毛任重　黄树利　张桂松

摘  要：传统土方平衡是通过计算施工场地每个区段土方余缺量为目的的平衡计算;本文通过介绍BIM参数化应用，并将土方平衡与BIM参数化应用结合，通过航拍测绘对施工场地地貌进行扫描，生成地形表皮进行三维建模，再将建立的BIM模型进行网格分区形成区块参数，同时在土方开挖阶段就将景观绿化施工阶段同时考虑进来进行土方余缺量计算，来达到更为科学、高效的土方平衡，从而实现降低施工成本的目的。

关键词：土方平衡   地形三维建模  BIM参数化应用

1  选题背景

1.1  土方平衡工作是决定进度计划、征地、运输方案等工作的重要一环，所以需要在项目策划阶段着重考虑。但在传统的土方开挖阶段的工作中，土方平衡仅停留在“方格法”算土方量的水平上，多年未有进步，更未对土方平衡做出明确定义，导致土方平衡工作仅凭各施工单位技术人员的经验进行调整。土方平衡的错误计算会导致土方运输量、运距、征地成本增加，有时甚至会导致额外支付将近100%～150%的工程造价，因此要用专业、科学的算法来进行计算。

1.2  当前BIM技术应用正在快速发展阶段，在工程施工中的许多领域都能发现BIM在当中发挥着重要作用，而将BIM模型进行参数化应用则使其拥有更为广阔的发展空间。传统的土方平衡计算仅通过现场打点测量标高形成点网，粗略地进行土方量地计算，费时费力且精度较低。而通过现有的航拍测绘对施工场地进行三维建模，再通过分格网形成区块参数，利用数字化计算进行土方平衡计算，方便快捷且精确度高。在准确的土方计算的基础下，还可以通过计算景观绿化阶段的场地标高，在土方开挖阶段直接实现园林绿化需要的场地标高，从而达到避免“先开挖、后回填”或“先回填、后开挖”的情况，最终达到降本增效的目的。

2  BIM参数化在土方平衡中的应用与优化流程

2.1  通过航拍测绘对施工场地地貌进行扫描

在土方开挖阶段之前，需要对场地地貌进行航拍扫描，即使用航拍器对施工场地进行绕场一周的环状拍摄，拍摄频率要求平均3秒/张，再将拍摄的照片数量通过ContextCapture处理生成施工场地地貌三维模型。ContextCapture是一款能够通过扫描、拍摄等手段获取现实模式的应用软件，实景建模软件ContextCapture利用航拍生成的地形BIM模型能具有足够的细节，同时具有精确的地理位置信息，这为后期的土方平衡计算提供了足够的技术参数。该过程的优点在于简单快捷，无需人工测绘，节省人力与工期。

2.2  将三维地形模型进行分格网划分提取网格区块参数

在倾斜摄影三维模型生成后，再在其基础上进行分格网分区，这一过程与传统的土方标高测量类似，将每个分格网的标高提取出来形成标高参数。但相比传统的土方标高测量形成的分格网，直接从三维模型形成的分格网可以进行更高密度的划分，这样形成的标高数据更多也更为精确。

2.3  将土方标高参数进行三项平衡计算

首先将标高参数导入三维建模软件Revit中，利用软件自动生成的地形模型可以快速便捷地绘制土方平衡图，同时利用三维模型也能更好地进行土方平衡、征地平衡和运距平衡的计算。首先统计不可迁移的建筑物、障碍物的位置与图量，再在土方平衡图上对取土场和弃土场的最大供土量与最大容土量进行计算，在得到最大供图量和最大弃土量后，进行切割断内余缺平衡;再考虑到土质需求与运距综合成本选取成本最低取土场，进行二次平衡;最后第三次平衡计算各取土场所需征地面积寻找征地面积最优方案，并通过取土场、弃渣场进行运距平衡、運输分配，得到优质土、弃土、复垦土最佳运输分配方案。

至此土方开挖阶段的土方平衡已经完成，但BIM参数化应用在土方平衡中的优化还不止于此。我们还可以试图将景观园林绿化阶段的标高提取出来，再综合考虑到施工组织、平面布置，不仅在空间上，更在工程周期的时间上进行土方平衡。在不影响正常施工的区域，从土方开挖阶段就根据后期景观竖向标高进行开挖和回填，来达到“时间和空间”上的土方平衡，避免“先开挖、后回填”或“先回填、后开挖”的无效施工作业。经过深化后的土方平衡与传统土方平衡不同的是，传统土方平衡通过计算出场内高处需要挖出的土方量和低处需要填进的土方量，来得出计划外运进、出的土方量;而深化后的土方平衡能进一步减少少土方开挖和回填的工程量，从而达到降本增效的目的。

参考文献：

[1]宋安旭.《明渠工程土方平衡完整算法》.邯郸水电工程出版社

[2]航宣企划.《明渠工程土方平衡完整算法远程智能计算系统》 2012SR063598[G]