基于規(guī)劃管理的大型復(fù)雜建筑測(cè)量研究與實(shí)現(xiàn)

高建偉，周廣華，宣 偉

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060；2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430070；3.東華理工大學(xué)江西省數(shù)字國(guó)土重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013）

大型建筑工程（特別是地標(biāo)工程）為了最快最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，往往建筑體量大、建筑造型復(fù)雜、項(xiàng)目工期緊，而傳統(tǒng)的規(guī)劃測(cè)量技術(shù)和作業(yè)模式難以滿足工程建設(shè)及規(guī)劃管理的要求?；诖?，本文分析了廣州蘿崗萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)全部規(guī)劃測(cè)量項(xiàng)目?jī)?nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式，闡述了作業(yè)平臺(tái)互通，信息數(shù)據(jù)共享，綜合運(yùn)用三維激光掃描等新技術(shù)的施工過(guò)程，為復(fù)雜造型建筑測(cè)量提供參考。

1 主要技術(shù)內(nèi)容

1.1 規(guī)劃測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式

廣州蘿崗萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)規(guī)劃測(cè)量貫穿項(xiàng)目建設(shè)的全過(guò)程，包括設(shè)計(jì)階段的1∶500 數(shù)字化地形圖測(cè)繪及地下綜合管線探測(cè)、施工階段的規(guī)劃放線測(cè)量、竣工階段的規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量。如圖1 所示，項(xiàng)目采用基于外業(yè)測(cè)量系統(tǒng)、圖根導(dǎo)線綜合處理系統(tǒng)、廣州市規(guī)劃基礎(chǔ)信息化測(cè)繪平臺(tái)“三合一”內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式[1]，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)采集、處理、地形圖繪制、管線圖繪制及建筑物平、立、剖面圖繪制、建筑物面積計(jì)算、數(shù)據(jù)入庫(kù)等規(guī)劃測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)的一體化作業(yè)，使規(guī)劃測(cè)量工作統(tǒng)一化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，減少了錯(cuò)誤發(fā)生的概率[2]，提高了工作質(zhì)量和效率。

1.2 三維激光掃描測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量

如圖2 所示，廣州蘿崗萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)項(xiàng)目由多棟塔樓和裙樓組成，建筑的樣式多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裙樓外觀設(shè)計(jì)呈現(xiàn)自然流動(dòng)的弧形，利用常規(guī)全站儀及人眼識(shí)別定位外圍輪廓線會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。另外，建筑高度不一致，最高處達(dá)到105 m，且存在弧形屋面，用全站儀難以定位采集建筑物最高點(diǎn)處的高程。項(xiàng)目將三維激光掃描測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量[3-4]，解決了復(fù)雜建筑定位及測(cè)量的難題。

圖1 規(guī)劃測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式

1.3 “一步測(cè)量法”的應(yīng)用及優(yōu)化

項(xiàng)目外業(yè)測(cè)量創(chuàng)新性的改進(jìn)“一步測(cè)量法”[5]，記錄導(dǎo)線與碎部測(cè)量的原始數(shù)據(jù)，避免了圖根導(dǎo)線平差后導(dǎo)致坐標(biāo)改化引起的碎部點(diǎn)誤差，擴(kuò)展了“一步測(cè)量法”的應(yīng)用范圍。此外，為適應(yīng)優(yōu)化后“一步測(cè)量法”，編制了基于全站儀外業(yè)測(cè)量系統(tǒng)及圖根導(dǎo)線數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)，使規(guī)劃測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)銜接。

2 主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 規(guī)劃測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）內(nèi)、外業(yè)數(shù)據(jù)一體化。如圖1 所示，此部分實(shí)現(xiàn)外業(yè)原始數(shù)據(jù)到平臺(tái)導(dǎo)入數(shù)據(jù)的銜接，為各平臺(tái)、各模塊間實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能提供數(shù)據(jù)來(lái)源和基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)流程如下：

①數(shù)據(jù)采集：利用外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并采用優(yōu)化后的“一步測(cè)量法”采集數(shù)據(jù)（如圖3）。

圖3 優(yōu)化“一步測(cè)量法”原理示意圖

②數(shù)據(jù)處理：利用圖根導(dǎo)線綜合處理系統(tǒng)識(shí)別、分離采集數(shù)據(jù)中的導(dǎo)線和碎部數(shù)據(jù)，再進(jìn)行導(dǎo)線及碎部點(diǎn)計(jì)算，輸出控制點(diǎn)、碎部點(diǎn)坐標(biāo)文件。

③數(shù)據(jù)導(dǎo)入：利用廣州市規(guī)劃基礎(chǔ)信息化測(cè)繪平臺(tái)導(dǎo)入控制點(diǎn)、碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2）內(nèi)業(yè)各模塊功能一體化。廣州市規(guī)劃基礎(chǔ)信息化測(cè)繪平臺(tái)是基于EPS2008 地理信息工作站開(kāi)發(fā)，如圖1 所示。通過(guò)建立不同的模板[6-7]形成不同的功能，包含管線探測(cè)、基礎(chǔ)測(cè)繪、規(guī)劃放線、規(guī)劃驗(yàn)收等模塊，各功能模塊之間既相對(duì)獨(dú)立又互相統(tǒng)一，在共享基本信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各自的功能。

①各模塊功能實(shí)現(xiàn)方式：各模塊在共用編輯、處理、繪圖等功能菜單的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立個(gè)性化功能菜單實(shí)現(xiàn)各自功能。

②基本信息及地理數(shù)據(jù)共享：各模塊基于同一平臺(tái)，共享項(xiàng)目屬性、建筑及規(guī)劃要素、地理數(shù)據(jù)、注記等。

③成果對(duì)比及檢查：通過(guò)疊加成果圖，可進(jìn)行建筑平面位置、間距等要素比對(duì)，確認(rèn)建筑物放線、驗(yàn)收相互的位置關(guān)系，檢查各成果要素的符合性、正確性等。

3）數(shù)據(jù)成果輸出、入庫(kù)一體化。如圖1 所示，利用平臺(tái)各個(gè)功能模塊生成的地下管線圖、數(shù)字地形圖、規(guī)劃放線及驗(yàn)收平面位置圖等數(shù)據(jù)成果，滿足市城鄉(xiāng)規(guī)劃空間資源平臺(tái)及院地理信息管理系統(tǒng)的直接入庫(kù)要求[8]。數(shù)據(jù)成果輸出、入庫(kù)一體化，直接為規(guī)劃審批及數(shù)據(jù)管理、更新服務(wù)。

2.2 三維激光掃描測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

將三維激光掃描測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于規(guī)劃驗(yàn)收測(cè)量，得到反映建筑物表面幾何結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)模型，從而繪制出建筑物的平、立面位置關(guān)系等。本次采用FARO 3D X330 高速三維激光掃描儀，掃描距離330 m，距離精度±2 mm，作業(yè)流程如圖4 所示。

圖4 三維激光掃描測(cè)量作業(yè)流程

1）三維激光掃描數(shù)據(jù)采集。項(xiàng)目涉及建筑物數(shù)量多，建筑之間存在遮擋，設(shè)置多站進(jìn)行三維激光掃描測(cè)量，保證數(shù)據(jù)的完整性及精度，掃描現(xiàn)場(chǎng)即可獲得被掃描目標(biāo)的縮略圖，進(jìn)行初步檢查。

2）三維激光掃描數(shù)據(jù)處理。外業(yè)獲得點(diǎn)云和影像兩類數(shù)據(jù)。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理通過(guò)數(shù)據(jù)加載、多站數(shù)據(jù)擬合匹配、影像加載等實(shí)現(xiàn)，其中多站數(shù)據(jù)擬合匹配是影響成果質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在點(diǎn)云拼接和影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)后，實(shí)現(xiàn)了建筑物實(shí)景復(fù)制，可進(jìn)行切片處理、距離量算等操作。

3）立面圖繪制。項(xiàng)目采用立面投影及立體量測(cè)的方式進(jìn)行立面測(cè)量，通過(guò)選取建筑立面點(diǎn)云、擬合及投影、CAD 制圖等步驟完成立面圖的繪制。

圖5 立面點(diǎn)云及矢量圖

4）分層平面圖繪制。將點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到水平面，通過(guò)描繪最大外圍線的來(lái)繪制復(fù)雜造型建筑輪廓，繪制原理及結(jié)果如圖6 所示。

圖6 復(fù)雜造型建筑輪廓繪制圖

建筑物各分層角點(diǎn)通過(guò)切片法[9]來(lái)獲取，表1 為部分全站儀測(cè)量建筑物角點(diǎn)與三維激光掃描角點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)比表，三維激光掃描測(cè)量精度符合規(guī)劃驗(yàn)收要求，即可綜合利用全站儀及三維激光掃描儀的測(cè)量數(shù)據(jù)獲取建筑各個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行分層平面圖繪制及分層面積計(jì)算。

表1 全站儀測(cè)量建筑物角點(diǎn)與三維激光掃描角點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)比表

3 結(jié) 語(yǔ)

規(guī)劃測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)平臺(tái)互通，信息數(shù)據(jù)共享，統(tǒng)一的成果輸出，減少了錯(cuò)誤發(fā)生的概率，提高了作業(yè)效率，并綜合運(yùn)用三維激光掃描等新技術(shù)，解決了復(fù)雜造型建筑測(cè)量的難題。此外，規(guī)劃測(cè)量工作貫穿了項(xiàng)目建設(shè)的全過(guò)程及規(guī)劃審批用地、建管、驗(yàn)收各階段，為項(xiàng)目選址、用地、修建性詳細(xì)規(guī)劃、報(bào)建、竣工等規(guī)劃審批、為規(guī)劃管理部門(mén)提高規(guī)劃行政審批效率、為建設(shè)單位取得用地規(guī)劃許可證、建設(shè)工程規(guī)劃許可證、規(guī)劃驗(yàn)收合格證等提供了全方位的技術(shù)支持[10]，為類似的規(guī)劃測(cè)量項(xiàng)目起到很好的示范作用。