一、問題描述
????????計算填挖方量與平衡填挖方是豎向規劃的一項重要內容。尤其在山地市，需要充分利用自然地形，合理確定規劃用地和道路的設計標高，減少土石方工程量，力求填挖方就近平衡，從而降低工程造價。在 AUTOCAD中使用方網格方法計算填挖方量，效率較低。填挖方計算結果要反饋到規劃方案并調整標高，需要多次反復，才能確定合理的標高，傳統方法費力費時。使用 ARCGIS計算填挖方量，速度快，效率高，通過計算結果的反饋，能直觀地輔助規劃標高調整。
二、挖填方的基本原理
? ? ? ?填挖方的計算過程非常簡單，只需要輸入前期的數字高程模型DEM（原始柵格表面）和后期的數字高程模型DEM（改造后的柵格表面）。在城市規劃中，原始柵格表面往往是現狀地表高程表面，改造后的柵格表面是由規劃標高構成的規劃高程表面。Inraster1為原始柵格表面， Inraster2為填挖后的柵格表面，填挖方的原理是兩者相減得到 Outraster。 Outraster為負值的像元，后期高程大于前期高程，即規劃高程大于原始高程，產生填方量。例如-4表示所填的凈高為4m，-5表示所填的凈高為5m。由于柵格像元的大小（分辨率）是已知的，假設為5m×5m，那么第二行第二列的像元位置上將產生5m×5mx4m＝100m3的填方量；同理，第2行第3列的像元位置上將產生5mx5mx5m＝125m3的填方量。這樣， Outraster所有負值像元均計算得到填方量。
反之，Outraster為正值的像元，后期高程小于前期高程，即規劃高程小于原始高程，產生挖方量。例如，6表示所挖凈高為6m，5表示所挖凈高為5m。那么第1行第2列的像元位置上將產生5m×5mx6m＝150m3的挖方量；同理，第1行第3列的像元位置上將產生5m×5mx5m＝125m3的挖方量。這樣，Outraste所有正值像元均計算得到挖方量。
Outraster為0的像元，后期高程等于前期高程，即規劃高程等于原始高程，不產生挖填方量。Outraster沒有值的像元為空值Nodata,無論InRaster1還是InRaster2，只要像元出現空值，計算結果在相應的像元位置上均為空值。
?三、挖填方的應用實踐
1、原始高程表面
（1）提取高程點數據：1）加載 “挖填方分析.dwg Point”，篩選顯示圖層為“高程點”，導出“點數據.shp”文件；2）加載 “挖填方分析.dwg Annotation”，篩選顯示圖層為“地形圖”，使用“要素轉點”工具轉換為點數據，導出 “點數據2.shp”文件，如下圖
△提取point高程點數據
△提取annotation高程點數據
（2）提取等高線數據：加載“挖填方分析.dwg Polyline”，篩選顯示圖層為“地形圖”，導出 “等高線數據.shp”文件，如下圖
△提取等高線數據
（3）提取帶高程信息的面數據：加載“挖填方分析.dwg Polygon”，篩選顯示圖層為“地形圖”，定義查詢“Entity=Insert”，導出“面數據.shp”文件，如下圖
△提取帶高程信息的面數據
注：導出需要的數據后移除引用原始CAD文件，養成良好習慣。
（4）刪除奇異值并創建TIN模型：打開編輯器開始編輯，打開屬性表刪除奇異值（或按屬性查找正確的值，反向選擇不滿足數據并刪除），導入上述全部shp，生成TIN文件，如圖
工具：工具箱\系統工具箱\3D Analyst Tools.tbx\數據管理\TIN\創建 TIN
△刪除奇異值并創建TIN模型
（5）TIN模型轉為柵格表面，像元大小設置為5，如圖
工具：工具箱\系統工具箱\3D Analyst Tools.tbx\轉換\由 TIN 轉出\TIN
△TIN模型轉為柵格表面
2、規劃道路高程表面
（1）地統計學方法內插生成高程表面：加載 “挖填方分析.dwg Point”，篩選顯示圖層為“MD-道路標高”，利用地統計“Geostatistical Analyst”，選擇“克里金法/協同克里金法”命令，使用規劃道路標高生成“普通克里金/預測”，然后導出柵格數據，命名為roadpre，像元大小和原始高程一樣，如圖
△克里金法/協同克里金法
△地統計學方法內插生成高程表面
（2）道路規劃標高只在紅線范圍內有效，提取道路高程表面：加載“挖填方分析.dwg Polygon”，篩選并導出圖層為“道路.shp”面文件（如果道路為polyline，使用要素轉面工具將道路紅線轉為面文件），利用 “按掩膜提取”命令提取道路高程表面，如圖
工具：工具箱\系統工具箱\Spatial Analyst Tools.tbx\提取分析\按掩膜提取
△提取道路高程表面
3、規劃臺地高程表面
????????豎向規劃中，每個地塊或臺地（以臺地為例）都有一個規劃標高值，這個規劃標高值標記在臺地內部。臺地邊界線應該是閉合的多義線。首先，提取臺地的規劃標高；然后，將其轉換為柵格數據圖層。為了減少挖填方工程量，規劃用地中的綠地盡量不改變其原始地表高程，即不產生填挖方量。不產生填挖方的用地，不參與該步操作，也不參與后續的填挖方。實現過程如下。
（1）提取臺地高程和臺地多邊形：加載“挖填方分析.dwg Polygon”，篩選顯示”臺地”圖層，并導出圖層為“臺地.shp”面文件；加載“挖填方分析.dwg Point”，篩選“地塊標高”并導出圖層為“臺地標高.shp”點文件，如圖
△提取臺地高程和臺地多邊形
（2）將臺地標高點連接到臺地：，如圖
△將臺地標高點連接到臺地
（3）將矢量格式臺地轉換為柵格數據：如圖
工具：工具箱\系統工具箱\Conversion Tools.tbx\轉為柵格\面轉柵格
△將矢量格式臺地轉換為柵格數據
4、規劃道路填挖方
? ? ? 根據填挖方基本原理，只計算填（挖）之前的柵格表面和填（挖）之后的柵格表面的重疊部分。計算結果紅色表示填方區域，藍色表示挖方區域，灰色表示不產生填挖方量。“道路填挖方”屬性表中“VOLUME”字段記錄了每個區域產生的填挖方體積。其中，負值為填方量，正值為挖方量，0是不產生填挖方。
（1）計算規劃道路挖填方：
工具：工具箱\系統工具箱\3D Analyst Tools.tbx\柵格表面\填挖方
或
工具箱\系統工具箱\Spatial Analyst Tools.tbx\表面分析\填挖方
△工具設置
△計算規劃道路挖填方
△計算規劃道路挖填方計算結果
△查看填挖方值
（2）計算道路總挖方量總填方量：在“道路填挖方”屬性表中按屬性選中volume<0的行，分別統計總填方量和填方面積（area）；同理，統計挖方量和挖方面積。
△計算道路總挖方量總填方量
（3）計算道路填挖方平衡：在“道路填挖方”屬性表中統計volume，“總和”的意義是填挖兩者平衡后還需要挖方157479m3土石方量。
△統計道路挖填方
5、規劃臺地填挖方
（1）計算規劃臺地挖填方：同規劃道路填挖方。
△計算規劃臺地挖填方結果
（2）計算臺地總挖方量總填方量：同計算道路總挖方量總填方量
（3）計算臺地填挖方平衡：同計算道路填挖方平衡
6、規劃區整體填挖方
如果計算規劃區內的整體填挖方，需要將規劃道路高程表面與規劃臺地高程表面拼接為規劃區完整規劃高程表面，然后與原始高程表面做填挖方計算。
（1）規劃道路高程表面與規劃臺地高程表面拼接：
工具箱\系統工具箱\Data Management Tools.tbx\柵格\柵格數據集\鑲嵌至新柵格
△規劃道路高程表面與規劃臺地高程表面拼接
△規劃道路高程表面與規劃臺地高程表面拼接結果
（2）計算規劃區整體填挖方：
工具：工具箱\系統工具箱\3D Analyst Tools.tbx\柵格表面\填挖方
或
工具箱\系統工具箱\Spatial Analyst Tools.tbx\表面分析\填挖方
△計算規劃區整體填挖方
△計算規劃區整體填挖方結果
（3）計算規劃區總挖方量總填方量：同計算道路總挖方量總填方量
（4）計算規劃區填挖方平衡：同計算道路填挖方平衡
7、規劃某地塊填挖方
??????當填挖量不能達到平衡時，需要調整豎向規劃中的規劃道路標高和規劃臺地標高。調整地塊內的臺地標高時，需要參考每個地塊內的填挖方平衡結果。如果某地塊的填方量遠遠大于挖方量，應適當降低該地塊內的臺地標高，反之適當增加臺地規劃標高。某個特定地塊的填挖方量仍然使用填挖方工具計算，不同的是，要把填挖方運算限定在這個地塊內。
（1）提取某地塊：
△提取某地塊
（2）設置處理范圍：
△設置處理范圍
（3）計算某地塊的填挖方：同計算道路填挖方
（4）計算某地塊的填挖方平衡：同計算某地塊填挖方平衡
四、總結
? ? ? ? 根據填挖方計算的結果，調整道路和臺地的規劃標高。通常情況下，從整體填挖方量、道路填挖方量，以及每個地塊的填挖方量三個方面考慮，適當調整規劃道路標高和地塊內的臺地規劃標高。如果道路規劃標高是根據已有的路網確定的，豎向調整的重點應該是參照每個地塊的填挖方平衡量調整臺地的規劃標高。在填挖方計算時，綠地和公園等用地雖然將其視為不產生填挖方量，但是在規劃實踐中，這些用地可以就近接納部分挖方量，使得規劃區總的填挖方量更容易平衡，從而節省土石方運輸和處理成本。因此，填挖方分析時需要在規劃區內綜合考慮規劃標高和用地性質根據規劃實踐經驗，通過填挖方量的反饋，調整規劃標高，再進行填挖方計算，如此反復3～5次，基本上能實現規劃區的填挖方平衡。值得說明的，數據的誤差是不可避免的，規劃區總的填方量與總的挖方量也沒有必要做到絕對相等，填挖方平衡量只要處在一個可接受的范圍內即可。
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