土方工程是建築工程施工中主要工種工程之一，包括一切土（石）方的挖梆、填築、運輸以及排水、降水等方面。土方工程的工程量大，施工條件複雜，受地質、水文、氣象等條件影響較大。因此，在組織土方工程施工 ，應作好必要的工作，以确保工程質量。

在建築工程中，最常見的土方工程有：場地平整，基坑（槽）開挖，地坪填土，路基填築及基坑回填土等。在對土方量進行計算時，要考慮到地形特征、精度要求以及施工成本等方面的情況，選擇合适的計算方法，達到最優的目的。比較常用的幾種計算土方量的方法有：方格網法、等高線法、斷面法、DTM法、區域土方量平衡法和平均高程法等。

• 在較為平坦的平原區和地形起伏不大的場地，宜采用方格網法。這種方法的優點是：計算的數據量小，計算速度快，省卻了DTM法龐大的數據存儲量。

• 在狹長地帶，比如公路、渠道、溝道等，則适宜使用斷面法進行計算土方量。
• 在地形起伏較大、精度要求高的一些山區，則需要用到DTM的計算方法。但是也要考慮到圖件本身數據量和數據儲存等問題。
• 在精度要求不高、地形簡單的區域可選擇平均高程法。

下面，我們簡單的看一下最常用的斷面法和方格網法的具體使用方法：

1.斷面法

當地形複雜起伏變化較大，或地狹長、挖填深度較大且不規則的地段，宜選擇橫斷面法進行土方量計算。

土石方量精度與間距L的長度有關，L越小，精度就越高。但是這種方法計算量大, 尤其是在範圍較大、精度要求高的情況下更為明顯；若是為了減少計算量而加大斷面間隔，就會降低計算結果的精度；所以斷面法存在着計算精度和計算速度的矛盾。

2.方格網法

對于大面積的土石方估算以及一些地形起伏較小、坡度變化平緩的場地适宜用格網法。這種方法是将場地劃分成若幹個正方形格網，然後計算每個四棱柱的體積，從而将所有四棱柱的體積彙總得到總的土方量。在傳統的方格網計算中，土方量的計算精度不高。我們引入一種新的高程内插的方法，即楊赤中濾波推估法。

1）楊赤中推估

楊赤中濾波與推估法就是在複合變量理論的基礎上，對已知離散點數據進行二項式加權遊動平均，然後在濾波的基礎上，建立随即特征函數和估值協方差函數，對待估點的屬性值（如高程等）進行推估。

2）待估點高程值的計算

首先繪方格網，然後根據一定範圍内的各高程觀測值推估方格中心O的高程值。繪制方格時要根據場地範圍繪制。

其次，為參加估值計算的各離散點高程觀測值，為各點估值系數。而後進一步求得最優估值系數，進而得到最優的高程估值。

3）挖（填）土方量區域面積的計算

如果，土方量計算的面積為不規則邊界的多邊形。那麼在面積進行計算時，先對判斷方格網中心點是否在多邊形内，如果在，那麼就要計算該格網的面積，否則可以将該格網面積略去。

對于複雜的、工程量大的土方工程，我們需要利用軟件輔助計算，如道路設計BIM軟件OpenRoads Designer。OpenRoads Designer能創建3D挖填土石方模型，作為數字孿生模型，精确計算、可視化并總結挖填量分析。OpenRoads Designer 獨特的建模功能幫助提升土石方量工作流，實現效率最大化，節約成本。

下面我們一下看下軟件的具體功能：

自動出圖

使用文檔中心來自動生産高質量圖紙，包括與整體項目一緻的多領域文檔設置。在圖紙定位中獲得項目的實時視圖。一旦設計改變，圖紙也會随之改變。直接在圖紙中編輯，OpenRoads Designer将更新源幾何圖形。

創建水平和垂直對齊

使用對象導向的坐标幾何和線形設計功能，快速創建精準的水平和垂直對齊，提供智能化更新。使用高程剖面圖顯示表面信息和與水平線形相關的垂直線形。

創建縱斷面圖和橫斷面圖

從設計中的任意點創建縱斷面圖和橫斷面圖。借助動态橫斷面在修改設計時實時查看更新。您可以查看地面變化以反映設計編輯，包括地表特征、廊道組件，以及建築限制或車站等注釋。

對地形進行建模和分析

創建既包含地形數據又包含公路或場地特征的智能模型。您可以根據特征一目了然地區分設計中的結構、外觀和符号。

對整個雨水和污水管網進行建模、分析和設計

創建、操縱、設計和分析與您的公路設計完全集成的雨水和污水管網。您可以操縱平面圖或剖面圖視圖中的管網，不僅顯示排放系統模型，還顯示其他公用設施。

土石方建模

創建3D挖填土石方模型，作為數字孿生模型，精确計算、可視化并總結挖填量分析。OpenRoads Designer 獨特的建模功能幫助提升土石方量工作流，實現效率最大化，節約成本。

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重慶萬達城室外主題樂園場地項目場地在1平方公裡左右，樂園内部有道路多條，各種遊樂設施依山而建，建築物種類多且景觀要求高，含隧道地下管線，專業多且雜，設計人員溝通難度大，多專業協同設計困難。

項目難點

1) 場地大，利用率要求高；

2) 專業多，涉及路隧、景觀、動畫、消防、電氣等多專業協同難度大；

3) 樂園遊樂設施種類多，對消防、景觀、遊客到達度等要求高；

4) 項目依山而建，土方的填挖量大，控制土方量且保障各專業設計不沖突是場地設計人員的最大難點。

解決方案

針對以上項目難點，利用道路設計軟件Openroads Designer進行精準建模和計算分析：

1）創建的模型精度高，模型涉及面廣（道路、隧道、場地、管道、邊坡、湖泊、山上小徑）；

2）直接統計各道路土方量和各個區域的場地填挖方量；

3）根據邊坡生成道路挖填方量。

具體做出如下工作：

• 基于設計圖紙，建立與設計圖紙相符的DTM模型，建立場平、道路、景觀地形及道路放坡等相關模型；
• 基于方案圖紙及後續調整初步設計、施工圖紙進行了多次配合調整；
• 基于邊坡設計方案進行邊坡建模工作；
• 基于湖泊設計方案建立了大湖秀場地及其瀑布方案；
• 小火車軌道的地理位置及其與周邊地形的放坡關系；
• 對比原始地形模型及不同版本設計地形，得出填挖方量及填挖方圖；
• 各版模型逐步優化填挖方量及相關做法。

項目價值

我司利用BIM軟件輔助項目土建、景觀、動畫設計人員進行設計，快速建模并算出實時土方量，幫助進行優化分析。

建出的模型能清晰的反映設計情況，對複雜的遊樂設施擺放，标高的确定提供了直接并且科學的依據，土方量由初步設計時的140萬方量優化到最終方案的80萬方，為客戶節約了近7000萬元的工程費用。

如果，您有土方工程計算需求，或想采購土石方建模和計算工具OpenRoads Designer，歡迎關注“艾三維技術”微信公衆号，聯系我們。

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