水利工程量計(jì)算中多平臺(tái)協(xié)作應(yīng)用的探索與實(shí)踐

于明遠(yuǎn) 朱記偉 張妙卿

（西安理工大學(xué)土木建筑學(xué)院 陜西 西安 710048）

1 研究背景

水利工程與一般土建工程相比，地形復(fù)雜，在土石方開(kāi)挖、斷面回填及鋪筑等分部分項(xiàng)工程量的計(jì)算過(guò)程中，由于受到不規(guī)則地形、地貌的影響，工程量難以用計(jì)算規(guī)則形體體積的數(shù)學(xué)方法直接計(jì)算[1]。雖然，工程造價(jià)軟件層出不窮，但仍不能給水利工程量計(jì)算帶來(lái)便捷性，探索出一種方便、快捷、普適的工程量計(jì)算方法對(duì)于水利工程成本控制具有重要意義。

全站儀為一種能夠自動(dòng)控制測(cè)距、測(cè)角、自動(dòng)計(jì)算水平距離、高差、坐標(biāo)增量，且可自動(dòng)顯示、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)輸出的測(cè)繪儀器，其一次安置即可完成該測(cè)站上全部測(cè)量工作，在工程測(cè)量中具有高效率、高精度、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)[2]。MicrosoftExcel作為專業(yè)電子表格，具有強(qiáng)大的編制函數(shù)與計(jì)算功能，可進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策操作。AutoCAD具有強(qiáng)大的制圖功能，常用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、和基本三維設(shè)計(jì)。關(guān)于全站儀及Excel、CAD軟件的結(jié)合應(yīng)用很多工程人員已經(jīng)做了探索，被應(yīng)用于水利工程測(cè)量（王鋒等，2005），道路土方量計(jì)算（肖國(guó)靖，2006），道路斷面測(cè)量（何寬，2008），巖土工程勘察（尤蘇南，2013），地質(zhì)制圖（薛衛(wèi)沖，2011）以及煤礦勘查（王順欽，2013）等眾多領(lǐng)域，并取得了很好的效果。然而，在水利工程量的計(jì)算中，關(guān)于全站儀、Excel及CAD多平臺(tái)協(xié)作應(yīng)用的研究仍較少。利用各平臺(tái)的信息導(dǎo)入功能進(jìn)行水利工程量的計(jì)算可取得良好的效果，提升水利工程量計(jì)算的便捷性及準(zhǔn)確度。

圖1 多平臺(tái)協(xié)作流程圖

2 多平臺(tái)協(xié)作應(yīng)用原理

水利工程中土石方開(kāi)挖、斷面回填及鋪筑等分部分項(xiàng)工程量的計(jì)算，直線段處可通過(guò)計(jì)算相鄰兩個(gè)斷面的平均面積乘以斷面間的距離得到，圓弧曲線段處可通過(guò)扇形計(jì)算公式得到，計(jì)算公式如下。快速準(zhǔn)確地測(cè)算斷面面積成為解決水利工程量計(jì)算的必要手段，值得注意的是根據(jù)微積分原理可知兩個(gè)斷面之間相鄰距離越小，計(jì)算誤差越小。

式中：V直，直線段兩段面間的工程量m3；L，兩段面間距離m；A，斷面平均面積m2。

圓弧曲線段處工程量：

式中：V圓，圓弧段兩端面間的工程量m3；L1，兩端面壩頂間距離 m；L2，兩端面壩地間距離m；A，斷面平均面積m2。

通過(guò)全站儀、Excel及CAD多平臺(tái)的數(shù)據(jù)對(duì)接與轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)工程量的自動(dòng)計(jì)算。具體如下：建立測(cè)量坐標(biāo)系，合理劃分測(cè)量段面，選取測(cè)量點(diǎn)，測(cè)得各點(diǎn)的三維坐標(biāo)；利用Excel的函數(shù)編輯功能，將各點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X,Y,Z）轉(zhuǎn)換成利于CAD作圖的二維相對(duì)坐標(biāo)，其中，（為基礎(chǔ)坐標(biāo)點(diǎn)；利用CAD的多線段繪圖功能及面積計(jì)算功能自動(dòng)計(jì)算各斷面面積，將數(shù)據(jù)帶入Excel進(jìn)行各段工程量計(jì)算，匯總獲得工程的工程量。

3 實(shí)施步驟——以某瀝青混凝土面板蓄水池混凝土工程量計(jì)算為例

某瀝青混凝土面板蓄水池高16m，庫(kù)容20萬(wàn)m3，周長(zhǎng)600m，池坡坡比為1∶2，蓄水池四周為直線段，四角為圓弧曲線段。本文以蓄水池一角圓弧長(zhǎng)20m，直線段40m為例，計(jì)算其瀝青混凝土面板工程量，計(jì)算過(guò)程如下：

（1）外業(yè)數(shù)據(jù)測(cè)量。以測(cè)量起始樁點(diǎn)0+000為首斷面，以給定的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的其中一點(diǎn)為測(cè)站點(diǎn)，另一點(diǎn)為后視點(diǎn)建立測(cè)量坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量。為了保證測(cè)量斷面的精度，直線段斷面間距離為5m，池頂部圓弧段斷面間距離為2m，池底0.5m，用全站儀在坡面上每隔2m采集一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（在實(shí)際工程應(yīng)用中根據(jù)精度要求可以縮短測(cè)量斷面間的距離和增加每條斷面上的采集的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)）。測(cè)得某斷面某點(diǎn)的坐標(biāo)記為（X，Y，Z），其中X、Y值表示該點(diǎn)位于水平面的絕對(duì)位置，Z值表示該點(diǎn)絕對(duì)高程。全站儀坐標(biāo)測(cè)量結(jié)束后，將測(cè)量結(jié)果保存成.txt文件格式儲(chǔ)存在內(nèi)存卡中。

表1 Excel坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程表

圖2 運(yùn)用CAD繪制所得斷面圖

表2 瀝青混凝土面板工程量計(jì)算成果表

（3）自動(dòng)計(jì)算斷面面積。首先，在CAD命令行中執(zhí)行多線段命令，并粘貼Excel所得坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用CAD快捷繪制命令繪制斷面曲線。具體步驟：復(fù)制上表1中斷面位置關(guān)系一列的數(shù)據(jù)，打開(kāi)CAD軟件在命令行輸入pl命令，在命令行粘貼復(fù)制的數(shù)據(jù)，回車即可繪制出所需的斷面曲線，瀝青混凝土鋪設(shè)前后的斷面曲線疊加即可得所需斷面（見(jiàn)圖2）。其次，利用CAD的面積命令自動(dòng)計(jì)算斷面面積。由于繪制完成的瀝青混凝土面板曲線與原斷面曲線為兩條不能閉合的曲線，要用CAD計(jì)算兩條曲線所圍部分的面積，需將兩端封口處用直線命令連接。首先要?jiǎng)?chuàng)建面域，在CAD軟件命令行輸入bo（邊界創(chuàng)建）命令，在選項(xiàng)卡的對(duì)象類型選項(xiàng)中選擇面域，邊界集選項(xiàng)中選擇新建，在圖上選擇構(gòu)成面域的對(duì)象回車確定在選項(xiàng)卡中選擇拾取點(diǎn)選項(xiàng)，在圖形上選擇構(gòu)成面域的對(duì)象，回車確定后創(chuàng)建成功。然后，在命令行直接輸入area（面積查詢）命令，鍵入O（對(duì)象）回車，選擇對(duì)象即可求得其面積。

（4）將所得斷面面積導(dǎo)入Excel運(yùn)用公式編輯工程即可完成整個(gè)工程量的計(jì)算，可得瀝青混凝土面板工程量為495.15程及其結(jié)果如表2。

4 結(jié)語(yǔ)

水利工程復(fù)雜的地形地貌給其土石方開(kāi)挖及斷面回填與鋪筑等分部分項(xiàng)工程量的計(jì)算帶來(lái)了很大的困難。在成熟的水利工程類計(jì)量計(jì)價(jià)軟件尚缺乏的條件下，探索通過(guò)目前已廣泛應(yīng)用的測(cè)量、計(jì)算、繪圖軟件的協(xié)作應(yīng)用解決工程問(wèn)題具有重要的實(shí)踐價(jià)值。本文結(jié)合全站儀、MicrosoftExcel及Auto CAD各自的優(yōu)勢(shì)及其數(shù)據(jù)對(duì)接的便利性，提出了利用全站儀測(cè)點(diǎn)，Excel進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，CAD進(jìn)行斷面面積自動(dòng)計(jì)算的工程量計(jì)算方法。通過(guò)某瀝青混凝土面板壩瀝青混凝土工程量計(jì)算的實(shí)踐證明，該方法簡(jiǎn)單易行、快捷準(zhǔn)確，是解決水利工程中含不規(guī)則斷面分項(xiàng)工程量計(jì)算的一種有效途徑。陜西水利

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