土方计算方法的探讨及其精度分析

作者:小傅 , 分类:土方计算软件FastTFT , 浏览:350 , 评论:0

       参考于葫芦岛港集团有限公司,马强撰写的《飞时达土方计算方法的探讨及其精度分析》一文,主要讲解了土方计算时,不同的计算方法和外业测量数据采集往往会在很大程度上影响到土方计算精度。本文结合工程土方计算实例,对飞时达土方计算软件(FastTFT V13.0)中不同计算间距下、采用不同方法的计算精度进行了分析,希望能为相关人员在进行类似土方计算工作时提供借鉴。

       工程实践中,往往因为外业测量数据采集不够或者计算方法的选取不当在很大程度上影响到土方的计算精度,因此,探讨如何针对不同复杂程度的地形合理地进行外业数据采集及选择合适的土方计算方法是十分必要的。本文首先简要介绍了四种常见的土方计算方法的计算原理,然后根据具体工程实例,研究了飞时达土方计算软件对于不同复杂程度区域在不同采点间距及计算方法下的计算精度,分析了采点间距对于计算结果的影响。

       1、常见土方计算方法原理

       1)平均高程法。平均高程法是把外业采集的所有碎步点高程相加取平均,作为该测区平均高程,最后以测区的平均高差与面积的乘积作为最终土方量。

       2)方格网法。方格网法是将场地划分成若干方格,根据采集的地形自然标高插出每个方格网点的自然标高,然后根据平场标高求出两者差值,进而求出零线位置,计算出方格网的工程量。

       3)断面法。断面法是按一定的间距将场地划分为若干个横截面,按照设计高程与地面线所组成的断面图计算每条断面线所围成的面积,以相邻两断面面积的平均值乘以其间距,得出每相邻两断面间的体积,将各相邻断面的体积加起来求出总体积。

       4)三角网法。三角网法是根据实测地面点的坐标和设计高程,生成不规则的三角网,使整个计算土石方的地形形成了由三棱锥组成的集合,通过计算每个三棱锥的体积,最后累加计算出指定范围内的填挖方量。

       2、工程实例分析

       2.1 实例一

       为了探讨四种方法在平坦场地平整土方计算时的精度,选取了葫芦岛港柳条沟港区 3# 泊位堆场 100m×150m 范围的区域。外业数据采集间距约为10m,共采集150 个碎部点,最小高程5.000m,最大高程5.114m,平均值5.054m。为了避免计算时填挖方同时出现,平场标高假设为 -1.0m。

       计算时,分别选取了2m、5m、10m、15m、20m 的计算间距,旨在研究计算间距和实际采点间距的差异对计算结果的影响。通过使用 FastTFTV12.1 软件中的方格网法、断面法、三角网法以及传统的平均高程法在不同采点间距下的计算出的平均土方量结果相差不大,因此取其平均值作为本次土方计算量的近似理论值进行比较,结果如下表 1 :

       从以上数据,我们可以看出:

       1)当计算间距小于或者接近实际采样间距时,计算结果往往越接近真实值,反之,计算精度就会随之降低。单从这一点来看,采用的计算间距越小,计算精度越高,但是这样势必会引起计算的工作量增加 ;但就相同的外业数据而言,如果采点密度不够,即使计算间距设置很小,也不会在很大程度上提高计算精度。因此,实际计算时的间距一般设置为略小于实际采点间距为宜。

       2)根据表中计算数据,三角网法的计算结果更为接近理论值,但是,其它三种方法的计算结果和近似理论值偏差也不大。因此,当平场区域比较规则平整时,四种土方计算方法都会有比较好的应用效果。

       3)根据测量误差统计理论,由不同间距下的三种方法的计算中误差可以看出,在计算平坦区域的土方量时,采点间距在计算过程中对方格网法、断面法的影响较大,而对三角网法的影响不是很大。这是因为三角网法可以更好地表达地表的起伏形态。

       2.2 实例二

       以绥中发电厂二期工程配套码头项目陆域工程前期场地初步平整的两期土方量计算为例,该工程整平范围约为 59246m2,南北向长约384.7m,东西向宽约154m,地形起伏比较大。平整区域采样间距约为10m,土包、坑洼及陡坎处相应加大采点密度。其中,平整后共采集1198 个碎部点,最小高程1.255m,最大高程18.152m ; 整平前共采集 2137个碎部点,最小高程 -0.170m,最大高程18.222m。计算时,将平整前数据作为原始地形数据,把整平后的数据作为设计标高,分别采用5m、10m、20m 的采点间距进行计算两期土方量,结果如下表2:

        综合上述计算结果可以看出:

       1)方格网法用于地势起伏比较大的地形土方量的计算时,受采点间距的影响比较明显,土方总量偏差已经达到10% 之多,这显然已经超出了规范要求,可见在地势起伏比较大的地形土方量计算时不宜采取方格网法。

       2)通过表2中误差的统计数据可看出,断面法和三角网法在此工程实例计算中受采点间距的影响比较小,其中三角网法在不同间距下的计算结果相差无几。综合两个计算实例中的计算误差统计值,可见三角网法的适用性最强。但是,由于三角网是以(x,y,z)坐标来表达区域内的地貌形态的,所以使用三角网法进行土方量计算时,要加大采点密度使其更好地反映出地表的形态,以期达到更好地应用效果。

       3)考虑到采点间距对方格网法和断面法的影响,在使用方格网法和断面法进行土方计算时,要根据实际采点密度和精度要求合理选择计算间距,从而提高计算精度。

       3、结语

       由于土方计算原理方法不同,结果往往会有一定的差别,甚至是同一种计算方法在不同的采集密度、计算间距情况下计算结果都会有很大差别。因此,测量人员在进行原始地形数据采集时,要根据地形的复杂程度合理地选择采点步距,以其更够使测量数据更好地反映地形情况。总得来说,工程人员需要根据计算区域的情况和精度要求,制定合适的计算方案,选取合理的计算方法和计算参数,以期能够更好、更快地计算土方量。

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