省會(huì)文化藝術(shù)中心大劇院工程曲線組合體結(jié)構(gòu)測(cè)量技術(shù)

高埃虎 文永勝 高善友 王發(fā)文

[摘要] 目前全站儀三維坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量放樣已普及，坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算的方法各不相同，如何更快更直觀更準(zhǔn)確的計(jì)算所需的坐標(biāo)，結(jié)合省會(huì)文化藝術(shù)中心大劇院工程曲線組合體結(jié)構(gòu)測(cè)量實(shí)施，提出了用天正建筑捕捉坐標(biāo)、Excel平差、卡西歐計(jì)算器編程（CASIO fx-4800p）現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算等方法快速提取測(cè)量數(shù)據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 曲線組合體；天正建筑；捕捉坐標(biāo)；Excel平差

[中圖分類(lèi)號(hào)] TU198；P213 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A[文章編號(hào)] 1003-1324（2012）-04-0083-05

1 引言

在工程測(cè)量中，內(nèi)業(yè)資料計(jì)算占有很重要的比重，內(nèi)業(yè)資料計(jì)算的準(zhǔn)確無(wú)誤與速度直接決定了測(cè)量工作是否能夠快速、順利地完成。而內(nèi)業(yè)資料的計(jì)算方法及其所需達(dá)到的精度，則又直接取決于外業(yè)所用儀器及具體的放樣目標(biāo)和內(nèi)業(yè)計(jì)算所用到的辦公軟件和計(jì)算方法。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)天正建筑、Excel，如今在各個(gè)領(lǐng)域均得到了普遍的應(yīng)用，它大大提高了工程技術(shù)人員的工作效率。天正建筑的特性提供了測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)資料計(jì)算的另外一種全新直觀明了的圖形計(jì)算方法，Excel特性是對(duì)外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差。

結(jié)合我們現(xiàn)正使用的拓普康全站儀，其可以很方便地進(jìn)行三維坐標(biāo)的測(cè)量，通過(guò)天正建筑的內(nèi)業(yè)計(jì)算，①、在放樣的過(guò)程中，可以用卡西歐計(jì)算器編程（CASIO fx-4800P）結(jié)合全站儀，非常方便地、快速地進(jìn)行作業(yè)；②、隨著全站儀的推廣和普及，極坐標(biāo)的放樣越來(lái)越成為眾多放樣方法中備受測(cè)量人員青睞的一種，而坐標(biāo)計(jì)算又是極坐標(biāo)放樣中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于一般工程放樣中的元素多為點(diǎn)、直線（段）、圓（弧）等，故可以充分利用天正建筑的設(shè)定坐標(biāo)系、繪圖和取點(diǎn)的功能，以及結(jié)合我們外業(yè)所用計(jì)算器的功能，從而大大減輕我們外業(yè)的工作強(qiáng)度及內(nèi)業(yè)的工作量。以省會(huì)文化藝術(shù)中心工程的一些實(shí)例來(lái)說(shuō)明在工程測(cè)量中的應(yīng)用。

2 工程概況

省會(huì)文化藝術(shù)中心大劇院工程，其北臨為在建地鐵1#線配套設(shè)施預(yù)留工程，西臨臘山河?xùn)|岸。由法國(guó)保羅安德路建筑事務(wù)所和北京市建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合體負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，整體設(shè)計(jì)理念為“黛青海藍(lán)”，建筑面積7.5萬(wàn)平方米，按功能分為歌劇廳、音樂(lè)廳、多功能廳，同期配套建設(shè)有南車(chē)庫(kù)、市政配套設(shè)施（地鐵軌道預(yù)留），中心廣場(chǎng)、北部商業(yè)高層等建筑。其中大劇院（包括南車(chē)庫(kù)+市政配套設(shè)施）東西長(zhǎng)267.9米，南北寬233.2米，歌劇廳最高點(diǎn)為+46.7米。結(jié)構(gòu)形式為“鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)+鋼結(jié)構(gòu)”，屋面采用單層拱殼的鋼結(jié)構(gòu)形式，工程重要性等級(jí)為一級(jí)。本工程±0.000=28.600m（絕對(duì)標(biāo)高）。

3 測(cè)量?jī)x器的檢定校正

測(cè)量?jī)x器必須送當(dāng)?shù)胤ǘㄓ?jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定，每年檢定一次。其中水準(zhǔn)儀在使用過(guò)程中要進(jìn)行自檢，檢定方法如下，把水準(zhǔn)儀架到中間位置，讀出后視讀數(shù)（1.568m），讀出前視讀數(shù)（3.749m），正確高差為=3.749-1.568=2.181m，見(jiàn)圖1。

把水準(zhǔn)儀架到距后視1.5m處并讀取讀數(shù)（1.599m），這時(shí)儀器照準(zhǔn)前視，并讀取讀數(shù)，理論值為=正確高差2.181m+后視讀數(shù)1.599m=3.780m，如過(guò)大于或等于2mm，就應(yīng)該校正，見(jiàn)圖2。

水準(zhǔn)儀的校正：打開(kāi)水準(zhǔn)儀目鏡蓋，用校正針左右擰校正螺栓，使前視讀數(shù)等于3.781m或3.779m為合格。用相同的方法復(fù)測(cè)一次。

對(duì)準(zhǔn)桿校正的校正：架兩臺(tái)經(jīng)緯儀或全站儀整平后，對(duì)準(zhǔn)“對(duì)準(zhǔn)桿”的下部，固定制動(dòng)螺栓，視中軸向上對(duì)準(zhǔn)棱鏡下方，指揮棱鏡控制到1mm內(nèi)，此時(shí)圓氣泡偏離中心，把圓氣泡調(diào)到中心位置即可。復(fù)測(cè)一次。見(jiàn)圖3。

4 基準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)

承包人在接到建設(shè)單位發(fā)出的樁位圖及坐標(biāo)、標(biāo)高等數(shù)據(jù)并現(xiàn)場(chǎng)交樁后，應(yīng)在規(guī)定期限內(nèi)自己進(jìn)行復(fù)核檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行旁站監(jiān)理。如果沒(méi)有錯(cuò)誤且精度符合設(shè)計(jì)及施工的要求，應(yīng)書(shū)面表示正式接受樁位，并負(fù)責(zé)以后的維護(hù)和使用，如承包人對(duì)任一測(cè)量標(biāo)志及數(shù)據(jù)持有異議時(shí)，應(yīng)向監(jiān)理工程師提交一份書(shū)面報(bào)告，列出認(rèn)為有錯(cuò)誤的樁點(diǎn)位置和修正數(shù)據(jù)。承包人的復(fù)核檢測(cè)成果應(yīng)上報(bào)監(jiān)理工程師審核，在監(jiān)理工程師確認(rèn)以前，不得作為控制點(diǎn)使用。

5 現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)

5.1 坐標(biāo)引測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行全站儀直接測(cè)坐標(biāo)閉合導(dǎo)線觀測(cè)，觀測(cè)完成后，用ExceI編的平差軟件進(jìn)行總體平差。見(jiàn)表1。

5.2 數(shù)據(jù)處理

把平差后的坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入“天正建筑”，隨著工程的進(jìn)行，陸續(xù)加密了一些支導(dǎo)線點(diǎn)，同樣將坐標(biāo)成果錄入，這樣從真正意義上，實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)資料的數(shù)字化管理，這也方便了以后的坐標(biāo)管理，具體地講就是，依據(jù)設(shè)計(jì)提供的結(jié)構(gòu)關(guān)系，在圖中設(shè)立足夠的施工坐標(biāo)系（以我們?cè)谕鈽I(yè)放樣中設(shè)站所需為準(zhǔn)）并保存之。在以后的工程應(yīng)用中，我們只需打開(kāi)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系，利用“坐標(biāo)標(biāo)注”命令點(diǎn)取我們需要的點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)坐標(biāo)也就出來(lái)了。見(jiàn)圖4。

5.3 一級(jí)高程控制點(diǎn)引測(cè)

采用閉合水準(zhǔn)路線觀測(cè)，見(jiàn)圖5。由于場(chǎng)地高差不大，采用水準(zhǔn)儀閉合高程測(cè)量，通過(guò)平差，精度達(dá)到二等閉合水準(zhǔn)測(cè)量，閉合差為3mm，閉合路線全長(zhǎng)888.183m，精度合格。見(jiàn)表2。

6 樁位坐標(biāo)捕捉

根據(jù)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)（每一個(gè)單體至少有兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)），進(jìn)行方位角的計(jì)算，可以通過(guò)CASIO fx-4800P編程計(jì)算或天正建筑輸入已知坐標(biāo)對(duì)圖形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)到正確的位置，這樣使用天正建筑的“坐標(biāo)標(biāo)注”命令進(jìn)行逐點(diǎn)坐標(biāo)捕捉，我們就可以盡量直接利用全站儀的坐標(biāo)放樣功能，將所需放樣點(diǎn)的施工坐標(biāo)輸入全站儀，正確操作就可以得到正確的所需點(diǎn)位了，樁位測(cè)量誤差控制在±10mm。見(jiàn)圖6。

7 主體階段施工測(cè)量

首先復(fù)測(cè)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，符合要求后對(duì)導(dǎo)線點(diǎn)引入樓層內(nèi)，作為內(nèi)控點(diǎn)使用。

7.1 曲線放樣

根據(jù)內(nèi)控點(diǎn)架設(shè)全站儀對(duì)圓弧各進(jìn)行放樣，誤差控制在±3mm內(nèi)，放樣點(diǎn)采用中心線向內(nèi)偏移1m畫(huà)一條線交兩個(gè)軸線定點(diǎn)，以這條線的中點(diǎn)向兩側(cè)每隔1.0米做垂線，捕捉每一段的距離，作為現(xiàn)場(chǎng)量距的依據(jù)。

全站儀極坐標(biāo)放樣完成后，必須對(duì)該放樣點(diǎn)進(jìn)行校核，校核的方法是：用全站儀“對(duì)邊測(cè)量”功能校核，誤差控制在±3mm內(nèi)。見(jiàn)圖7。

7.2 二級(jí)高程控制點(diǎn)觀測(cè)

一級(jí)控制點(diǎn)到二級(jí)控制點(diǎn)局部深度16m左右，采用全站儀觀測(cè)高程，解決了高差大對(duì)觀測(cè)帶來(lái)的諸多不便，方法是：設(shè)置儀器高和棱鏡高為零，用儀器的十字絲對(duì)準(zhǔn)棱鏡中心線，用觀測(cè)高差功能進(jìn)行觀測(cè)。計(jì)算方法：觀測(cè)高程=已知高程-后視讀數(shù)+前視讀數(shù)，通過(guò)平差，精度達(dá)到二等閉合水準(zhǔn)測(cè)量，閉合差為2mm，閉合路線全長(zhǎng)313.366m，精度合格。見(jiàn)表3。

8 鋼結(jié)構(gòu)

8.1 預(yù)埋螺栓放樣

在內(nèi)控點(diǎn)架設(shè)全站儀，用極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣，現(xiàn)場(chǎng)校正各點(diǎn)偏差控制到±3mm內(nèi)。見(jiàn)圖8。

8.2 平面坐標(biāo)確定

定位坐標(biāo)值的準(zhǔn)確與否將直接影響安裝質(zhì)量，我們通過(guò)三維模型找出各關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo)。方法是：先整體，后局部的原則，根據(jù)圖紙?zhí)峁┑膬牲c(diǎn)坐標(biāo)，用“天正建筑”輸入已知坐標(biāo)對(duì)圖形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)到正確的位置，用“坐標(biāo)標(biāo)注”命令進(jìn)行逐點(diǎn)坐標(biāo)捕捉。見(jiàn)圖9。

8.3 高程確定

設(shè)1號(hào)點(diǎn)Y軸的距離為0，對(duì)1～12點(diǎn)用“天正建筑”進(jìn)行逐點(diǎn)坐標(biāo)捕捉，捕捉后的X值為標(biāo)高，Y值為水平距離。見(jiàn)圖10。

8.4 三維坐標(biāo)

通過(guò)圖9和圖10就確定了1～12號(hào)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。見(jiàn)表4。

在鋼結(jié)構(gòu)吊裝前把預(yù)先準(zhǔn)備好的能夠粘貼的小棱鏡貼到觀測(cè)位置，起吊后初步固定后，對(duì)此點(diǎn)用2秒級(jí)全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)觀測(cè)，方法是：用全站儀“數(shù)據(jù)采集”功能對(duì)各點(diǎn)三維坐標(biāo)采集，采集后輸入天正建筑確定偏差后，現(xiàn)場(chǎng)校正各點(diǎn)，偏差控制到±5mm內(nèi)。

9 結(jié)語(yǔ)

工程技術(shù)的發(fā)展不斷對(duì)測(cè)量工作提出新的要求，同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和測(cè)繪新技術(shù)的發(fā)展，給直接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的工程測(cè)量帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和極好的機(jī)遇。特別是全球定位系統(tǒng)（GPS）、測(cè)量機(jī)器人、天正建筑、Excel、卡西歐計(jì)算器編程在工程中應(yīng)用，使工程測(cè)量的手段、方法和理論產(chǎn)生了深刻的變化。大力開(kāi)展數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用將是施工單位提升自身競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的首要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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4、張鳳蘭，郭豐倫，范效來(lái). 土木工程測(cè)量[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介高埃虎，項(xiàng)目部測(cè)量總監(jiān)，工程師。