異形結(jié)構(gòu)建筑施工測(cè)量定位控制技術(shù)的運(yùn)用

周育軍

（廣東省第一建筑工程有限公司 廣州510010）

0 引言

當(dāng)今建筑業(yè)科技發(fā)展日新月異，人們對(duì)建筑物的要求已經(jīng)不僅僅局限于其堅(jiān)固性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，還將其作為一種建筑藝術(shù)，使其符合不同的美學(xué)要求。本項(xiàng)目為了滿足業(yè)主對(duì)建筑物的精美造型要求，根據(jù)建筑物的外形輪廓設(shè)計(jì)，制定嚴(yán)格的測(cè)量方案，以提高測(cè)量精度，使得異形結(jié)構(gòu)不僅滿足設(shè)計(jì)、業(yè)主方提出的要求，同時(shí)又保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量達(dá)到合同既定目標(biāo)。本文對(duì)異形結(jié)構(gòu)建筑施工測(cè)量定位控制技術(shù)進(jìn)行分析，意在為同行業(yè)者提供借鑒參考。

1 工程概況

某廣場(chǎng)位于廣州市白云新城飛翔公司以北，萬達(dá)廣場(chǎng)以南；東為云城東路，西為云城西路，南為云城南一路，北為云城南二路，廣州地鐵2號(hào)線在項(xiàng)目中間穿過，其中總建筑面積約185 643 m2。

本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成兩座塔樓，中間設(shè)斜交連廊，俯視就如同“無限”（無窮大）的數(shù)學(xué)符號(hào)“∞”，地上8層，層高5.3 m和4.2 m，地下2層，層高為6.0 m和4.0 m，兩座塔樓之間有已有建成地鐵2 號(hào)線。單層面積大，軸線系統(tǒng)多，且每層外立面造型復(fù)雜多變，結(jié)構(gòu)邊線均不在同一投影面上（見圖1）。標(biāo)高的控制、建筑物的結(jié)構(gòu)邊線控制、測(cè)量定位的控制是本工程的重點(diǎn)。

圖1 本項(xiàng)目的建筑物鳥瞰圖Fig.1 Aerial View of the Building

2 異形結(jié)構(gòu)的測(cè)量定位技術(shù)

由于本工程造型結(jié)構(gòu)為雙向曲扭結(jié)構(gòu)，內(nèi)縮和外放同時(shí)存在，外立面造型復(fù)雜，凹凸不平，如果在平面、高程、豎向位移等方面控制不好，就會(huì)對(duì)測(cè)量的精度造成較大的影響。

2.1 主樓垂直度的測(cè)量施工難點(diǎn)和措施

難點(diǎn)：由于安置好的測(cè)量點(diǎn)位會(huì)因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)受到沉降變形等因素的影響，使安置好的測(cè)量點(diǎn)位發(fā)生移動(dòng)，造成通常網(wǎng)點(diǎn)的邊長(zhǎng)縮短，從而降低了測(cè)量的精度，且本工程高空塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)，樓板施工滯后，儀器架設(shè)困難［1］。

措施：針對(duì)本工程的特點(diǎn)，塔樓四個(gè)圓弧角和四個(gè)方向中心點(diǎn)在樓層鄰邊設(shè)點(diǎn)，采用坐標(biāo)法、天頂法、極坐標(biāo)法和測(cè)量機(jī)器人復(fù)測(cè)相結(jié)合的聯(lián)合測(cè)量法來進(jìn)行垂直度的監(jiān)測(cè)和控制，一旦發(fā)現(xiàn)偏差超限就及時(shí)校正。測(cè)量采取分段傳遞、分段鎖定、分段投測(cè)的方式，每層傳遞一次。在高程和軸線引測(cè)上，由于本工程主塔樓單層面積大，A 塔樓分9 塊進(jìn)行分段垂直測(cè)量，B 塔樓分3塊進(jìn)行分段垂直測(cè)量，每層均作為一段控制高度，且現(xiàn)場(chǎng)在兩棟塔樓的四個(gè)弧形角架設(shè)測(cè)量機(jī)器人復(fù)測(cè)，軸線的引測(cè)采用天頂準(zhǔn)直法。本工程A、B 塔樓≤34.97 m，因此按照規(guī)范要求全高的精度要求為±10 mm［2］。

利用高精度的垂直度控制網(wǎng)，通過控制結(jié)構(gòu)內(nèi)控制點(diǎn)的定位軸線以保證全樓的垂直度處于可控狀態(tài)。儀器選用蘇光JC100 激光天頂垂準(zhǔn)儀，精度達(dá)到1∕100000，并使用鉛垂線法進(jìn)行豎向引測(cè)。

投測(cè)上來的垂直控制點(diǎn)，選用其他的儀器測(cè)量，在同一測(cè)站點(diǎn)位上，測(cè)量此點(diǎn)的天頂角，本項(xiàng)目選用的是徠卡全站儀（裝置彎管）進(jìn)行檢查。全樓垂直度限差要求不大于30 mm［3］。并且在測(cè)量的點(diǎn)全部投測(cè)轉(zhuǎn)換好完成后，安排測(cè)量人員至轉(zhuǎn)換層進(jìn)行檢查。

在投測(cè)平臺(tái)面上的控制點(diǎn)上安置J2 電子經(jīng)緯儀測(cè)角，對(duì)量得各測(cè)點(diǎn)間的尺寸進(jìn)行檢查。確定視夾角在90°時(shí)，誤差控制在±1′，邊長(zhǎng)總長(zhǎng)為30 m時(shí)，誤差控制在±2 mm。

2.2 弧形外立面測(cè)量施工難點(diǎn)和措施

難點(diǎn)：外弧線結(jié)構(gòu)半徑較大且不一致，每層圓心的位置不統(tǒng)一，放線難度大，無法采用傳統(tǒng)的直接拉線法。

措施：建立首級(jí)場(chǎng)區(qū)控制網(wǎng)；利用首級(jí)控制網(wǎng)在基坑周邊測(cè)設(shè)軸線延長(zhǎng)線上的點(diǎn)作為二級(jí)控制網(wǎng)，對(duì)各結(jié)構(gòu)部位實(shí)行“外控法”進(jìn)行施工測(cè)量，外網(wǎng)控制采用放線機(jī)器人對(duì)主控制線進(jìn)行復(fù)測(cè)，在建筑物內(nèi)部建立施工使用的施工控制網(wǎng)，采用施工控制網(wǎng)“內(nèi)控法”來控制建筑物的平面定位和高程測(cè)量［4］，在本工程A、B 棟塔樓每個(gè)核心筒外圍延伸核心筒四角布置4 個(gè)控制點(diǎn)，核心筒放置的4 個(gè)控制點(diǎn)直通到A、B 棟塔樓建筑物的結(jié)構(gòu)頂層，用以控制核心筒及外圍弧形結(jié)構(gòu)的軸線定位。并且使用3D 激光掃描儀，用于校核建筑物弧形定位點(diǎn)的精度，以及幕墻構(gòu)件定位校核。裝飾、機(jī)電、幕墻等分包單位的測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)也均由我司提供，保證整項(xiàng)工程采用一套測(cè)量控制體系，確保唯一性、合理性。

施工技術(shù)及操作要點(diǎn)：

⑴在首層、5層設(shè)置控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換層以保證墻柱的全面精確控制，A、B 棟塔樓按后澆帶劃分為多個(gè)小區(qū)域，各小區(qū)域之間流水施工，塔樓區(qū)域布置三級(jí)控制的原則為每個(gè)小區(qū)域在測(cè)量軸線定位時(shí)可以與周邊區(qū)域定位點(diǎn)形成通視，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)每個(gè)弧形結(jié)構(gòu)的圓心點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)定位（見圖2），用于復(fù)核結(jié)構(gòu)邊線的方法之一，以控制墻柱及圓弧結(jié)構(gòu)的軸線［5］。

圖2 A、B塔樓建筑內(nèi)施工測(cè)量控制點(diǎn)位Fig.2 Surveying Control Points in Tower A、B Building

⑵弧形結(jié)構(gòu)采用全站儀定位每個(gè)弧形結(jié)構(gòu)的邊界點(diǎn)，確定弧形的尺寸；在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量中對(duì)每棟塔樓的每層四個(gè)外弧形部位各選取兩個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)，建立BIM坐標(biāo)網(wǎng)時(shí)，將在BIM模型中A、B塔樓每層外弧形的坐標(biāo)控制點(diǎn)（見圖3）導(dǎo)入Trimble Field Link軟件中［6］。

圖3 A棟塔樓四層弧形結(jié)構(gòu)模型放樣Fig.3 Curved Structure Model Layout on the Fourth Floor of Tower A

⑶對(duì)弧形測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核的工作主要由測(cè)量機(jī)器人完成，其方法是通過手機(jī)、電腦等設(shè)備選取BIM 模型中所需放樣點(diǎn)，利用測(cè)量機(jī)器人發(fā)射紅外激光自動(dòng)照準(zhǔn)現(xiàn)實(shí)點(diǎn)位（見圖4），將BIM 模型精確、實(shí)時(shí)地反應(yīng)到施工現(xiàn)場(chǎng)，并將現(xiàn)場(chǎng)異形結(jié)構(gòu)的實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)與BIM 模型的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，以保證本工程異形結(jié)構(gòu)施工的精度［7］。

圖4 測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)測(cè)量弧形結(jié)構(gòu)Fig.4 Measurement Robot Measure the Arc Structure Automatically

⑷弧形結(jié)構(gòu)的模板底部模板按照BIM 模型放樣加工后安裝，采用“弓弦矢高法”進(jìn)行施工放樣，側(cè)模按照底模的弧度進(jìn)行安裝。保證本工程異形結(jié)構(gòu)施工的精度［8］。

⑸利用3D 掃描儀輔助放樣、復(fù)核，將3D 掃描儀運(yùn)用于模板工程、砌體及抹灰工程、機(jī)電工程、幕墻工程的復(fù)測(cè)工作。本工程投入的天寶TX5 3D 掃描儀掃描速率可達(dá)到97 萬點(diǎn)∕s，主要對(duì)鋼筋及模板工程、混凝土結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)和鋼構(gòu)件定位等進(jìn)行全方位、高精度掃描。將BIM 模型與測(cè)量機(jī)器人、3D 激光掃描儀相結(jié)合，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位進(jìn)行復(fù)核，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)定位的偏差，為測(cè)量精度控制提供有力的技術(shù)支持，達(dá)到控制建造精度的目的［9］。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)連廊測(cè)量精度控制

難點(diǎn)：項(xiàng)目有室內(nèi)室外鋼結(jié)構(gòu)連廊，離地高焊接變形大，測(cè)量精度難以控制。

措施：對(duì)室外連廊及室內(nèi)連廊進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)連廊主體結(jié)構(gòu)的豎向及水平位移量，分析結(jié)構(gòu)在溫度變化下的變形以及在風(fēng)力影響下結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的變化，本工程采用振弦式應(yīng)變傳感器進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，溫度監(jiān)測(cè)儀器主要是集成于正弦式應(yīng)變傳感器內(nèi)的溫度傳感器及半導(dǎo)體熱敏電阻傳感器，變形測(cè)點(diǎn)總數(shù)為55個(gè)，測(cè)點(diǎn)布置涉及到的具體桿件截面有箱型和H型。根據(jù)應(yīng)力測(cè)試要求且不影響結(jié)構(gòu)和構(gòu)件正常施工，傳感器沿桿件軸線方向?qū)ΨQ安置于截面兩側(cè)。

根據(jù)設(shè)計(jì)總說明的要求，建筑變形測(cè)量應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本工程變形監(jiān)測(cè)要求等級(jí)為一級(jí)，監(jiān)測(cè)的精度要求為沉降觀測(cè)點(diǎn)高差中誤差≤0.15 mm，位移觀測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)中誤差≤1.0 mm。測(cè)量重點(diǎn)階段如下：

⑴拼裝階段：通過全站儀進(jìn)行拼裝定位及焊接完成后復(fù)測(cè)，保證拼裝進(jìn)度。特別注意桁架兩端桿件（提升到位后與預(yù)裝段需對(duì)接的）精度，這將決定提升到位后的對(duì)接是否能順利進(jìn)行。

⑵提升離地面10 cm階段：復(fù)測(cè)提升變形后的跨中撓度，桁架兩端位移是否均與計(jì)算結(jié)果吻合。

⑶提升過程：監(jiān)測(cè)各提升點(diǎn)的標(biāo)高，評(píng)估提升是否為同步進(jìn)行。提升點(diǎn)的高差控制20 mm 以內(nèi)，否則不同步提升的內(nèi)力可能與計(jì)算能力有較大偏差，導(dǎo)致桿件破壞。

⑷提升就位：指導(dǎo)提升施工，保證提升的標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.4 多角度斜型圓柱測(cè)量精度控制施工難點(diǎn)與措施

難點(diǎn)：本工程的斜柱傾斜角度均不相同，同一根斜柱每層斜度也不相同。

措施：本工程A、B 棟塔樓外較多斜柱，斜柱的放線定位關(guān)系整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造精度，在安裝斜柱模板時(shí)，斜柱的底部模板測(cè)量難、精度低，頂部也是如此，因此，如果測(cè)量精度不高，將導(dǎo)致保護(hù)層厚度難以控制，鞏固模板尺寸難以確立。

為了精確定位斜柱，本工程使用了BIM 模型輔助放樣，三維呈現(xiàn)斜柱的立體數(shù)據(jù)。具體措施如下：

⑴將柱子底面和頂面的中心位置用同一個(gè)面投影出來，然后計(jì)算出兩圓心的距離。

⑵分割出每個(gè)樓層的斜柱，以樓層為施工區(qū)域（以H+1.000 m 為分界線），按照設(shè)計(jì)圖紙找出各自的傾斜角度，

⑶使用BIM 按傾斜角度推算出每一施工區(qū)段兩個(gè)標(biāo)高點(diǎn)的三維位置，然后將尺寸標(biāo)注于模型上，作為施工中模板安裝及校核的依據(jù)［10］。

在本工程的現(xiàn)場(chǎng)施工中，對(duì)斜柱進(jìn)行定位和校核至少采用兩個(gè)控制點(diǎn)，并運(yùn)用拓普康全站儀在樓面上進(jìn)行測(cè)量設(shè)置，彈出斜型圓柱的水平控制線和投影位置線。在模板安裝過程中運(yùn)用拓普康全站儀與吊線墜相結(jié)合，外業(yè)與內(nèi)業(yè)相結(jié)合的方式對(duì)模板加以定位及校核。

3 結(jié)語

異形結(jié)構(gòu)的測(cè)量施工一直是建筑工程界的一大難題，多向曲面弧形較復(fù)雜，軸線精確控制較難，稍有偏移，將造成結(jié)構(gòu)弧形段連接不流暢，影響到整體建筑外輪廓的美觀性。所以我們?cè)诋愋谓Y(jié)構(gòu)的測(cè)量施工中，通過采用先進(jìn)的測(cè)量定位控制技術(shù)和測(cè)量設(shè)備，對(duì)異形結(jié)構(gòu)進(jìn)行精密測(cè)量，保質(zhì)保量。本技術(shù)適用于復(fù)雜的異形結(jié)構(gòu)測(cè)量，對(duì)類似工程具有一定的借鑒作用。