南方CASS成图软件中三角网对工程量计算的探讨

1、南方成图软件中三角网对工程量计算的探讨CASS林 伟 明， 林 青 海( 中国水利水电第十工程局有限公司 一分局，四川 都江堰 611830)摘 要: 介绍了使用南方 CASS 成图软件时三角网的建立对工程量计算的重要性，旨在为同行提供借鉴。关键词: 南方 CASS 成图软件; 三角网; 工程量计算中图分类号: TV221 1; TV222 2文献标识码: B文章编号: 1001-2184( 2012) 06-0092-031 概 述在水利水电、公路、矿山剥离与采矿等工程 中，对于开挖或回填工程量的计算主要采用断面 法。断面法分两种: 一种是直接断面法，即先根据 工程施工设计图纸进行断面布置，

2、再进行原始地 形的断面测量，在工程施工中和工程竣工后进行 开挖断面和竣工断面测量，计算工程量; 另外一种 是间接断面法，即先测量地形图，成图后再根据地 形图绘制断面图，继而进行工程量的计算。在南方 CASS 成图软件未出现前，地形图及 断面图的绘制均为手工进行，不仅工作量大，而且 容易出错，错后修改困难。随着南方 CASS 成图 软件的使用，地形图和断面图的绘制变得简单了。 除了根据地形图绘制断面图进行工程量计算外， 南方 CASS 成图软件还可使用方格网法、等高线 法和三角网法进行工程量的计算。2 南方 CASS 成图软件的成图原理地形图是指地表起伏形态和地物位置、形状 在水平面上的投影图。

3、具体来讲，将地面上的地 物和地貌按水平投影的方法( 沿铅垂线方向投影 到水平面上) ，并按一定的比例尺缩绘到图纸上， 这种图称为地形图。图上只有地物，不表示地面 起伏的图称为平面图。相对于平面图而言，地形 图的最大区别是要表示出地面起伏情况，而地面 起伏情况则是通过等高线这一重要形式表示的。对于不同的软件，其地物的表示方法不同，但 对于地形图，尤其是工程量的计算影响不大。对 工程量的计算影响最大的是等高线，所以，等高线 的正确绘制是工程量计算正确的前提。南方CASS成图软件主要先通过外业采集的数据生成三角网，再通过三角网中三角形每条边的两个顶点的 高程进行直线内插，求算相同高程在三角网中的 平

4、面位置，再连接相同高程的点形成等高线。从 上述等高线的建立过程叙述中不难看出，等高线 的正确与否和三角网的正确与否直接相关。由于断面法可以清楚、直观地看到计算的过 程，所以，在此以断面法为例，对使用南方 CASS 成图软件绘制断面图时遇到的问题进行分析并找 出解决问题的方法。在南方 CASS 成图软件使用 过程中，断面图的绘制可以采用已知数据、等高 线、三角网等。因为等高线是由三角网生成的，所 以三角网正确的话，等高线也是正确的。这两种 方法其实是一样的，对工程量影响很小。3 使用南方 CASS 成图软件绘制断面图实例及 分析3 1采用已知数据绘制断面图存在的问题我们按设计开挖图对边坡进行开挖

5、后，测量开挖竣工地形，利用测量数据生成南方 CASS 成图软件的 Dat 文件。在进行断面图绘制时，如果 使用 Dat 文件进行断面图的绘制，所绘制的断面 图经常会出现这种情况: 开挖的竣工断面线本应 该如图 1 中的“实际开挖线”，但使用南方 CASS 成图软件绘制的断面线却如图 1 中的“CASS 自 动绘制断面线”。这种情况产生的后果为: 在计算工程量时，对 于“实际开挖线”和“CASS 自动绘制断面线”之间的区域我们施工了，却没有计算工程量。这一部 分工程量可以近似的表示为:V = H D /2 L式中 V 为工程量( 体积) ; H 为开挖边坡的高度;收稿日期: 2012-07-11

6、D 为地形测量时碎部点的密度; L 为开挖边坡的长度( 断面间距) 。从公式中不难看出，这个差值与边坡开挖的 高度、地形测量时碎部点的密度、边坡长度成正 比。施工区域越大、开挖高度越高，这种情况对工 程量的影响越大。3 2问题分析出现这种情况的原因是因为南方 CASS 成图软件在绘制断面图时，对于组成断面图的断面点的高程的计算是选择离断面点最近的三个数据点 组成三角形，通过线性内插的方法计算的。为了更清楚的说明这个问题，下面以一段边 坡为模型进行说明。如图 2 所示: 1、2、3 号点为边坡坡顶测量点，4、5、6 号点为边坡坡脚测量点，7、8、9 号点为高程90 台阶测量点，以此 9 个点组成

7、南方 CASS 成图软件的 Dat 文件。根据 Dat 文件绘制断面线时，断面点 A 的高程是由 2、3、5 号点组成的三角形进行线性内插计算得到，断面点 C 的高程由 5、8、9 号点组成的三角形进行线性内插计算得到。在这两个三角形中，每条边都能正确的表示实际的图 1开挖断面图地形情况，所以线性内插计算出的高程是正确的。图 2 计算模型图而断面点 B 就不一样了，断面点 B 是坡底点，图中显示其高程是由 2、5、8 号点组成的三角形进行 线性内插计算得到的。在 2、5、8 号点组成的三角 形中，2 8 这条边是从坡顶直接到平台上，没有 经过坡底。显然这是不对的，没有正确表示出实 际的地形情况

8、，所以计算出的高程也是错误的。 这时，绘制的断面线就如图 2 右 侧 中 所 示 的 “CASS 自动绘制断面线”。在这个断面图中，断 面点 B 的实际点位本应该在 B 上，但却绘制在 B上了，显然，这与实际是不相符的。在边坡施 工中，这种情况下计算出的点的高程总是比实际 点的高程大，通过断面计算出的工程量总是小于实际工程量，这对于施工方是不利的，也违反了公平、实事求是的原则。3 3解决方法那么，如何才能正确的计算断面点 B 的高程呢?首先，在外业进行数据采集时，对于地形变化的地方，可以适当增加数据，但这样也无法百分之 百的避免上述情况的发生，而且会增加外业工作 量; 其次，我们只有通过内业进

9、行解决: 即在绘制 地形图时，先绘制坡坎线，再组建三角网，通过三 角网文件绘制断面图。图 3 修正后的开挖图在南方 CASS 成图软件中，点击屏幕菜单( 软件安装后默认在屏幕右侧) 中的【地貌土质】菜 单，点击【坡坎】，选择【自然斜坡】中任意一种，按 命令行中的提示依次画出坡底线和坡顶线，绘制 出如图 3 中左侧虚线所示的坡坎。坡坎的正确与 否是组建三角网的关键，所以，在外业进行碎部点 测量时，要对这些坡坎点进行编码，通过编码绘制 坡坎线，这样绘制出来的坡坎线才能正确的表示 出实际的地形。关于测量数据点的编码在此不做 赘述。绘制完坡坎线，开始组建三角网: 选择【等 高线】菜 单 下 的【建 立

10、 DTM 】命 令，弹 出【建 立 DTM】的对话框，选择“由数据文件生成”，点击 “浏览”，找到前面建立的 Dat 文件，回到【建立 DTM】的对话框时再选择在【建模过程考虑地性 线】前打钩，点击【确定】，命令行提示选择对象， 选择刚绘制好的坡坎线，组成如图 3 中中间所示 的三角网。三角网文件自动保存在与 Dat 文件同 一目录下，名称与 Dat 文件同名，后缀名为 Sjw。 从新组建的三角网中我们可以清楚的看到，断面 点 B 的高程已经不是由 2、5、8 号点所组成的三角 形进行线性内插计算，而是由 2、4、5 号点所组成 的三角形进行线性内插计算的。由 2、4、5 号点组 成的三角形正

11、确的表示了实际的地形情况，由其 计算出的断面点 B 的高程也应该是正确的。此 时，根据三角网文件绘制断面图，所绘制出的断面 线如图 3 中右侧的“调整后绘制断面线”，这条断 面线与实际开挖情况是一致的。在实际工作中，由于数据更多，通过这个方法 所形成的三角网中难免还会有一些错识的三角形，我们可以通过图面进行检查，按实际地形删除错误的三角形，重新画出正确的三角形。当图面 所有三角形都正确后，点击【等高线】菜单下的 “三角网存取”命令，选择“写入文件”，在“输入三 角网文件名”对话框中找到自动保存的三角网文件，将其覆盖、重新生成三角网文件，回到图面中，选择所有三角形，图面三角网被保存。此时，图面三

12、角网与三角网文件是一致的。实际运用通过以上分析不难得出以下结论: 不管使用4什么方法计算工程量，都需基于正确的数据文件。在 CASS 成图软件中，断面法、方格网法、三角网法三种计算方法都会使用到三角网，所以，正确的组建三角网是关键。同时，在规范允许的前提下，我们可以根据不同的施工( 开挖、回填) 、不同的阶段( 原始地形、竣工地形) 选择不同的断面绘制 方法或工程量计算方法，以达到最佳的工程量计 算效果，求得到最大的经济效益。业主委托我单位对雅安市宝兴县跷碛砂石场河道进行清理。需清理的河道长 5 km，宽 50 m，深 5 m。由于面积大、弯道多，没有任何设计资料参考，无法直接进行断面测量。在

13、实际测量时，我 们对原始的河床和清理后的河床分别进行地形测 量。再根据地形图进行断面布置，绘制断面图，计 算清理工程量。在进行断面图绘制时，分别采用 了 Dat 文件和三角网文件。其结果为: 使用三角 网文件绘制的断面图计算的清理工程量比使用 Dat 文 件绘制的断面图计算的清 理 工 程 量 大( 下转第 111 页)有沉渣情况时相似，而在上游面防渗墙底部出现了比较大的拉应力，防渗墙中部以及下游面的最 大拉应力仍然出现在覆盖层和基岩交界处。压应力的最大值出现在防渗墙被水面的底 部，为 663 71 kPa，小于混凝土抗压强度; 拉应力压应力的最大值出现在防渗墙被水面的底部，为 505 36

14、kPa，小于混凝土抗压强度; 拉应力 的最大值出现在被水面围堰回填料底部 ，为48 75 kPa。( 2) 无沉渣时防渗墙的应变和应力。在无沉渣情况下，尾水渠开挖施工结束时防 渗墙的大小主应力分布见图 8 9。图中主应力的最大值出现在迎水面围堰底部，为 126 32 kPa。结 语通过采用有限元法对围水渠开挖施工过程进 行模拟分析得知，防渗墙底的沉渣对防渗墙的应 力状态产生了很大的影响:( 1) 沉渣的存在对防渗墙的水平位移影响相 对比较小;( 2) 沉渣的存在可以部分减小防渗墙下游面 底部的压应力;( 3) 沉渣的存在使得防渗墙上游面的拉应力 减小，并且在一定程度上减小了覆盖层与基岩接 触处

15、防渗墙的应力突变现象。沉渣的存在对防渗墙的受力状况可以起到一 定的改善作用，在施工过程中，一味的强调对沉渣 的清理将会适得其反，会导致进一步恶化防渗墙 的受力情况。参考文献:5图 8 无沉渣时开挖结束防渗墙大主应力分布图1朱伯芳 有限单元法原理与应用( 第二版) M 北京: 中国水利水电出版社，19982 董必昌 岩土工程仿真中接触单元和相关参数研究D华中科技大学，2005 年作者简介:谢江华( 1976-) ，男，重庆大足人，总承包项目副经理，工程硕士，高级工程师，国家一级建造师，项目管理师( PMP) ，从事水电站设计与建设管理工作;图 9 无沉渣时开挖结束防渗墙小主应力分布图以拉为正，单

16、位为 kPa。防渗墙应力分布规律和陈艳梅( 1977-) ，女，宁夏银川人，副处长，高级工程师，工程硕士，从事水电站、船闸与码头设计工作 ( 责任编辑: 胡友权)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 页)12 000 m3 ，按后来结算的单价 12 元 / m3 计算，竟 然有 14 4 万元的经济效益。尼日尔阿泽里克铀矿冶工程项目中的，T3 矿 开挖周长为 2 5 km，共开挖两层，每层平均深度 为 10 m，设计开挖工程量为 160 万 m3 。工程竣工 后，分别使用 Dat 文件和三角网文件绘制断面图， 计算竣工工程量。结果为: 使用三角网文件绘制 的断面图计算的工程量多比使用 Dat 文件绘制的 断面图计算的工程量多 25 000 m3 。按投标单价3 85