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

高?；? 文永勝 高善友 王發(fā)文

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

[關(guān)鍵詞] 曲線組合體；天正建筑；捕捉坐標；Excel平差

[中圖分類號] TU198；P213 [文獻標志碼] A[文章編號] 1003-1324（2012）-04-0083-05

1 引言

在工程測量中，內(nèi)業(yè)資料計算占有很重要的比重，內(nèi)業(yè)資料計算的準確無誤與速度直接決定了測量工作是否能夠快速、順利地完成。而內(nèi)業(yè)資料的計算方法及其所需達到的精度，則又直接取決于外業(yè)所用儀器及具體的放樣目標和內(nèi)業(yè)計算所用到的辦公軟件和計算方法。計算機輔助設(shè)計天正建筑、Excel，如今在各個領(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量內(nèi)業(yè)資料計算的另外一種全新直觀明了的圖形計算方法，Excel特性是對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進行平差。

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

2 工程概況

省會文化藝術(shù)中心大劇院工程，其北臨為在建地鐵1#線配套設(shè)施預留工程，西臨臘山河東岸。由法國保羅安德路建筑事務(wù)所和北京市建筑設(shè)計研究院聯(lián)合體負責設(shè)計，整體設(shè)計理念為“黛青海藍”，建筑面積7.5萬平方米，按功能分為歌劇廳、音樂廳、多功能廳，同期配套建設(shè)有南車庫、市政配套設(shè)施（地鐵軌道預留），中心廣場、北部商業(yè)高層等建筑。其中大劇院（包括南車庫+市政配套設(shè)施）東西長267.9米，南北寬233.2米，歌劇廳最高點為+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，工程重要性等級為一級。本工程±0.000=28.600m（絕對標高）。

3 測量儀器的檢定校正

測量儀器必須送當?shù)胤ǘㄓ嬃繖z定機構(gòu)檢定，每年檢定一次。其中水準儀在使用過程中要進行自檢，檢定方法如下，把水準儀架到中間位置，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，見圖1。

把水準儀架到距后視1.5m處并讀取讀數(shù)（1.599m），這時儀器照準前視，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，如過大于或等于2mm，就應(yīng)該校正，見圖2。

水準儀的校正：打開水準儀目鏡蓋，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。用相同的方法復測一次。

對準桿校正的校正：架兩臺經(jīng)緯儀或全站儀整平后，對準“對準桿”的下部，固定制動螺栓，視中軸向上對準棱鏡下方，指揮棱鏡控制到1mm內(nèi)，此時圓氣泡偏離中心，把圓氣泡調(diào)到中心位置即可。復測一次。見圖3。

4 基準點復測

承包人在接到建設(shè)單位發(fā)出的樁位圖及坐標、標高等數(shù)據(jù)并現(xiàn)場交樁后，應(yīng)在規(guī)定期限內(nèi)自己進行復核檢測，檢測過程中應(yīng)進行旁站監(jiān)理。如果沒有錯誤且精度符合設(shè)計及施工的要求，應(yīng)書面表示正式接受樁位，并負責以后的維護和使用，如承包人對任一測量標志及數(shù)據(jù)持有異議時，應(yīng)向監(jiān)理工程師提交一份書面報告，列出認為有錯誤的樁點位置和修正數(shù)據(jù)。承包人的復核檢測成果應(yīng)上報監(jiān)理工程師審核，在監(jiān)理工程師確認以前，不得作為控制點使用。

5 現(xiàn)場布點

5.1 坐標引測

根據(jù)現(xiàn)場情況，進行全站儀直接測坐標閉合導線觀測，觀測完成后，用ExceI編的平差軟件進行總體平差。見表1。

5.2 數(shù)據(jù)處理

把平差后的坐標數(shù)據(jù)輸入“天正建筑”，隨著工程的進行，陸續(xù)加密了一些支導線點，同樣將坐標成果錄入，這樣從真正意義上，實現(xiàn)了坐標資料的數(shù)字化管理，這也方便了以后的坐標管理，具體地講就是，依據(jù)設(shè)計提供的結(jié)構(gòu)關(guān)系，在圖中設(shè)立足夠的施工坐標系（以我們在外業(yè)放樣中設(shè)站所需為準）并保存之。在以后的工程應(yīng)用中，我們只需打開對應(yīng)坐標系，利用“坐標標注”命令點取我們需要的點，其對應(yīng)坐標也就出來了。見圖4。

5.3 一級高程控制點引測

采用閉合水準路線觀測，見圖5。由于場地高差不大，采用水準儀閉合高程測量，通過平差，精度達到二等閉合水準測量，閉合差為3mm，閉合路線全長888.183m，精度合格。見表2。

6 樁位坐標捕捉

根據(jù)圖紙?zhí)峁┑淖鴺耍恳粋€單體至少有兩個坐標點），進行方位角的計算，可以通過CASIO fx-4800P編程計算或天正建筑輸入已知坐標對圖形進行旋轉(zhuǎn)到正確的位置，這樣使用天正建筑的“坐標標注”命令進行逐點坐標捕捉，我們就可以盡量直接利用全站儀的坐標放樣功能，將所需放樣點的施工坐標輸入全站儀，正確操作就可以得到正確的所需點位了，樁位測量誤差控制在±10mm。見圖6。

7 主體階段施工測量

首先復測導線點的坐標和高程，符合要求后對導線點引入樓層內(nèi)，作為內(nèi)控點使用。

7.1 曲線放樣

根據(jù)內(nèi)控點架設(shè)全站儀對圓弧各進行放樣，誤差控制在±3mm內(nèi)，放樣點采用中心線向內(nèi)偏移1m畫一條線交兩個軸線定點，以這條線的中點向兩側(cè)每隔1.0米做垂線，捕捉每一段的距離，作為現(xiàn)場量距的依據(jù)。

全站儀極坐標放樣完成后，必須對該放樣點進行校核，校核的方法是：用全站儀“對邊測量”功能校核，誤差控制在±3mm內(nèi)。見圖7。

7.2 二級高程控制點觀測

一級控制點到二級控制點局部深度16m左右，采用全站儀觀測高程，解決了高差大對觀測帶來的諸多不便，方法是：設(shè)置儀器高和棱鏡高為零，用儀器的十字絲對準棱鏡中心線，用觀測高差功能進行觀測。計算方法：觀測高程=已知高程-后視讀數(shù)+前視讀數(shù)，通過平差，精度達到二等閉合水準測量，閉合差為2mm，閉合路線全長313.366m，精度合格。見表3。

8 鋼結(jié)構(gòu)

8.1 預埋螺栓放樣

在內(nèi)控點架設(shè)全站儀，用極坐標法進行放樣，現(xiàn)場校正各點偏差控制到±3mm內(nèi)。見圖8。

8.2 平面坐標確定

定位坐標值的準確與否將直接影響安裝質(zhì)量，我們通過三維模型找出各關(guān)鍵點的空間坐標。方法是：先整體，后局部的原則，根據(jù)圖紙?zhí)峁┑膬牲c坐標，用“天正建筑”輸入已知坐標對圖形進行旋轉(zhuǎn)到正確的位置，用“坐標標注”命令進行逐點坐標捕捉。見圖9。

8.3 高程確定

設(shè)1號點Y軸的距離為0，對1～12點用“天正建筑”進行逐點坐標捕捉，捕捉后的X值為標高，Y值為水平距離。見圖10。

8.4 三維坐標

通過圖9和圖10就確定了1～12號點的三維坐標。見表4。

在鋼結(jié)構(gòu)吊裝前把預先準備好的能夠粘貼的小棱鏡貼到觀測位置，起吊后初步固定后，對此點用2秒級全站儀進行三維坐標觀測，方法是：用全站儀“數(shù)據(jù)采集”功能對各點三維坐標采集，采集后輸入天正建筑確定偏差后，現(xiàn)場校正各點，偏差控制到±5mm內(nèi)。

9 結(jié)語

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

參考文獻

1、中國國家標準化管理委員會. 工程測量規(guī)范（GB50026-2007）[S].北京：中國標準出版社，2008.

2、李秀江. 測量學[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，2007.

3、周秋生，郭明建. 土木工程測量[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

4、張鳳蘭，郭豐倫，范效來. 土木工程測量[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

作者簡介高?；?，項目部測量總監(jiān)，工程師。