CN111783194A - 山区道路土方量的优化计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山区道路土方量的优化计算方法，本方法获取道路高程数据，建立道路初始地形曲面，生成初始路基横断面图，道路施工后获得施工区域高程数据，替换初始地形曲面的高程数据后建立施工后的地形曲面；将初始地形曲面替换成施工后的地形曲面，生成施工后的路基横断面图；按同桩号生成路基横断面比较图，按不同桩间距进行土方工程量计算，根据桩间距与挖方和填方误差的关系，按一次线性函数拟合，得到满足最大误差要求的挖、填土方量的最大直线桩间距；计算道路土方横断面面积以及挖方和填方挡土墙的挖方面积；按面积和距离计算挖填土方量，加入挖方和填方挡土墙的挖方量，得到山区道路的挖、填土方量。本方法提高计算的科学性和精确度。

Description

山区道路土方量的优化计算方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种山区道路土方量的优化计算方法。

背景技术

由于山区道路起伏较大，在道路建设过程中会产生大量的挖、填土方量，尤其对于高坡路段，其挖、填土方量的更为巨大。而山区道路土方量作为公路工程建设的投资和结算的重要部分，精确的计算出山区道路土方量对工程前期的预算和后期的结算等都具有重要意义。而山区道路挖、填方量的计算方法、合理的挖、填方量计算范围以及计算精度等对山区道路土方量计算结果的准确度影响非常大。而现行常见的道路土方量计算方法大多都是采用人工测量等方式获取项目地形数据。这种获取数据的方式越来越不适用于我国测量等专业技术人才短缺的形势，且需投入大量的人力和物力成本，测量成本太高、效率低、误差大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种山区道路土方量的优化计算方法，本方法克服传统道路土方量计算的缺陷，提高山区道路土方量计算的科学性和精确度，并在满足误差条件的前提下减少计算工作量，提高计算效率，降低计算测量成本，为工程预算和结算提供可靠依据。

为解决上述技术问题，本发明山区道路土方量的优化计算方法包括如下步骤：

步骤一、收集整理山区道路地理位置资料、初始地形数据以及道路施工图；

步骤二、通过BIM道路设计系统获取道路施工区域的地形高程数据，识别高程点或等高线，建立山区道路的初始地形曲面；

步骤三、根据道路施工图在初始地形曲面上建立山区道路模型，并生成初始路基横断面图；

步骤四、根据道路施工图进行山区道路施工，对施工后的施工区域范围进行测量，获得施工后的施工区域高程数据；

步骤五、将施工后的高程数据替换初始地形曲面的高程数据，没有施工或不在施工区域内的初始地形曲面的高程数据不予替换，通过BIM道路设计系统识别替换后的高程数据，建立施工后的地形曲面；

步骤六、在山区道路模型中将初始地形曲面替换成施工后的地形曲面，并生成施工后的路基横断面图；

步骤七、将初始路基横断面图和施工后的路基横断面图按同桩号生成路基横断面比较图，其中路基横断面比较图中包含了初始地形地面线和施工后的地形地面线；

步骤八、分别按照桩间距1m、2m、……10m进行土方工程量计算，并以1m为基准断面，计算各桩间距的道路挖、填土方量以及与基准桩间距的误差；根据山区道路桩间距与挖方误差的关系，按一次线性函数拟合为：

y₁＝k₁x+b₁ (1)

根据山区道路桩间距与填方误差的关系，按一次线性函数拟合为：

y₂＝k₂x+b₂ (2)

式中，y₁为挖方误差，y₂为填方误差，x为桩间距，k₁和b₁为与挖方误差相关的常数，k₂和b₂为与填方误差相关的常数；

步骤九、设定挖、填土方量计算的最大误差，并按式(1)和式(2)分别计算出山区道路满足最大误差要求的挖、填土方量的最大直线桩间距d；

步骤十、设定以山区道路路基坡顶到坡脚为土方量计算边界，挖方以设计高程及以上为边界，填方以设计高程以下为边界；

步骤十一、计算所有路基横断面比较图中初始地形曲面与施工后地形曲面之间以及施工区域范围内的道路土方横断面面积；

步骤十二、根据路基横断面比较图中挖方挡土墙和填方挡土墙在施工后的地面线中的埋深，按步骤十一计算挖方挡土墙和填方挡土墙的挖方面积；

步骤十三、根据相邻两个路基横断面的有效土方横断面面积，按式(3)计算有效挖、填土方量，

V_挖、填＝∫∫f(x、y)dxdy×d (3)

式中，V_挖、填为有效挖、填土方量，∫∫f(x、y)dxdy为有效土方横断面面积，d为相邻两个路基横断面的距离或桩号差，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值；

步骤十四、根据挖方挡土墙和填方挡土墙的布置起、止桩号，按步骤十三确定桩间距，并计算挖方挡土墙和填方挡土墙的挖方量；

步骤十五、根据各路段挖、填土方量，并将挖方挡土墙和填方挡土墙工程量计入挖方土方量，得到山区道路的挖、填土方量。

进一步，步骤十三中，在山区道路凹、凸曲线路段，桩间距d按照式(4)计算，

式中，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值，r为转弯路段的曲线半径或曲率半径，x₁和x₂为凹凸曲线的前、后桩号，f(x,y,r)为道路凹、凸曲线函数表达式。

由于本发明山区道路土方量的优化计算方法采用了上述技术方案，即本方法通过BIM道路设计系统获取道路高程数据，建立道路初始地形曲面；根据道路模型生成初始路基横断面图，道路施工后获得施工区域高程数据，替换初始地形曲面的高程数据，建立施工后的地形曲面；将初始地形曲面替换成施工后的地形曲面，生成施工后的路基横断面图；按同桩号生成路基横断面比较图，按不同桩间距进行土方工程量计算，根据桩间距与挖方和填方误差的关系，按一次线性函数拟合，得到满足最大误差要求的挖、填土方量的最大直线桩间距；设定土方量计算边界，计算施工区域内初始地形曲面与施工后地形曲面之间的道路土方横断面面积以及挖方挡土墙和填方挡土墙的挖方面积；按面积和距离计算有效挖、填土方量，加入挖方挡土墙和填方挡土墙的挖方量，得到山区道路的挖、填土方量。本方法克服传统道路土方量计算的缺陷，提高山区道路土方量计算的科学性和精确度，并在满足误差条件的前提下减少计算工作量，提高计算效率，降低计算测量成本，为工程预算和结算提供可靠依据。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明山区道路土方量的优化计算方法中的路基横断面比较图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明山区道路土方量的优化计算方法包括如下步骤：

步骤一、收集整理山区道路地理位置资料、初始地形数据以及道路施工图；

步骤二、通过BIM道路设计系统获取道路施工区域的地形高程数据，识别高程点或等高线，建立山区道路的初始地形曲面1；

步骤三、根据道路施工图在初始地形曲面1上建立山区道路模型，并生成初始路基横断面图；

步骤四、根据道路施工图进行山区道路施工，对施工后的施工区域范围进行测量，获得施工后的施工区域高程数据；

步骤五、将施工后的高程数据替换初始地形曲面的高程数据，没有施工或不在施工区域内的初始地形曲面的高程数据不予替换，通过BIM道路设计系统识别替换后的高程数据，建立施工后的地形曲面2；

步骤六、在山区道路模型中将初始地形曲面1替换成施工后的地形曲面2，并生成施工后的路基横断面图；

步骤七、将初始路基横断面图和施工后的路基横断面图按同桩号生成路基横断面比较图，其中路基横断面比较图中包含了初始地形地面线和施工后的地形地面线；

步骤八、分别按照桩间距1m、2m、……10m进行土方工程量计算，并以1m为基准断面，计算各桩间距的道路挖、填土方量以及与基准桩间距的误差；根据山区道路桩间距与挖方误差的关系，按一次线性函数拟合为：

y₁＝k₁x+b₁ (1)

根据山区道路桩间距与填方误差的关系，按一次线性函数拟合为：

y₂＝k₂x+b₂ (2)

式中，y₁为挖方误差，y₂为填方误差，x为桩间距，k₁和b₁为与挖方误差相关的常数，k₂和b₂为与填方误差相关的常数；

步骤九、设定挖、填土方量计算的最大误差，并按式(1)和式(2)分别计算出山区道路满足最大误差要求的挖、填土方量的最大直线桩间距d；

其中，步骤八主要是提供一种确定桩间距与误差之间的函数关系，通过确定的函数关系为步骤九根据设定的最大误差确定桩间距提供计算依据；

步骤十、设定以山区道路路基坡顶到坡脚为土方量计算边界，挖方以设计高程及以上为边界，填方以设计高程以下为边界；

步骤十一、计算所有路基横断面比较图中初始地形曲面1与施工后地形曲面2之间以及施工区域范围内的道路土方横断面面积；

步骤十二、根据路基横断面比较图中挖方挡土墙3和填方挡土墙4在施工后的地面线中的埋深，按步骤十一计算挖方挡土墙3和填方挡土墙4的挖方面积；

步骤十三、根据相邻两个路基横断面的有效土方横断面面积，按式(3)计算有效挖、填土方量，

V_挖、填＝∫∫f(x、y)dxdy×d (3)

式中，v_挖、填为有效挖、填土方量，∫∫f(x、y)dxdy为有效土方横断面面积，d为相邻两个路基横断面的距离或桩号差，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值；

步骤十四、根据挖方挡土墙3和填方挡土墙4的布置起、止桩号，按步骤十三确定桩间距，并计算挖方挡土墙3和填方挡土墙4的挖方量；

步骤十五、根据各路段挖、填土方量，并将挖方挡土墙和填方挡土墙工程量计入挖方土方量，得到山区道路的挖、填土方量。

优选的，步骤十三中，在山区道路凹、凸曲线路段，桩间距d按照式(4)计算，

式中，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值，r为转弯路段的曲线半径或曲率半径，x₁和x₂为凹凸曲线的前、后桩号，f(x,y,r)为道路凹、凸曲线函数表达式。

本方法通过采用施工前的高程或等高线等地形资料建立初始地形曲面，并进一步建立道路设计模型；然后在道路施工完成后对施工区域段的高程作进一步测量，将施工后的高程点替换掉初始地形的高程点，并建立施工后的地形曲面；在道路设计模型中用施工后的地形曲面替换掉初始地形曲面，并生成施工后的路基横断面图；再将施工后的地形曲面路基横断面图与原始地形曲面路基横断面图进行同桩号比较，生成了路基横断面比较图；根据路基横断面比较图计算土方范围内的土方横断面面积和埋入地面的挡土墙面积；再根据桩间距计算出挖、填土方量和挡土墙挖方量；最后，计入挡土墙挖方量，得到山区道路挖、填土方量。其中，BIM道路设计系统可采用鸿业公司研制的“路易2018-BIM道路设计系统”，该系统为市政道路设计的智能化、自动化、三维化解决方案，可进行地形处理、平面设计、纵断设计、横断设计、边坡设计、交叉口设计、立交设计、土方计算、统计出表、三维漫游和效果图制作等工作，覆盖了市政道路设计的各个层面。

本方法与传统道路土方量的计算相比，本方法针对山区道路的特点，提出了适用于山区道路土方量的计算方法，提高了山区道路土方量计算的科学性和精确度，为道路土方量计算提供了一种新的计算方法。其中，根据山区道路桩间距与道路挖、填土方量的误差关系拟合了桩间距与挖、填土方量的函数关系，以此可以计算出最大误差条件下的最大桩间距，并能够在满足误差条件下减少计算工作量，提高计算效率；且针对山区道路起伏较大的特点，提出了在凹、凸路段处采用积分的方法来确定路基横断面的桩间距，增加了凹、凸路段处的路基横断面图，提高了土方量计算的准确度；并根据挖、填挡土墙在施工后地面线中的埋深和布置起止桩号计算出了挡土墙的土方量，并将其计入挖方量中，进一步增加挖、填土方量计算结果的准确性和科学性。

Claims (2)

1.一种山区道路土方量的优化计算方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、收集整理山区道路地理位置资料、初始地形数据以及道路施工图；

步骤二、通过BIM道路设计系统获取道路施工区域的地形高程数据，识别高程点或等高线，建立山区道路的初始地形曲面；

步骤三、根据道路施工图在初始地形曲面上建立山区道路模型，并生成初始路基横断面图；

步骤四、根据道路施工图进行山区道路施工，对施工后的施工区域范围进行测量，获得施工后的施工区域高程数据；

步骤五、将施工后的高程数据替换初始地形曲面的高程数据，没有施工或不在施工区域内的初始地形曲面的高程数据不予替换，通过BIM道路设计系统识别替换后的高程数据，建立施工后的地形曲面；

步骤六、在山区道路模型中将初始地形曲面替换成施工后的地形曲面，并生成施工后的路基横断面图；

步骤七、将初始路基横断面图和施工后的路基横断面图按同桩号生成路基横断面比较图，其中路基横断面比较图中包含了初始地形地面线和施工后的地形地面线；

步骤八、分别按照桩间距1m、2m、……10m进行土方工程量计算，并以1m为基准断面，计算各桩间距的道路挖、填土方量以及与基准桩间距的误差；根据山区道路桩间距与挖方误差的关系，按一次线性函数拟合为：

y₁＝k₁x+b₁ (1)

根据山区道路桩间距与填方误差的关系，按一次线性函数拟合为：

y₂＝k₂x+b₂ (2)

式中，y₁为挖方误差，y₂为填方误差，x为桩间距，k₁和b₁为与挖方误差相关的常数，k₂和b₂为与填方误差相关的常数；

步骤九、设定挖、填土方量计算的最大误差，并按式(1)和式(2)分别计算出山区道路满足最大误差要求的挖、填土方量的最大直线桩间距d；

步骤十、设定以山区道路路基坡顶到坡脚为土方量计算边界，挖方以设计高程及以上为边界，填方以设计高程以下为边界；

步骤十一、计算所有路基横断面比较图中初始地形曲面与施工后地形曲面之间以及施工区域范围内的道路土方横断面面积；

步骤十二、根据路基横断面比较图中挖方挡土墙和填方挡土墙在施工后的地面线中的埋深，按步骤十一计算挖方挡土墙和填方挡土墙的挖方面积；

步骤十三、根据相邻两个路基横断面的有效土方横断面面积，按式(3)计算有效挖、填土方量，

V_挖、填＝∫∫f(x、y)dxdy×d (3)

式中，V_挖、填为有效挖、填土方量，∫∫f(x、y)dxdy为有效土方横断面面积，d为相邻两个路基横断面的距离或桩号差，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值；

步骤十四、根据挖方挡土墙和填方挡土墙的布置起、止桩号，按步骤十三确定桩间距，并计算挖方挡土墙和填方挡土墙的挖方量；

步骤十五、根据各路段挖、填土方量，并将挖方挡土墙和填方挡土墙工程量计入挖方土方量，得到山区道路的挖、填土方量。

2.根据权利要求1所述的山区道路土方量的优化计算方法，其特征在于：步骤十三中，在山区道路凹、凸曲线路段，桩间距d按照式(4)计算，

式中，x为坐标系中x轴的值，y为坐标系中y轴的值，r为转弯路段的曲线半径或曲率半径，x₁和x₂为凹凸曲线的前、后桩号，f(x,y,r)为道路凹、凸曲线函数表达式。

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