GPS、全站儀、CAD技術(shù)在建筑方格網(wǎng)中的應(yīng)用研究

陸永紅，李保杰，郝俊柳

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

GPS、全站儀、CAD技術(shù)在建筑方格網(wǎng)中的應(yīng)用研究

陸永紅1，李保杰1，郝俊柳1

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

論述了GPS技術(shù)、全站儀導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)和CAD技術(shù)在焦作電廠施工方格網(wǎng)中的施測(cè)、歸化計(jì)算的工程實(shí)例，闡述了在方格網(wǎng)測(cè)設(shè)中集成先進(jìn)測(cè)繪儀器、技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

建筑方格網(wǎng)；歸化；精度；坐標(biāo)系；放樣

火力發(fā)電廠建筑方格網(wǎng)（building square grids）是整個(gè)廠區(qū)建設(shè)的控制基礎(chǔ)，在場(chǎng)地平整、基礎(chǔ)開(kāi)挖、管道鋪設(shè)、廠房建設(shè)、電力放樣和設(shè)備安裝等方面都起著重要作用[1]。《火力發(fā)電廠工程測(cè)量技術(shù)規(guī)程》要求，建筑方格網(wǎng)主軸線直線度限差為180°±5"，交角的限差為90°±5"[2]。近年來(lái)，由于GPS定位技術(shù)的普及、定位精度的提高和CAD制圖軟件的發(fā)展，為滿足建筑方格網(wǎng)高精度要求提供了方法和條件[3]。2013年5月，我院為滿足建筑方格網(wǎng)精度要求，使用GPS定位技術(shù)和CAD制圖軟件成功地在焦作電廠（2×660 MW）上大壓小異地?cái)U(kuò)建工程項(xiàng)目中建立了高精度的建筑方格網(wǎng)。本文將結(jié)合實(shí)際情況對(duì)GPS、全站儀和CAD制圖在建筑方格網(wǎng)應(yīng)用中要注意的事項(xiàng)作探討。

1 工程概況

焦作電廠（2×660 MW）上大壓小異地?cái)U(kuò)建工程項(xiàng)目占地面積約為0．3 km2，需建立13個(gè)點(diǎn)的建筑方格網(wǎng)，見(jiàn)圖1。

圖1 施工方格網(wǎng)示意圖

坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系，中央子午線為114°[4]。儀器采用國(guó)產(chǎn)南方靈銳S82 GPS靜態(tài)接收機(jī)，標(biāo)稱(chēng)精度±3 mm+1×10-6D；拓普康GPT-3002LN免棱鏡全站儀，標(biāo)稱(chēng)精度2"，±2 mm+2×10-6D。建筑坐標(biāo)系（A，B）與1954年北京坐標(biāo)系（X，Y）的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

其中，X0=3 899 088.55；Y0=38 452 059.05；α=-8.03°。

2 工程施工方法的研究探討

2.1 GPS引點(diǎn)

由于2009年河南省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院為焦作電廠所測(cè)的E級(jí)GPS控制點(diǎn)1231、1232離廠區(qū)太遠(yuǎn)，根據(jù)《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》要求，采用靜態(tài)GPS測(cè)量將控制點(diǎn)引測(cè)到廠區(qū)內(nèi)，然后再用導(dǎo)線測(cè)量施測(cè)建筑方格網(wǎng)。

在GPS引點(diǎn)時(shí)，一定要注意檢查已知控制點(diǎn)的等級(jí)、坐標(biāo)以及控制點(diǎn)間邊長(zhǎng)的正確性。由于設(shè)計(jì)年代和建廠時(shí)間不一樣，原來(lái)高等級(jí)的控制點(diǎn)也有可能出現(xiàn)移位、沉降或變形，導(dǎo)致等級(jí)下降甚至出錯(cuò)。

經(jīng)過(guò)實(shí)地靜態(tài)GPS測(cè)量檢測(cè)，1231-1232邊長(zhǎng)為356．082 m，與已知坐標(biāo)值反算邊長(zhǎng)356．094 m相差0．012 m。為避免起始邊長(zhǎng)誤差對(duì)控制網(wǎng)精度的影響，施測(cè)時(shí)以1232為原點(diǎn)，1232-1231方向?yàn)榉轿唤牵脵z測(cè)邊長(zhǎng)重新推算1231的坐標(biāo)，再次解算GPS控制網(wǎng)[5]。經(jīng)GPS網(wǎng)平差后，計(jì)算得出臨時(shí)點(diǎn)LS01-LS06的邊長(zhǎng)為188．873 m，全站儀實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)188．872 m，長(zhǎng)度誤差1 mm，高度吻合，保證了引入廠區(qū)控制點(diǎn)的精度。

2.2 RTK放樣

控制點(diǎn)引入廠區(qū)后，我院按照設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行了控制樁位的放樣施工。由于甲方要求控制點(diǎn)制作標(biāo)準(zhǔn)為鋼管樁（鋼管厚度為5 mm、埋深為13 m、鋼管直徑為18 cm），因此鉆機(jī)打樁、埋設(shè)點(diǎn)位誤差不能超過(guò)10 cm。在進(jìn)行RTK放樣時(shí)一定要注意以下幾個(gè)方面：①RTK校正和檢查，經(jīng)已知點(diǎn)校正后，為確保放樣坐標(biāo)的正確性，一定要用另外一個(gè)控制點(diǎn)作檢查，只有在檢查無(wú)誤的情況下才能進(jìn)行RTK放樣；②由于建筑方格網(wǎng)點(diǎn)鋼板是20 cm，因此放樣點(diǎn)位應(yīng)盡量靠近設(shè)計(jì)坐標(biāo)點(diǎn)位，使得鋼板中心位置恰好位于設(shè)計(jì)坐標(biāo)附近，避免調(diào)整歸化點(diǎn)位溢出鋼板的現(xiàn)象。

在焦作電廠（2×660 MW）上大壓小異地?cái)U(kuò)建工程項(xiàng)目實(shí)地作業(yè)中，我院采用南方RTK儀器（點(diǎn)位放樣精度為±2 cm+1×10-6）進(jìn)行點(diǎn)位放樣，而且在灌注樁位時(shí)要時(shí)刻注意用RTK檢測(cè)放樣點(diǎn)位的位置，確保設(shè)計(jì)坐標(biāo)位置能夠落在鋼板中心附近[6]。

2.3 全站儀導(dǎo)線測(cè)量研究

按照《工程測(cè)量規(guī)范》、《火力發(fā)電廠工程測(cè)量技術(shù)規(guī)程》要求，建筑方格網(wǎng)等級(jí)按Ⅰ級(jí)要求施測(cè)。在觀測(cè)中應(yīng)注意以下幾方面問(wèn)題：①全站儀測(cè)角精度一定要達(dá)到要求；②基座對(duì)中一定要進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)論哪個(gè)方向?qū)c(diǎn)器都要精確對(duì)中；③導(dǎo)線一定要經(jīng)過(guò)建筑方格網(wǎng)點(diǎn)，嚴(yán)禁使用支導(dǎo)線；④邊長(zhǎng)施測(cè)精度，儀器和棱鏡一定要經(jīng)過(guò)檢校，而且在施測(cè)邊長(zhǎng)時(shí)一定要加入氣壓和溫度改正量（溫度設(shè)置增高1 ℃，距離增加0．83 mm/km；氣壓設(shè)置增大1 mbar，距離減少0．28 mm / km），這樣邊長(zhǎng)才能測(cè)得精確；⑤所測(cè)邊長(zhǎng)要進(jìn)行平距改正、加乘常數(shù)改正和棱鏡常數(shù)改正，然后求均值才能得到精確的邊長(zhǎng)平距；⑥采用三聯(lián)腳架法，能夠加快導(dǎo)線施測(cè)速度，而且能夠保證導(dǎo)線施測(cè)精度。

我院在此次焦作電廠（2×660 MW）上大壓小異地?cái)U(kuò)建工程項(xiàng)目中，建筑方格網(wǎng)點(diǎn)定測(cè)采用拓普康GPT-3002LN全站儀進(jìn)行邊長(zhǎng)和水平角觀測(cè)，邊長(zhǎng)按2測(cè)回往返觀測(cè)，水平角按3測(cè)回進(jìn)行觀測(cè)[7]。施測(cè)的施工方格控制網(wǎng)經(jīng)嚴(yán)密平差后測(cè)角中誤差為2．1″，導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差最大為1/88 800，精度遠(yuǎn)高于建筑方格網(wǎng)Ⅰ級(jí)要求。

2.4 CAD制圖、施工方格網(wǎng)歸化探討

建筑方格網(wǎng)導(dǎo)線施測(cè)完畢，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密平差計(jì)算后各點(diǎn)位實(shí)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)有一個(gè)差值，這樣就需要進(jìn)行點(diǎn)位歸化處理。在點(diǎn)位歸化處理過(guò)程中，要注意以下幾個(gè)方面：①建筑方格網(wǎng)要用正規(guī)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差；②平差結(jié)束后，在計(jì)算機(jī)上用CAD制圖軟件將建筑方格網(wǎng)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行展點(diǎn)比較，然后打印，此時(shí)要特別注意打印圖件按照1∶1的比例尺（單位是0．001 mm）繪制出各點(diǎn)位改正詳圖，標(biāo)出坐標(biāo)北方向；③在野外通過(guò)仔細(xì)對(duì)點(diǎn)、標(biāo)定方向（特別注意方向的正確性），將點(diǎn)位盡量歸化到設(shè)計(jì)位置。

2.5 建筑方格網(wǎng)點(diǎn)位鑲嵌銅絲方法

經(jīng)過(guò)§2．3、§2．4步驟重復(fù)施測(cè)2～3次后可以看出，實(shí)測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)相差已經(jīng)很小，點(diǎn)位精度已經(jīng)達(dá)到《火力發(fā)電廠工程測(cè)量技術(shù)規(guī)程》要求。最后采用直徑為1 mm的鈷鉆頭在不銹鋼板上打孔，鑲嵌銅絲標(biāo)注其點(diǎn)位。

在打孔鑲嵌銅絲時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：①鉆頭一定要用專(zhuān)用鉆頭（鈷鉆頭），因?yàn)橐话沣@頭打不進(jìn)鋼板還容易折斷；②鉆頭直徑一定要細(xì)，一般采用1 mm鉆頭，如果鉆頭直徑粗，點(diǎn)位精度就會(huì)下降；③注意鉆頭距離手電鉆卡口處一定要短（小于3 mm），以便增強(qiáng)其硬度，而且打孔過(guò)程中要注意冷卻鉆頭，防止鉆頭折入鋼板；④打孔成功后，用直徑1 mm的銅絲緊緊鑲嵌其中，打光鋼板表面，防止點(diǎn)位松脫。

3 結(jié) 語(yǔ)

由于焦作電廠（2×660 MW）上大壓小異地?cái)U(kuò)建工程項(xiàng)目急于上馬，限制建筑方格網(wǎng)15 d完成，因此我院制定了詳細(xì)的工作方案，使用了比較先進(jìn)的儀器和技術(shù)，而且特別關(guān)注在施工過(guò)程中各環(huán)節(jié)應(yīng)注意的事項(xiàng)，因此能夠在半個(gè)月內(nèi)，在保證精度的前提下，順利完成了該擴(kuò)建工程項(xiàng)目建筑方格網(wǎng)的控制工作，受到業(yè)主的好評(píng)。

[1] 常增亮,宋愛(ài)虎．利用GPS和CAD技術(shù)建立電廠施工方格網(wǎng)[J]．電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2006(3)：34-36

[2] DL/T5001-2004．火力發(fā)電廠工程測(cè)量技術(shù)規(guī)程[S]．

[3] 秦宇峰,張志東．淺談電廠建筑方格網(wǎng)的布設(shè)方法[J]．山西建筑,2009,35(31)：353-354

[4] 張彥軍．GPS技術(shù)在廠區(qū)建筑方格網(wǎng)測(cè)量中應(yīng)用[J]．中國(guó)房地產(chǎn)業(yè),2011(7)：364

[5] 劉永昶,朱仁義．用GPS定位技術(shù)進(jìn)行方格網(wǎng)測(cè)量[J]．測(cè)繪通報(bào),2000(3)：22-24

[6] 周永山,張潔．建筑方格網(wǎng)布設(shè)方法探討[J]．企業(yè)導(dǎo)報(bào),2011(3)：274-278

[7] GB/50026-2007．工程測(cè)量規(guī)范[S]．

P258

B

1672-4623（2016）04-0060-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.020

陸永紅，高級(jí)工程師，主要從事工程測(cè)繪、地理信息系統(tǒng)等方面的工作。

2014-07-16。