作者：余加勇

1.引言  
    土方量计算在土方工程中占有非常重要的位置,其大小直接影响工程造价和工程进度。只有准确的土方量，才能进行合理的土方调配，降低工程费用，加快工程进度，提高工程质量。因此，土方量计算在土方工程中有重要的意义和作用。土方量计算方法有许多种，常用的有方格网法、断面法、等高线法、表格法和散点法。使用这些方法时，通常采用手工计算，或者结合Excel、AutoCAD等软件半自动完成，其计算工作量大，人为干预的程度高，导致计算速度慢、准确度低。因此，土方工程中需要一种测算成本低、操作简便、通用性强、自动化程度高、速度快、精度高的土方量计算软件和方法。
    CASS6.0是广州南方测绘仪器公司研制的数字化测绘数据采集系统。它充分利用AutoCAD 2004的最新技术，集地形成图、地籍成图、土方量计算、公路曲线设计、绘制断面图于一体，广泛地应用于测绘行业。本文结合典型的土方工程，探讨如何利用CASS6.0的土方量辅助计算模块，高效、快速、准确计算土方量的方法。
3.计算原理
    在土方工程计算辅助计算模块中，计算土方量的方法有四种：断面法、方格网法、等高线法和DTM法。计算机辅助计算模块中的断面法、方格网法、等高线法基本原理与传统方法一致，不再赘述。在该模块中这些方法的使用，实现了真正意义上的数字化、自动化，其计算速度和精度与传统方法相比有质的提高。
    DTM法是利用数字地面模型计算土方量的一种方法。数字地面模型（DTM）是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。地表的任一特性如高程、土壤类型、植被等均可以作为DTM的特征值，以高程为特征值的DTM也称为数字高程模型（DEM），DTM法实际上是利用DEM计算土方量。DEM是用数字的形式表示地表形态，包含点位的三维坐标信息。根据实测点位地面三维坐标和设计高程，生成三角网来计算每个三棱锥的填挖方量，最后汇总，得到总填方量和总挖方量。
４.工作流程

图2　土方工程辅助计算模块操作流程图
    在土木工程中，常见的土方工程包括场地平整、基坑(槽)与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土、路基填筑以及基坑回填等。在选用测算方法时，应与工程实际相结合，选用合适的方法。如场地平整土方工程中，当地势比较平整时，选用方格网法；当地势起伏较大时，选用DTM法；带状地形的土方量计算应选用断面法，路基填挖、管沟开挖、人防工程开挖等也应选用此法；比较规则的山头或洼地，选用等高线法。土方量计算操作流程如图2所示。
    （1）全站仪采集数据：充分利用全站仪这一先进测量仪器，直接获取点位的三维空间位置。可自由选择地貌特征点，避开难测的点位，降低测量难度，极大地减少外业工作量。
    （2）传输数据：全站仪与计算机通过电缆连接，可双向数据通讯。传输时，通讯参数（波特率、数据位、停止位、奇偶检校位）设置应该完全一致，否则无法通讯。
　　（3）编辑数据：若用全站仪配套的数据通信软件或Windows的超级终端接收数据，必须编辑这些数据，使其与CASS6.0平台接收的数据格式一致。CASS6.0平台接收的坐标数据格式为：
    点号，特征码，y坐标，x坐标，高程 
 
    （4）文本数据编辑过程：①先用Excel打开文本文件raw.dat；②在Excel中编辑打开的数据；③将文件另存为raw.csv；④将该文件名改为raw.dat，完成数据编辑。此方法编辑文本文件快捷方便，值得推广使用。
    （5）输入方格宽：根据实际地形和精度要求，选择合适的方格网宽度。一般取5m、10m或20m。
    （6）生成里程文件：等高线生成法、三角网生成法、纵断面生成法和坐标文件生成法四种。有以下特点：①等高线生成法和三角网生成法只能生成纵断面的里程文件；②纵断面生成法需要绘制带状地地形图，外业工作量大，且精度不高；③坐标文件生成法，只需测绘横断面方向变坡点的三维坐标，速度快、精度高，故一般选用此法。
    （7）选择封闭等高线：未封闭的等高线应用复合线将其连接，使其闭合。
    （8）输入平场高：可以执行菜单中的“区域土方量平衡”命令，按照填挖平衡原则计算出平场高。
    （9）设计面输入：若设计面为简单的平面或斜面，直接输入设计高和坡度即可；若为不规则面，利用设计高程点建立数字高程模型(DEM），利用该DTM，无需分块，可直接计算出整个土方量。
５.工程应用
    长沙市南方大学新教学楼场地平整土方工程，场地面积约20000平方米，设计标高95.5米，以挖方为主。根据野外采集的碎部点三维坐标，用本土方量辅助计算模块计算，计算结果如图3所示。图3中，左侧绘出了各行对应的挖方量之和，下侧绘出了各列对应的填方量之和，左下角为汇总的总填方和总挖方。
    传统方法中，无论是手工计算，还是利用AutoCAD、Excel辅助计算，其工作量都很大。采用土方量计算机辅助计算模块中的方格网法计算，所有内业工作只需要几分钟，极大提高效率，且避免了人为干预，同时也提高了准确度。
６.结束语
    CASS6.0土方量辅助计算模块先后在长沙市南方大学教学楼场地平整、长沙市垃圾转运站场地平整、湖南邵怀高速公路等多项工程中使用和验证，均获得较好的效果。使用本模块计算土方量，测算成本低、自动化程度高、速度快、精度高、适用面广，有广泛的应用前景。希望本文能为数字化技术和计算机技术在土方量计算中的应用起到抛砖引玉的效果。