土石方工程量计算方法的研究

土石方工程量计算是建筑工程施工的一个重要步骤。工程施工前的设计阶段必须对土石方量进行预算,它将直接关系到工程的费用概算及方案选优。在现实中的一些工程项目中，因土方量计算的精确性和最优性而产生的纠纷也是经常遇到的。如何利用测量单位现场测出的地形数据或原有的数字地形数据快速准确的计算出土石方量就成了人们日益关心的问题。比较常见的几种计算土石方量的方法有：方格网法（最常用）、等高线法、断面法、块面法、DTM法、区域土方量平衡法和平均高程法，最后还有一个总的土方调配等。



1、方格网法计算

对于大面积的土石方估算以及一些地形起伏较小、坡度变化平缓的场地适宜用方格网法。这种方法是将场地划分成若干个正方形格网，然后计算每个四棱柱的体积，从而将所有四棱柱的体积汇总得到总的土方量。在传统的方格网计算中，土方量的计算精度不高。现在我们引入一种新的高程内插的方法，即杨赤中滤波推估法。



2、DTM法（不规则三角网法）

不规则三角网(TIN)是数字地面模型DTM表现形式之一，该法利用实测地形碎部点、特征点进行三角构网，对计算区域按三棱柱法计算土方。（三角网法适用于小范围大比例尺高精度的地形情况）



基于不规则三角形建模是直接利用野外实测的地形特征点(离散点)构造出邻接的三角形，组成不规则三角网结构。相对于规则格网，不规则三角网具有以下优点： 三角网中的点和线的分布密度和结构完全可以与地表的特征相协调，直接利用原始资料作为网格结点;不改变原始数据和精度;能够插入地性线以保存原有关键的地形特征,以及能很好地适应复杂、不规则地形，从而将地表的特征表现得淋漓尽致等。因此在利用 T1N 算出的土方量时就大大提高了计算的精度。

可以看出，DTM法的精度较高，因为三角网能很好地适应复杂、不规则地形，从而更好地表达真实的地面特征。但是要注意的是DTM方法计算土方量精度高,但其计算过程中数据量大,占用大量存储空间。因此,如果地图本身数据量大时就应慎重考虑是否采用该方法。



3、平均高程法　

平均高程法测量时隔20 m测1个碎步点,把所有的碎步点高程相加取平均,作为该测区平均高程。该方法通常被施工单位采用,但该方法误差较大。



4、块面法　

块面法适用于地形变化不连续的地形情况，如农田（梯田）规整规划等的土方计算，块面法计算土方量。



5、断面法

当地形复杂起伏变化较大，或地狭长、挖填深度较大且不规则的地段，宜选择横断面法进行土方量计算。

土石方量精度与间距L的长度有关，L越小，精度就越高。但是这种方法计算量大, 尤其是在范围较大、精度要求高的情况下更为明显;若是为了减少计算量而加大断面间隔，就会降低计算结果的精度; 所以断面法存在着计算精度和计算速度的矛盾。



6、土方调配

当一个场地内的有好多区块的土方量，有填有挖，当我们把挖出来的运到需要填的区块里去，这里就涉及到一个怎么来运输土方量，就能达到一个挖填平衡、总的运距最短、费用最低。（原理：使用最小二乘法）土方调配的原则：总的运距最短、挖填平衡（时间平衡、空间平衡）目的简单说来两个字：省钱（费用最低）



7、总结

通过对以上几种土方量计算方法的介绍，我们可以看到以下几点：

⑴ 在较为平坦的平原区和地形起伏不大的场地，宜采用方格网法。这种方法计算的数据量小，计算速度快，省却了DTM法庞大的数据存储量。

⑵ 在狭长地带，比如公路、水渠等则适宜使用断面法进行计算土方量。

⑶ 在地形起伏较大、精度要求高的一些山区则需要用到TIN的计算方法。但是也要考虑到，本身数据量大，数据储存量的问题。

总之，在对土方量进行计算时，要考虑到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情况，选择合适的计算方法，达到最优的目的。
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