南方CASS道路断面法土方新算在城市道路建设中的应用研究

2022-09-01王亮

科技创新导报 2022年14期

王亮

（中建三局基础设施建设投资有限公司湖北武汉 430073）

随着测绘地理信息技术的广泛应用和计算技术的高速发展，城市道路建设呈现数字化、智能化。在现代化的道路建设过程中，对工程的测算要求越来越精确和严格，道路建设的土方量计算是工程量测算的重要内容，因此，选择高效、精确的测算方法，对于城市道路建设至关重要。

道路断面法计算土方就是在野外按照设计横断面的里程桩号，逐个横断面测量断面上地形特征点，再将设计线与地面线“套”在一起，形成一个封闭的图形，并求出该图形的面积，最后根据平均断面法，计算出道路的土方量。本文以苏一光GNSS-RTK-A35 和新疆巴音郭楞蒙古自治州某工程举例说明，阐述如何通过Excel软件将现场实测的测量数据编辑成里程文件。

1 原地面数据生成“.hdm”文件

1.1 横断面测量

测量前，将道路曲线要素输入到手簿中，然后根据手簿中“道路放样”中的“到横断面”测量程序放样设计里程桩号的断面。放样时，根据地形和里程桩号确定放样点，即采集该断面上的地形特征点时，既要顾及前后左右的距离，还要注意与断面的距离，距断面距离越小，意味着地形点越趋近于该断面，才可以采集该地形点［1］。以此类推，采集下一个地形点。

1.2 内业数据整理（原地面数据整理）

数据整理如表1 所示。采集完横断面数据以后，将横断面数据导出。在表中的每一列中加入列名（里程桩号、偏距、横坐标、纵坐标），其中，将里程桩号按从小到大排列，偏距按从左至右排列。

1.3 插入空白行

为了后期数据处理，需在每一个横断面下方插入一个空行，而每行采集的地形点数量不定。具体操作如下。以表1为例：在A列后面插入一辅助列；从A2单元格向下选取复制，粘贴在B3 单元格，然后从A3、B3单元格向下选中至A 列最后一行（注意：以B 列为准，第一行和最后一行单元格的数据不选取）；从“查找和选择”的下拉菜单“定位条件”中选中“行内容差异单元格”，这时，辅助列中会出现被选中的单元格；将鼠标放在自动选中的差异单元格上，点击右键“插入”“整行”，即会在每个断面下自动插入一行，辅助列的作用完成；

表1 数据整理示意

1.4 断面排序

（1）选中第二行，右键插入一行。

（2）在辅助列B2 单元格中输入公式【=IF（A2=""，MAX（$B$1：B1）+1，""）】，向下填充，即可按断面排序。

1.5 原地面道路中线横断面文件（.hdm）的生成

（1）在G2 单元格中输入公式【=IF（A2＜＞""，C2，"BEGIN"）】，向下填充。

（2）在H3 单元格中输入公式【=IF（B2=""，F2，TEXT（A3，"0.000"）&"："&B2）】，向下填充。

（3）选中刚刚计算的两列数据，粘贴至新建的文本文档中，将空格替换成“，”并保存，最后将新建的文本文档名称的后缀名“.txt”改成“.hdm”，完成原地面道路中线横断面文件的编辑。

2 道路设计参数设置

2.1 一级边坡的计算

一级边坡的数据处理相对简单，在CASS软件中菜单栏“工程应用”下“断面法土方计算”中的“道路设计参数设置”，可以按软件的格式在Excel软件中编辑，再粘贴到“道路设计参数设置”的对话框中。路基底的中桩设计标高计算：根据竖曲线要素，计算出路面的中桩设计标高，再减去结构层的厚度；路基的宽度为根据各横断面处路面的宽度、道路横坡和结构层的厚度共同计算。

将计算好的数据粘贴在“道路设计参数设置”对话框中相应的数据列中，其中，横断面序号与原地面道路中线横断面文件（.hdm）中的序号相同，填写其他相关数据，对于其他相同的数据可直接在对话框中向下拉取，检查后保存，文件后缀名为".txt"。

2.2 多级边坡的计算

在CASS 软件中，有专门的处理多级边坡的方法，但不方便应用。现用某工程挖方段的标准横断面举例说明，填方的原理与挖方相同，如图1所示。

图1 路基标准横断面图

根据路基的标准横断面图，将各个“拐点”在Excel中编辑成相对于中线的偏距和高程的数据。为了后期成图可以绝对闭合，计算最左侧与最右侧的拐点时，断面线可向左、右分别延长一定的距离，经多次测试软件［2］，若横断面图中的断面线不能相交，软件则会默认计算垂直封闭的横断面图，会影响土方计算精度。

在计算表的最后输入BEGIN、下一个断面的“里程：序号”（公式为：B6&"："&A6），下表为K0+000.000的里程断面计算数据，其余断面只要根据此表，将相关参数用绝对引用符号“$”固定，向下拉取，每个断面的数据都会轻易计算出来，图中展现，固将表格分成左右如表2所示。

表2 路基左侧偏距和高程（表中距离为负号表示位于线路左侧）

所有断面的偏距和高程计算完毕以后，需要将此表处理成纵向排列的数据：可在计算表的最右侧任找两列空白单元格处理，先输入“BEGIN”“000.000：1”，在“BEGIN”下面的单元格中输入公式“=OFFSET（B$5，0，ROW（A1）*2-1）”［3］，再向右侧单元格拉动，则右侧的单元格公式为“=OFFSET（C$5，0，ROW（B1）*2-1）”，然后同时选中向下拉动，直至出现“BEGIN”，说明这一行数据已经转换完毕，此时，需要转换下一行数据，如本表，“BEGIN”下一行的起始转换数据的公式为“=OFFSET（B$6，0，ROW（A1）*2-1）”“=OFFSET（C$6，0，ROW（B1）*2-1）”，即每行开始转换的公式只需在上一行将绝对引用符号“$”后面的数字加“1”即可，如此，即可转换完毕。选中这两列数据，粘贴至新建的文本文档中，将空格“替换”成“，”，保存后，关闭文本文档，并将“.txt”改成“.hdm”。

3 土方计算

打开南方CASS 软件，菜单“工程应用”下选中“断面法土方计算”“道路断面”，此时，会弹出一个小窗口（断面设计参数）［4］，其中，“选择里程文件”即选取野外实际采集的横断面数据（格式为.hdm），“横断面设计文件”的选取分两种情况，分别为一级边坡和多级边坡。

3.1 一级边坡

选取先前保存的道路设计参数（格式为.txt），然后将“路宽”“横坡率”前面的“R”去掉，同时，碎落台、边沟的相关尺寸改成“0”，然后根据出图的需要，调整“绘图参数”。绘图参数调整以后，点击小窗口右上角的“确定”，然后又跳出来一个“绘制纵断面图”的小窗口，点击右上角的“…”确定纵断面图的位置，“确定”即可。此时，小窗口消失，南方CASS 命令［5-7］栏里出现“指定横断面图的位置”，点击绘图区以后，绘图区会自动画好横断面图。选择“工程应用”下“断面法土方计算”“图面土方计算”，将软件刚刚绘制的横断面图全部框选中，空格或回车，命令栏里出现“指定土石方计算表左上角位置位置”，绘图区则会生成土石方计算表。

3.2 多级边坡

在菜单“工程应用”下选中“断面法土方计算”“道路断面”，弹出一个“断面设计参数”小窗口，“选择里程文件”即选取野外实际采集的横断面数据（格式为.hdm），“绘图参数”调整好，点击小窗口右上角的“确定”，则跳出来一个“绘制纵断面图”的小窗口，点击右上角的“…”确定纵断面图的位置，“确定”即可。南方CASS命令栏里出现“指定横断面图的位置”，此后的步骤与一级边坡相同。菜单“工程应用”下选中“断面法土方计算”“图上添加断面线”，里程文件选取多级边坡计算的道路参数的里程文件（格式.hdm），确定之后框选前步生成的横断面图，软件会自动将道路参数的里程文件添加至横断面图中［8］。菜单“工程应用”下选中“断面法土方计算”“二断面线间土方计算”，依次点取任意一个横断面图中的两条断面线，然后框选所有横断面，完成土方计算。填写土方计算表中中心高的“填、挖”数据。