高精度全站儀在大型鋼構(gòu)件制造中的應(yīng)用研究

摘 要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高精度全站儀在大型鋼構(gòu)件制造中的應(yīng)用十分廣泛。在信息化時(shí)代背景下，在栓接鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，為保證安裝現(xiàn)場(chǎng)的螺栓孔位正確匹配，滿足安裝要求，需要對(duì)鋼構(gòu)件出廠前進(jìn)行有效的尺寸精度控制，即必須對(duì)連接板螺栓孔進(jìn)行檢測(cè)及校核，同時(shí)要結(jié)合設(shè)計(jì)、安裝要求，在保證安裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，對(duì)于超差無法對(duì)接的問題，采用底層模塊頂部單張面板上的對(duì)接螺栓孔擴(kuò)孔處理方案，保證螺栓孔完成對(duì)接。但由于栓接精度要求高，項(xiàng)目周期緊，故采用高精度全站儀進(jìn)行鋼構(gòu)件整體空間的尺寸控制。本文利用鋼結(jié)構(gòu)尺寸控制專用軟件進(jìn)行測(cè)量，將各種栓接時(shí)的問題提前進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：高精度全站儀;栓接鋼結(jié)構(gòu);應(yīng)用;研究

前言

高精度全站儀作為我國(guó)較先進(jìn)的測(cè)繪儀器，其具有適應(yīng)環(huán)境強(qiáng)等特征，通常會(huì)應(yīng)用于各種大型建筑物的三維數(shù)據(jù)采集當(dāng)中，在精密、地形等檢測(cè)方面發(fā)揮著非常重要的作用。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑行業(yè)廣泛使用，如超高層建筑物、橋梁、機(jī)場(chǎng)航站樓等。在連接鋼結(jié)構(gòu)安裝過程當(dāng)中，施工方為了提減少施工時(shí)間，會(huì)利用栓接鋼結(jié)構(gòu)的便利性，通過現(xiàn)場(chǎng)安裝的方式，來實(shí)施吊裝、焊接等工作。因此，在一般情況下，會(huì)將鋼構(gòu)件出廠時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，工廠采用傳統(tǒng)的拉線、鋼尺等方面來核查鋼結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求。但現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)造型越來越復(fù)雜，出現(xiàn)很多大型高架橋梁以及大跨度立體結(jié)構(gòu)，給檢查鋼結(jié)構(gòu)帶來巨大困難。如果采用傳統(tǒng)檢測(cè)方法不僅消耗大量的成本與測(cè)量時(shí)間，還要具備大型預(yù)拼裝場(chǎng)地。而高精度全站儀以單一構(gòu)件為基礎(chǔ)，采集三維坐標(biāo)信息，來獲得單一構(gòu)件的三維坐標(biāo)，從而構(gòu)建幾何模型，再與設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比，有效檢測(cè)幾何模型是否滿足設(shè)計(jì)要求，最后將符合標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件導(dǎo)入設(shè)計(jì)模型中，確保構(gòu)件能滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝要求[1]。

1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某縣濱江生態(tài)景觀帶鋼結(jié)構(gòu)橋梁，橋梁采用3跨連續(xù)變截面鋼箱梁橋，總長(zhǎng)128.08 m，主橋跨徑布置：31+61+31m。主橋的結(jié)構(gòu)材料為Q355C鋼。主橋全寬：6.0m。主梁均在工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝。根據(jù)各段受力情況不同，分別采用厚12、20、25、30 mm的鋼板。

2鋼結(jié)構(gòu)建模技術(shù)實(shí)施方案

2.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

在對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)重要位置進(jìn)行三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集過程當(dāng)中，為了有利于統(tǒng)一坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)所有關(guān)鍵點(diǎn)位進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集[2]，一般情況下需要多次安置全站儀。為了整個(gè)采集數(shù)據(jù)的全面性，會(huì)在大型鋼結(jié)構(gòu)周圍多次安置儀器。找到最合適的位置，安裝3個(gè)棱鏡組，第一次安置儀器時(shí)，要做到全站儀能同時(shí)觀察到三個(gè)棱鏡，便于得到其他棱鏡組中心的三維坐標(biāo)。同時(shí)以鋼構(gòu)件螺栓孔大小為基礎(chǔ)，來實(shí)施孔檢測(cè)安裝工作，從而滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。從目前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量情況來看，主要采用自由設(shè)站方式，經(jīng)過整平全站儀設(shè)備后，要采集現(xiàn)場(chǎng)螺栓孔數(shù)據(jù)[3]。由于現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)大量遮擋，導(dǎo)致在測(cè)量鋼構(gòu)件頂部螺栓對(duì)孔時(shí)，需要工作人員搬站，這中間會(huì)造成嚴(yán)重的誤差，為了避免搬站帶來的誤差。通常工作人員會(huì)在測(cè)量初始階段，在構(gòu)件四周設(shè)置4-5個(gè)固定標(biāo)靶，其位置應(yīng)在第一側(cè)站點(diǎn)內(nèi)，并在后續(xù)每次搬站測(cè)量時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最少采用三個(gè)公共點(diǎn)標(biāo)靶進(jìn)行轉(zhuǎn)站，除此之外，要將搬站進(jìn)度控制在1mm范圍內(nèi)，才能進(jìn)行下一測(cè)站的測(cè)量任務(wù)[4]。

2.2數(shù)據(jù)處理與幾何模型重構(gòu)

對(duì)于單一構(gòu)件而言，要嚴(yán)格按照上述方法構(gòu)建統(tǒng)一的坐標(biāo)系，因此不存在任何坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題，在消除粗差影響后，可直接將數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)軟件進(jìn)行三維模型重構(gòu)。而不同構(gòu)件之間的坐標(biāo)系統(tǒng)不同，需要經(jīng)過全站儀來實(shí)施，自由設(shè)站控制鋼結(jié)構(gòu)的測(cè)量精度與測(cè)角精度、測(cè)距精度的重要途徑，同時(shí)與設(shè)站點(diǎn)構(gòu)成、受搬站公共點(diǎn)有一定關(guān)系。

3點(diǎn)位精度分析

見圖2可知，檢測(cè)人員將設(shè)全站儀中心點(diǎn)三維坐標(biāo)分別設(shè)置為（x0，y0，z0），而全站儀測(cè)量空間點(diǎn)P水平角、豎直角和距離分別為α、θ和S，P的三維坐標(biāo)為：

假如S當(dāng)中的中誤差為ms，α和θ的中誤差均為m，在不將測(cè)站點(diǎn)誤差考慮時(shí)，會(huì)以測(cè)量誤差傳播理論為基礎(chǔ)，因此x、y、z的中誤差值分別為：

通過上述各式中ρ=206 265”，那么點(diǎn)位誤差不得超過2 mm，上述方法測(cè)角為半個(gè)測(cè)回，測(cè)角中誤差為2″，則在50m范圍內(nèi)，單點(diǎn)三維坐標(biāo)的點(diǎn)位中誤差理論上不超過2 mm。

4總結(jié)

綜上所述，本文章主要采用高精度全站儀來實(shí)施栓接鋼結(jié)構(gòu)精度控制工作，不僅能提高檢測(cè)工作效率，還能提高精度系數(shù)，確保整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。利用專業(yè)的軟件對(duì)栓接鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施數(shù)字化模擬預(yù)拼，能提高安裝現(xiàn)場(chǎng)工作的有序性與穩(wěn)定性，降低項(xiàng)目安裝的時(shí)間，控制項(xiàng)目成本，為項(xiàng)目節(jié)約大量的人力、物力、財(cái)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李春紅. 基于高端全站儀TS60+BIM模型測(cè)量放樣方法的研究——AP1000核島鋼結(jié)構(gòu)工程CR10支架應(yīng)用實(shí)施[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2021，20（16）：39-40.

[2] 陳碩暉，夏寶東，齊翰，等. 三維立體激光掃描技術(shù)在大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)，2021，52（5）：587-589.

[3] 李文德，黃韜睿，徐輝. 三維激光掃描技術(shù)在大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)高空對(duì)接中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù)，2021，50（8）：38-42.

[4] 吳晶晶，蔣承威，郭靜，等. 3 D掃描技術(shù)在2022世界杯主場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用[J]. 施工技術(shù)，2021，50（8）：56-59.

作者簡(jiǎn)介：

郭凱寧（1987.8—），男，漢族，工程師，研究方向：鋼結(jié)構(gòu)、鐵塔檢測(cè)及結(jié)構(gòu)研究。