划分成多个区域，将体积计算三维问题简单处理成沿沟渠深度变化的二维问题。在处理断面挖填方时，地面线以上区域为填方区，地面线以下区域为挖方区，经过修整后的地面线与断面构成一个或多个多边形，可能分布不集中，位置不相同。因此这个多边形面积可以转换成多个梯形或三角形面积总和。常用的计算断面挖填方面积方法是:求积仪法、积据法以及计算机法。求积仪法是使用小方格纸绘出断面图，采用断面法在计算机相邻断面分为全填断面和全挖断面时，用求积仪测量出挖填方区域面积，其误差比较大。计算机法主要是利用计算机设计软件绘制断面图，利用软件自身计算功能对挖填区域面积进行计算。断面法提出不同改进方法，但是在挖填方体积处理方式上，从未解决断面法固有的缺陷问题。
3.基于数字地面高程模型法
数字地面高程模型是用一组地面点的平面坐标和高程描述地表形状的一种方式,具有形象、直观、精确等特点,在生产中有广泛的使用价值。DEM不仅应用于各种工程规模和地形分析,而且也被用于土方工程量的计算。
由DEM模型来计算土方量是根据实地测定的地面点坐标(X,Y,Z)和设计高程,通过生成三角网来计算每一个三棱锥的填挖方量,最后累计得到指定范围内填方和挖方的土方量,并绘出填挖方分界线。如果将DEM视为空间的曲面,填挖前后的两个DEM即为两个空间曲面,那么计算机便可以自动计算两个曲面的交线,也可以用一个铅垂面同时对两个曲面任意切割,并计算夹在两个切割下来的曲面间的空间的体积,实际上就是土方计算的填挖交界线、填方量和挖方量。
二、土方工程计算的分析与探讨
在大型土方工程计算过程中必须要专业技术人员的人工干预主要表现在以下几方面：
1.对测绘的数字化地形图人工判读并增加高程点测绘
因为有时对一个均匀坡度地形的图面定义并不需要太密的高程点而是用边界高程点组成的地性线构成的面来表示，所以为了避免计算机软件对高程点的错误内插，通常需要专业人员在通过对地形图充分的判读基础上(必要时现场判读，增加高程点测绘)，对地性线上的高程点进行人工内插加密，内插密度以间隔的两倍为好。实验表明密度再加大一倍，数据量会增加一倍，而计算结果的精度提高却很少。均匀坡度面中则不须要人工的内插增加高程点。
2.填挖动土区域边界线的确定
填挖动土区域边界需要专业测绘人员根据开挖前后的地形图对照后确定。大型土方工程往往是零散开挖集中填方，所以涉及施工区域大而杂，动土范围的人工准确确定有助于减少不必要的数据处理量。
3.数据检查
不论是原始高程数据还是计算过程中的方格高程体积数据及结果数据，都要经过人工干预层层复查。当然并不是要人的再计算一遍，而是通过某些方法通过人工的判读来检核各步骤成果的正确性。比如可以通过图面填挖区域颜色的区分看填挖区域是否连续、有无不正常的跳跃高程点或间断高程点来判断此位置是否有数据或计算错误。在数据检核时首先要把握高程数据源头外业采集数据，尽量先剔除或改正外业采集中的错误造成高程错误的数据;其次计算过程中对提取的数据排序后一一对应关系的检查也是必须的;最后就是成果数据的检查。
三、土方优化调配
1.土方调配思路和原则
土方的调配是在土方工程填方和挖方的转移和配置关系。进行土方调配的目的：减少工程项目由于堆放或弃方对耕地的破坏和占压以及对周围环境造成负面影响。
2.土方优化调配系统全面的建立
土方优化调配系统是一整个建设项目为系统，在各工程之间进行土方联合调配。子系统根据实际情况划分，建设相邻沟、路时，沟渠修筑多为挖方，田间道路的修筑多为填方，沟渠的修筑往往与相邻田间道的修筑同步实施，可将挖方填筑到填方区，自然相邻的沟渠路便成了土方调配的子系统。
四、小结
方格网法、断面法、DEM法是土木工程中三种常用的土方测量计算方法，具体选择哪种方法必须根据具体的地形特点、精准度要求确定。
参考文献
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