土方量概念与计算详解

1.基本概念

土（石）方量是土方工程施工组织设计的主要数据之一，包括填、挖土方量的总和，是采用人工挖掘时组织劳动力或采用机械施工时计算机械台班和工期的依据。

在各种工程建设如铁路、公路、水利、电力、矿山、农业等建设中，土石方量计算是一项经常性的、不可缺少的工作，且在整个工程量中，土方工程常占有较大比例。土方量的大小与工程的投资直接相关，方量计算精度的高低直接影响到建设工期、经济效益。需要合理地进行土方调配，节省施工费用，加快工程进度。

土方调配应力求达到挖方与填方基本平衡和就近调配、运距最短，并尽可能与施工相结合。

2.计算方法（原理）

计算土方量的方法有多种，常用的有：断面法、方网法、散点法、DEM法、等高线法等。

断面法

水利工程中的输水工程、管道、河道等工程，在开工前先测量原始地形，然后根据设计图纸中相应桩号位置的开挖高程和放坡坡度，套绘成横断面图，根据横断面图计算土方开挖量。该方法主要适用于长而窄线状设计。

方格网法

将场地划分为若干个方格（20~50m），实测或从地形图上得到每个方格角点的自然标高，根据设计标高，得出各点的设计标高与自然标高之差，确定零界线，计算出各方格的填挖方量，所有方格的填挖方量之和即为整个场地的填挖方量。该方法直观、易懂、计算简单，适用于大面积相对平缓的区域。

方格法计算土方量：

散点法

散点法又称为算术平均法，原理简单，计算方便，尤其适用于虽有起伏但变化比较均匀、不太复杂的地形，如丘陵。过程是：确定田面设计高程→计算挖填平均深度→计算挖填方面积→计算挖填土方量。

DEM求差

由DEM模型来计算土方量是根据实地的地面点坐标(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。DEM 法土石方计算中每一个现场测量点都直接参与了计算，计算精确度相对较高，模型建立逼真，适用于精度要求较高的工程。

DEM法要求原始地形数据能够准确反映地形细部特征、地形变换特征等，精度要求较高。30米、12米等公开DEM精度不够，5米DEM相对来说误差较小。更多的是通过全站仪、GPS-RTK、无人机等测量设备测量坐标高程。

测坐标高程的测量设备：全站仪、GPS-RTK、无人机

等高线法

等高线法是用求积仪在地形图上测出各条等高线所围起的面积，乘以相应的等高距求得土方。

除此之外，还有表格法、三角棱柱体法、辛普森法等。

3 计算软件

各常用方量计算软件，一般均对原始数据转换为TIN或DEM进行计算。计算方法一般采用网格法或三角网格法，对原始DEM和设计DEM（可能为平面）进行求差计算，逐网格得到方量值，然后统计得到总体挖填方值。

源数据（原始地形）：DEM、地形图、高程点、点云、倾斜模型、GPS-RTK

设计数据（设计地形）：断面、等高线、高程点、BIM

市面上有土方量计算功能的软件非常多，包括：CASS、ArcGIS、ArcView、Global Mapper、AutoCAD二次开发、Revit、EPSW、MapGIS、Super ** p、纬地、鸿业、广联达、HTCAD、GPCAD、MapInfo、Surfer、Citystar、Matlab、RDMS、Gena ** p、MGE、Geostat等。

工程行业一般是CAD，所以各种基于CAD的插件应用较多。Global Mapper相对较简单，但功能强大，能满足各种方量计算需求，但工程行业会用的人较少。

Global Mapper界面

除此之外，随着BIM和无人机实景三维的普及，更多人开始尝试直接将现状地形进行复原拍摄扫描，经信息处理后形成真实的三维地形信息模型，再结合根据总图设计条件搭建的BIM地形模型，将两种模型结合并进行运算，同时做到做到“实际与模型的精确对应”和“所见即所得”。

无人机记录原始地貌

设计模型与原始地貌对比，生成土方填挖方模型为了更好地满足广大用户使用数据的需求，LSV现已上线5米分辨率的数字高程模型DEM和数字表面模型D ** ！

该数据采用干涉合成孔径雷达（IFSAR）采集，并通过先进立体技术处理来精确编辑处理水域、海平面等，得到5米分辨率的数字表面模型（D ** ）和5米分辨率的数字地形模型（DEM），并且做到无缝无云层。