南方CASS成圖軟件中三角網(wǎng)對(duì)工程量計(jì)算的探討

1、南方成圖軟件中三角網(wǎng)對(duì)工程量計(jì)算的探討CASS林 偉 明， 林 青 海( 中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰 611830)摘 要: 介紹了使用南方 CASS 成圖軟件時(shí)三角網(wǎng)的建立對(duì)工程量計(jì)算的重要性，旨在為同行提供借鑒。關(guān)鍵詞: 南方 CASS 成圖軟件; 三角網(wǎng); 工程量計(jì)算中圖分類號(hào): TV221 1; TV222 2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 1001-2184( 2012) 06-0092-031 概 述在水利水電、公路、礦山剝離與采礦等工程 中，對(duì)于開(kāi)挖或回填工程量的計(jì)算主要采用斷面 法。斷面法分兩種: 一種是直接斷面法，即先根據(jù) 工程施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行斷面布置，

2、再進(jìn)行原始地 形的斷面測(cè)量，在工程施工中和工程竣工后進(jìn)行 開(kāi)挖斷面和竣工斷面測(cè)量，計(jì)算工程量; 另外一種 是間接斷面法，即先測(cè)量地形圖，成圖后再根據(jù)地 形圖繪制斷面圖，繼而進(jìn)行工程量的計(jì)算。在南方 CASS 成圖軟件未出現(xiàn)前，地形圖及 斷面圖的繪制均為手工進(jìn)行，不僅工作量大，而且 容易出錯(cuò)，錯(cuò)后修改困難。隨著南方 CASS 成圖 軟件的使用，地形圖和斷面圖的繪制變得簡(jiǎn)單了。 除了根據(jù)地形圖繪制斷面圖進(jìn)行工程量計(jì)算外， 南方 CASS 成圖軟件還可使用方格網(wǎng)法、等高線 法和三角網(wǎng)法進(jìn)行工程量的計(jì)算。2 南方 CASS 成圖軟件的成圖原理地形圖是指地表起伏形態(tài)和地物位置、形狀 在水平面上的投影圖。

3、具體來(lái)講，將地面上的地 物和地貌按水平投影的方法( 沿鉛垂線方向投影 到水平面上) ，并按一定的比例尺縮繪到圖紙上， 這種圖稱為地形圖。圖上只有地物，不表示地面 起伏的圖稱為平面圖。相對(duì)于平面圖而言，地形 圖的最大區(qū)別是要表示出地面起伏情況，而地面 起伏情況則是通過(guò)等高線這一重要形式表示的。對(duì)于不同的軟件，其地物的表示方法不同，但 對(duì)于地形圖，尤其是工程量的計(jì)算影響不大。對(duì) 工程量的計(jì)算影響最大的是等高線，所以，等高線 的正確繪制是工程量計(jì)算正確的前提。南方CASS成圖軟件主要先通過(guò)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)生成三角網(wǎng)，再通過(guò)三角網(wǎng)中三角形每條邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的 高程進(jìn)行直線內(nèi)插，求算相同高程在三角網(wǎng)中的 平

4、面位置，再連接相同高程的點(diǎn)形成等高線。從 上述等高線的建立過(guò)程敘述中不難看出，等高線 的正確與否和三角網(wǎng)的正確與否直接相關(guān)。由于斷面法可以清楚、直觀地看到計(jì)算的過(guò) 程，所以，在此以斷面法為例，對(duì)使用南方 CASS 成圖軟件繪制斷面圖時(shí)遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析并找 出解決問(wèn)題的方法。在南方 CASS 成圖軟件使用 過(guò)程中，斷面圖的繪制可以采用已知數(shù)據(jù)、等高 線、三角網(wǎng)等。因?yàn)榈雀呔€是由三角網(wǎng)生成的，所 以三角網(wǎng)正確的話，等高線也是正確的。這兩種 方法其實(shí)是一樣的，對(duì)工程量影響很小。3 使用南方 CASS 成圖軟件繪制斷面圖實(shí)例及 分析3 1采用已知數(shù)據(jù)繪制斷面圖存在的問(wèn)題我們按設(shè)計(jì)開(kāi)挖圖對(duì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖

5、后，測(cè)量開(kāi)挖竣工地形，利用測(cè)量數(shù)據(jù)生成南方 CASS 成圖軟件的 Dat 文件。在進(jìn)行斷面圖繪制時(shí)，如果 使用 Dat 文件進(jìn)行斷面圖的繪制，所繪制的斷面 圖經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種情況: 開(kāi)挖的竣工斷面線本應(yīng) 該如圖 1 中的“實(shí)際開(kāi)挖線”，但使用南方 CASS 成圖軟件繪制的斷面線卻如圖 1 中的“CASS 自 動(dòng)繪制斷面線”。這種情況產(chǎn)生的后果為: 在計(jì)算工程量時(shí)，對(duì) 于“實(shí)際開(kāi)挖線”和“CASS 自動(dòng)繪制斷面線”之間的區(qū)域我們施工了，卻沒(méi)有計(jì)算工程量。這一部 分工程量可以近似的表示為:V = H D /2 L式中 V 為工程量( 體積) ; H 為開(kāi)挖邊坡的高度;收稿日期: 2012-07-11

6、D 為地形測(cè)量時(shí)碎部點(diǎn)的密度; L 為開(kāi)挖邊坡的長(zhǎng)度( 斷面間距) 。從公式中不難看出，這個(gè)差值與邊坡開(kāi)挖的 高度、地形測(cè)量時(shí)碎部點(diǎn)的密度、邊坡長(zhǎng)度成正 比。施工區(qū)域越大、開(kāi)挖高度越高，這種情況對(duì)工 程量的影響越大。3 2問(wèn)題分析出現(xiàn)這種情況的原因是因?yàn)槟戏?CASS 成圖軟件在繪制斷面圖時(shí)，對(duì)于組成斷面圖的斷面點(diǎn)的高程的計(jì)算是選擇離斷面點(diǎn)最近的三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) 組成三角形，通過(guò)線性內(nèi)插的方法計(jì)算的。為了更清楚的說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，下面以一段邊 坡為模型進(jìn)行說(shuō)明。如圖 2 所示: 1、2、3 號(hào)點(diǎn)為邊坡坡頂測(cè)量點(diǎn)，4、5、6 號(hào)點(diǎn)為邊坡坡腳測(cè)量點(diǎn)，7、8、9 號(hào)點(diǎn)為高程90 臺(tái)階測(cè)量點(diǎn)，以此 9 個(gè)點(diǎn)組成

7、南方 CASS 成圖軟件的 Dat 文件。根據(jù) Dat 文件繪制斷面線時(shí)，斷面點(diǎn) A 的高程是由 2、3、5 號(hào)點(diǎn)組成的三角形進(jìn)行線性內(nèi)插計(jì)算得到，斷面點(diǎn) C 的高程由 5、8、9 號(hào)點(diǎn)組成的三角形進(jìn)行線性內(nèi)插計(jì)算得到。在這兩個(gè)三角形中，每條邊都能正確的表示實(shí)際的圖 1開(kāi)挖斷面圖地形情況，所以線性內(nèi)插計(jì)算出的高程是正確的。圖 2 計(jì)算模型圖而斷面點(diǎn) B 就不一樣了，斷面點(diǎn) B 是坡底點(diǎn)，圖中顯示其高程是由 2、5、8 號(hào)點(diǎn)組成的三角形進(jìn)行 線性內(nèi)插計(jì)算得到的。在 2、5、8 號(hào)點(diǎn)組成的三角 形中，2 8 這條邊是從坡頂直接到平臺(tái)上，沒(méi)有 經(jīng)過(guò)坡底。顯然這是不對(duì)的，沒(méi)有正確表示出實(shí) 際的地形情況

8、，所以計(jì)算出的高程也是錯(cuò)誤的。 這時(shí)，繪制的斷面線就如圖 2 右 側(cè) 中 所 示 的 “CASS 自動(dòng)繪制斷面線”。在這個(gè)斷面圖中，斷 面點(diǎn) B 的實(shí)際點(diǎn)位本應(yīng)該在 B 上，但卻繪制在 B上了，顯然，這與實(shí)際是不相符的。在邊坡施 工中，這種情況下計(jì)算出的點(diǎn)的高程總是比實(shí)際 點(diǎn)的高程大，通過(guò)斷面計(jì)算出的工程量總是小于實(shí)際工程量，這對(duì)于施工方是不利的，也違反了公平、實(shí)事求是的原則。3 3解決方法那么，如何才能正確的計(jì)算斷面點(diǎn) B 的高程呢?首先，在外業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，對(duì)于地形變化的地方，可以適當(dāng)增加數(shù)據(jù)，但這樣也無(wú)法百分之 百的避免上述情況的發(fā)生，而且會(huì)增加外業(yè)工作 量; 其次，我們只有通過(guò)內(nèi)業(yè)進(jìn)

9、行解決: 即在繪制 地形圖時(shí)，先繪制坡坎線，再組建三角網(wǎng)，通過(guò)三 角網(wǎng)文件繪制斷面圖。圖 3 修正后的開(kāi)挖圖在南方 CASS 成圖軟件中，點(diǎn)擊屏幕菜單( 軟件安裝后默認(rèn)在屏幕右側(cè)) 中的【地貌土質(zhì)】菜 單，點(diǎn)擊【坡坎】，選擇【自然斜坡】中任意一種，按 命令行中的提示依次畫(huà)出坡底線和坡頂線，繪制 出如圖 3 中左側(cè)虛線所示的坡坎。坡坎的正確與 否是組建三角網(wǎng)的關(guān)鍵，所以，在外業(yè)進(jìn)行碎部點(diǎn) 測(cè)量時(shí)，要對(duì)這些坡坎點(diǎn)進(jìn)行編碼，通過(guò)編碼繪制 坡坎線，這樣繪制出來(lái)的坡坎線才能正確的表示 出實(shí)際的地形。關(guān)于測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的編碼在此不做 贅述。繪制完坡坎線，開(kāi)始組建三角網(wǎng): 選擇【等 高線】菜 單 下 的【建 立

10、 DTM 】命 令，彈 出【建 立 DTM】的對(duì)話框，選擇“由數(shù)據(jù)文件生成”，點(diǎn)擊 “瀏覽”，找到前面建立的 Dat 文件，回到【建立 DTM】的對(duì)話框時(shí)再選擇在【建模過(guò)程考慮地性 線】前打鉤，點(diǎn)擊【確定】，命令行提示選擇對(duì)象， 選擇剛繪制好的坡坎線，組成如圖 3 中中間所示 的三角網(wǎng)。三角網(wǎng)文件自動(dòng)保存在與 Dat 文件同 一目錄下，名稱與 Dat 文件同名，后綴名為 Sjw。 從新組建的三角網(wǎng)中我們可以清楚的看到，斷面 點(diǎn) B 的高程已經(jīng)不是由 2、5、8 號(hào)點(diǎn)所組成的三角 形進(jìn)行線性內(nèi)插計(jì)算，而是由 2、4、5 號(hào)點(diǎn)所組成 的三角形進(jìn)行線性內(nèi)插計(jì)算的。由 2、4、5 號(hào)點(diǎn)組 成的三角形正

11、確的表示了實(shí)際的地形情況，由其 計(jì)算出的斷面點(diǎn) B 的高程也應(yīng)該是正確的。此 時(shí)，根據(jù)三角網(wǎng)文件繪制斷面圖，所繪制出的斷面 線如圖 3 中右側(cè)的“調(diào)整后繪制斷面線”，這條斷 面線與實(shí)際開(kāi)挖情況是一致的。在實(shí)際工作中，由于數(shù)據(jù)更多，通過(guò)這個(gè)方法 所形成的三角網(wǎng)中難免還會(huì)有一些錯(cuò)識(shí)的三角形，我們可以通過(guò)圖面進(jìn)行檢查，按實(shí)際地形刪除錯(cuò)誤的三角形，重新畫(huà)出正確的三角形。當(dāng)圖面 所有三角形都正確后，點(diǎn)擊【等高線】菜單下的 “三角網(wǎng)存取”命令，選擇“寫(xiě)入文件”，在“輸入三 角網(wǎng)文件名”對(duì)話框中找到自動(dòng)保存的三角網(wǎng)文件，將其覆蓋、重新生成三角網(wǎng)文件，回到圖面中，選擇所有三角形，圖面三角網(wǎng)被保存。此時(shí)，圖面三

12、角網(wǎng)與三角網(wǎng)文件是一致的。實(shí)際運(yùn)用通過(guò)以上分析不難得出以下結(jié)論: 不管使用4什么方法計(jì)算工程量，都需基于正確的數(shù)據(jù)文件。在 CASS 成圖軟件中，斷面法、方格網(wǎng)法、三角網(wǎng)法三種計(jì)算方法都會(huì)使用到三角網(wǎng)，所以，正確的組建三角網(wǎng)是關(guān)鍵。同時(shí)，在規(guī)范允許的前提下，我們可以根據(jù)不同的施工( 開(kāi)挖、回填) 、不同的階段( 原始地形、竣工地形) 選擇不同的斷面繪制 方法或工程量計(jì)算方法，以達(dá)到最佳的工程量計(jì) 算效果，求得到最大的經(jīng)濟(jì)效益。業(yè)主委托我單位對(duì)雅安市寶興縣蹺磧砂石場(chǎng)河道進(jìn)行清理。需清理的河道長(zhǎng) 5 km，寬 50 m，深 5 m。由于面積大、彎道多，沒(méi)有任何設(shè)計(jì)資料參考，無(wú)法直接進(jìn)行斷面測(cè)量。在

13、實(shí)際測(cè)量時(shí)，我 們對(duì)原始的河床和清理后的河床分別進(jìn)行地形測(cè) 量。再根據(jù)地形圖進(jìn)行斷面布置，繪制斷面圖，計(jì) 算清理工程量。在進(jìn)行斷面圖繪制時(shí)，分別采用 了 Dat 文件和三角網(wǎng)文件。其結(jié)果為: 使用三角 網(wǎng)文件繪制的斷面圖計(jì)算的清理工程量比使用 Dat 文 件繪制的斷面圖計(jì)算的清 理 工 程 量 大( 下轉(zhuǎn)第 111 頁(yè))有沉渣情況時(shí)相似，而在上游面防滲墻底部出現(xiàn)了比較大的拉應(yīng)力，防滲墻中部以及下游面的最 大拉應(yīng)力仍然出現(xiàn)在覆蓋層和基巖交界處。壓應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在防滲墻被水面的底 部，為 663 71 kPa，小于混凝土抗壓強(qiáng)度; 拉應(yīng)力壓應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在防滲墻被水面的底部，為 505 36

14、kPa，小于混凝土抗壓強(qiáng)度; 拉應(yīng)力 的最大值出現(xiàn)在被水面圍堰回填料底部 ，為48 75 kPa。( 2) 無(wú)沉渣時(shí)防滲墻的應(yīng)變和應(yīng)力。在無(wú)沉渣情況下，尾水渠開(kāi)挖施工結(jié)束時(shí)防 滲墻的大小主應(yīng)力分布見(jiàn)圖 8 9。圖中主應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在迎水面圍堰底部，為 126 32 kPa。結(jié) 語(yǔ)通過(guò)采用有限元法對(duì)圍水渠開(kāi)挖施工過(guò)程進(jìn) 行模擬分析得知，防滲墻底的沉渣對(duì)防滲墻的應(yīng) 力狀態(tài)產(chǎn)生了很大的影響:( 1) 沉渣的存在對(duì)防滲墻的水平位移影響相 對(duì)比較小;( 2) 沉渣的存在可以部分減小防滲墻下游面 底部的壓應(yīng)力;( 3) 沉渣的存在使得防滲墻上游面的拉應(yīng)力 減小，并且在一定程度上減小了覆蓋層與基巖接 觸處

15、防滲墻的應(yīng)力突變現(xiàn)象。沉渣的存在對(duì)防滲墻的受力狀況可以起到一 定的改善作用，在施工過(guò)程中，一味的強(qiáng)調(diào)對(duì)沉渣 的清理將會(huì)適得其反，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步惡化防滲墻 的受力情況。參考文獻(xiàn):5圖 8 無(wú)沉渣時(shí)開(kāi)挖結(jié)束防滲墻大主應(yīng)力分布圖1朱伯芳 有限單元法原理與應(yīng)用( 第二版) M 北京: 中國(guó)水利水電出版社，19982 董必昌 巖土工程仿真中接觸單元和相關(guān)參數(shù)研究D華中科技大學(xué)，2005 年作者簡(jiǎn)介:謝江華( 1976-) ，男，重慶大足人，總承包項(xiàng)目副經(jīng)理，工程碩士，高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)建造師，項(xiàng)目管理師( PMP) ，從事水電站設(shè)計(jì)與建設(shè)管理工作;圖 9 無(wú)沉渣時(shí)開(kāi)挖結(jié)束防滲墻小主應(yīng)力分布圖以拉為正，單

16、位為 kPa。防滲墻應(yīng)力分布規(guī)律和陳艷梅( 1977-) ，女，寧夏銀川人，副處長(zhǎng)，高級(jí)工程師，工程碩士，從事水電站、船閘與碼頭設(shè)計(jì)工作 ( 責(zé)任編輯: 胡友權(quán))檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨( 上接第 94 頁(yè))12 000 m3 ，按后來(lái)結(jié)算的單價(jià) 12 元 / m3 計(jì)算，竟 然有 14 4 萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。尼日爾阿澤里克鈾礦冶工程項(xiàng)目中的，T3 礦 開(kāi)挖周長(zhǎng)為 2 5 km，共開(kāi)挖兩層，每層平均深度 為 10 m，設(shè)計(jì)開(kāi)挖工程量為 160 萬(wàn) m3 。工程竣工 后，分別使用 Dat 文件和三角網(wǎng)文件繪制斷面圖， 計(jì)算竣工工程量。結(jié)果為: 使用三角網(wǎng)文件繪制 的斷面圖計(jì)算的工程量多比使用 Dat 文件繪制的 斷面圖計(jì)算的工程量多 25 000 m3 。按投標(biāo)單價(jià)3 85