CASS在龙首矿区绿化场地平整与土方计算中的应用探讨

刘鹏山，张永龙，靳 博，杨瑾皓，车 山，甄 震，丁 科

（金川集团股份有限公司龙首矿，甘肃 金昌 737100）

1 背景

随着金川矿山的快速发展，龙首矿的绿化越来越受到矿山人的重视。但是，在龙首矿区绿化期间，场地平整中有大量土方工程。土方估算和计算已成为工程成本和方案中必不可少的工程指标，实现平衡的填方和挖方，选择合理的场地土方分配方案，避免反复重复回填、开挖和运输，并节省施工成本，加快施工进度。

1.1 软件介绍

CASS是借助AutoCAD平台二次开发的专业测绘软件，其功能和CAD相似，增加了土方量计算方法。该软件的界面友好，学习较容易，操作更简便，并且土方量的计算精度高，效率高，速度快，非常适用于设计绿化场地平整方案和计算填挖土方量。

利用CASS设计绿化场地平整方案和计算填挖土方量，突破了传统计算方法的瓶颈，不仅简单、快捷、精确，还提高了工程效率，降低了工程费用。

1.2 土方量计算的原理

场地设计面分为规则面（平面、斜面、曲面）和不规则面，但自然地面更是复杂多变，要求所计算的土方量绝对准确是非常困难的，在实际计算过程中，选取合适的特殊点，在某一方向上的矿区自然地形的变化拟合成折线变化，或利用TIN（三角网）建立DEM（数字高程模型）形成连续三角面，基本模拟出矿区自然地形的变化规律，能符合矿区真实地形情况，先计算出设计线与相似折线间的面积，然后再乘以高度，就可计算出体积，即为土方量。

2 CASS计算土方量的方法

由于断面法计算土方量和传统方法计算土方量的原理相同，故不作介绍，下面将重点介绍：方格网法、DTM法和等高线法。

2.1 方格网法

CASS软件介绍的方格网法，需要的依据为矿区区域的“高程点坐标数据文件”，其具体计算操作为：

首先在软件中展绘数据，用复合线绘制出需要计算土方的区域，再用鼠标点击“工程应用”-“方格网法土方计算”，选取需要计算的区域边界线，然后会弹出的方格网土方计算对话框，从中导入填挖前所实测的“高程点坐标数据文件”，再选择设计面：

（1）若设计面是平面时，先输入“目标高程”，后输入方格网规格。例如输入10m，则为采用10m×10m的方格网；

（2）若设计面是斜面时，先确定斜坡方向，一是坡顶点的“坐标”与“高程”，二是坡线的下边点的“坐标”，最后确定“方格宽度”；

（3）若设计面既不是平面也不是斜面，经开挖或回填后的场地变的杂乱无章，先利用前期实测的绿化场地“高程点坐标数据文件”，形成“三角网文件”，然后在设计面选项中选取和导入文件，最后再确定“方格宽度”；

（4）如果设计面是上述的任意一种，也可以选取“三角网文件”，前提是要构建场地挖方后的“三角网”，其方法计算土方量与DTM法中依据图上三角网计算相似。

2.2 DTM法

利用DTM模型方法指的是依据矿区实测的点坐标（北坐标，东坐标，高程），再利用形成的三角网来求出每一个三棱锥的填挖方量，然后累加求出指定矿区区域内的填方与挖方土方量，并绘制出场地填挖方的分界线。

2.2.1 根据坐标计算

（1）首先把计算土方的区域用复合线绘制出，线必须是闭合的，但最好不要拟合；

（2）“工程应用”→“DTM法土方计算”→“根据坐标文件”用鼠标依次点击；

（3）提示：选取区域边界线，用鼠标点击所画的闭合复合线；

（4）先在弹出的“高程坐标文件”对话框中选择场地实测高程坐标文件，再在弹出的“DTM土方计算参数设置”对话框中输入场地设计标高与边界采样间隔(米)（设定的默认值是10m）；

（5）回车后，场地填挖方的提示框出现，命令行显示：填方量=XX m3、挖方量=XX m3，以及选取的场地三角网、填挖方(白色线条)分界线；

（6）关闭对话框后，系统提示：显示表格的左下角位置需指定：＜直接回车，不绘表格＞在图上合适位置用鼠标点击，在该处显示计算成果。

2.2.2 根据图上实测的高程点计算

（1）先展绘高程点，用复合线选定所要计算土方的区域；

（2）“工程应用”→“DTM法土方计算”→“根据图上高程点计算”用鼠标依次点击；

（3）提示：点击选取边界线。DTM土方计算参数设置对话框弹出，输入平场设计标高与边界采样间隔(米)：＜10＞（设定的默认值为10m）；

（4）用回车确定后，显示计算成果表。

2.2.3 根据图上的三角形计算

（1）先建立DTM模型，点击“等高线”→“建立DTM”，直接图上选取或者选择数据文件，生成三角网，再根据矿区场地的实际情况，在已有的三角网上进行必要的添加和删除，让结果逼近矿区实际地形；

（2）“工程应用”→“DTM法土方计算”→“根据图上三角网计算”用鼠标依次点击；

（2）热处理调质后变形风险大 根据技术条件的性能试料要求编制的粗加工图如图2所示，增加性能试料区和粗加工余量后粗加工尺寸变为φ6430mm×350mm。虽然在工艺准备时充分考虑到变形因素并适当增加厚度方向上的余量，力求在源头上保证热处理变形后尺寸能够满足精加工要求，但管板直径大、壁厚小、高径比小，热处理调质时容易变形，调质后变形风险大。

（3）提示：场地标高(米)：输入平整后的实际高程，再用鼠标选取三角形。

2.3 等高线法

此计算法是指求出任意两条等高线间的（必须是闭合的等高线）土方量，具体操作步骤如下：

（1）先展绘场地实测点，再建立DTM模型，点击“等高线”→“建立DTM”，直接图上选取或选择数据文件，生成三角网。再根据矿区地形实际情况，在现有的三角网上进行必要的添加和删除，让结果逼近实际地形，“等高线”→“绘制等高线”依次点击，弹出的对话框中可选择等高线间距等，并修复不闭合的等高线；

（2）“工程应用”→“等高线法土石方计算”依次点击，在屏幕上提示的“选择参与计算的封闭等高线”中选取封闭的等高线；

（3）回车后，提示：“输入最高点高程”；

3 应用举例

在龙首矿区地表绿色工程项目中，矿区地形较为复杂，有山谷、沟壑以及废石堆等，工作重点是准确计算实际填挖方量。随着金川矿山的快速发展，矿山人越来越重视矿区的绿化，在龙首矿区土地绿化场地平整中存在着大量土方工程，在绿化工程方面土方量的计算和调配显得非常重要，在矿区绿化工程成本和方案选择中不可缺少的一项工程指标是土方量的计算、核算。

由于西一斜坡道硐口的地形是山脉环绕，其中有山谷、沟壑等复杂地形，还有废石的堆放杂、乱而且面积宽，若利用传统的断面法，则根本无法计算，故采用DTM法进行计算土方量。

3.1 野外采集数据

废石堆距离矿区控制网系统较远，利用现有坐标系统进行测量非常困难，为了方便、快捷和精确，利用GPS观测技术：在废石堆场视野开阔的地方加设基准站，假定基准高程，先测量废石堆的堆积范围，然后再测量废石堆堆积地形较复杂点和变坡点。

3.2 内业数据处理

在CASS上先展绘外业采集的坐标数据，再建立DTM模型，绘制出场地等高线。

解算所采集点的高程，综合考虑，场地标高是一般取10个高程最低的值的平均值，按照DTM计算土方量的方法来求出堆积废石场场地平整土方量。

计算结果可表1，选择绿化场地平整的最优方案的前提条件是准确计算废石堆场场地平整填挖方量，也是绿化工程费用结算的主要依据。

表1 计算成果

4 总结

本文对利用CASS软件计算土方量的方法进行了探讨，相比传统方法，对于获得场地平整标高和土方量情况时，CASS更快捷、更准确，提供为全面掌控绿化工程的可信依据。在实际工作中，绿化场地的最佳平整方案是土方最优调配方案与土方最优平衡方案相结合，既要满足场地填、挖土方量平衡，又要满足土方最佳调配，确定出最终的、最合理的场地平整的设计高程，土方量计算结果能满足精度要求，达到的目的是使场地平整最优设计和土方量计算最优化。

CASS软件作为测绘人员的左膀右臂，其功能能熟练掌握并付之于实践中，在绿化工程项目建设中起到不可忽视的作用。