城市軌道交通工程測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化的思考與實(shí)踐

盧其棟

摘 要：城市軌道交通工程測(cè)量傳統(tǒng)作業(yè)模式的質(zhì)量比較依賴員工的技術(shù)水平及責(zé)任心。隨著測(cè)量機(jī)器人、電子水準(zhǔn)儀等設(shè)備的普及，在移動(dòng)通信技術(shù)的支撐下，測(cè)量外業(yè)實(shí)現(xiàn)記錄電子化。測(cè)量記錄通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至內(nèi)業(yè)，形成內(nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)模式，有效提高工作效率，降低人力成本，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通工程測(cè)量;記錄電子化;內(nèi)外業(yè)一體化;降本增效

中圖分類號(hào)：P258 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）36-0090-04

Thinking and Practice on Integration of Office Work and Feild Work about Urban Rail Transit Engineering Survey

LU Qidong

（SGIDI Engineering Consulting（Group） Co.，Ltd.，Shanghai 200093）

Abstract： The quality of the traditional operation mode of urban rail transit engineering survey depends on the technical level and sense of responsibility of employees.With the popularity of measuring robots，electronic level and other equipment，as well as the support of mobile communication technology，the field measuring records are electronic，and the records can be transmitted to the office in real time via the mobile network，forming an integrated operation mode of office work and field work，effectively improving work efficiency，reducing labor costs，and achieving the purpose of reducing costs and increasing efficiency.

Keywords： urban rail transit engineering survey;electronic records;integration of office work and field work;cost reduction and efficiency increase

城市軌道交通是一項(xiàng)規(guī)模大、投資高、周期長(zhǎng)的系統(tǒng)性工程，建設(shè)難度大。受城市規(guī)劃、周邊已有建構(gòu)筑分布、地質(zhì)條件等諸多條件的限制及城市軌道交通本身運(yùn)行性能的要求，線路結(jié)構(gòu)的走向和標(biāo)高的精度要求較高。工程測(cè)量工作的有效性是城市軌道交通結(jié)構(gòu)精確就位的前提和保障，城市軌道交通工程測(cè)量具有專業(yè)性強(qiáng)、精度要求高、及時(shí)性要求高等顯著特點(diǎn)[1]。

傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)模式質(zhì)量過(guò)于依靠人工干預(yù)，受制于員工技術(shù)水平、責(zé)任心[2]。任何測(cè)量環(huán)節(jié)出錯(cuò)均導(dǎo)致返工，使測(cè)量周期成倍拉長(zhǎng);關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的測(cè)量驗(yàn)收時(shí)返工更會(huì)影響工程施工進(jìn)度[3]。

隨著測(cè)量機(jī)器人、電子水準(zhǔn)儀的普及，以及高性能智能終端和移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用，城市軌道交通工程測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)模式是提高測(cè)量工作效率、降低出錯(cuò)率的有效途徑。

1 內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量的解決方案

工程測(cè)量包括外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩個(gè)主要工序。傳統(tǒng)的外業(yè)測(cè)量班組至少配備觀測(cè)員1名、記錄員1名、輔助人員2名。傳統(tǒng)作業(yè)模式存在以下局限性：①高精度的測(cè)量需求，要求觀測(cè)員具有豐富的觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐表明，不同觀測(cè)員的瞄準(zhǔn)、讀數(shù)等儀器操作習(xí)慣會(huì)造成系統(tǒng)性誤差;高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間的外業(yè)測(cè)量易造成視覺(jué)疲勞，導(dǎo)致觀測(cè)精準(zhǔn)下降;長(zhǎng)線路測(cè)量時(shí)更易因誤差累計(jì)而導(dǎo)致精度迅速降低[4]。②記錄員的職業(yè)素質(zhì)要求高。記錄員現(xiàn)場(chǎng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，按測(cè)量規(guī)范的要求進(jìn)行繁雜的測(cè)站數(shù)據(jù)計(jì)算和檢查，以多測(cè)回測(cè)角為例，需記錄多方向的盤左、盤右讀數(shù)，計(jì)算歸零差、2C差、測(cè)回差、平均方向值，要求記錄員有快速的計(jì)算能力和較高的數(shù)據(jù)質(zhì)量把控能力。記錄員在長(zhǎng)時(shí)間工作中難免會(huì)出現(xiàn)聽(tīng)錯(cuò)、記錯(cuò)等問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量原始數(shù)據(jù)有誤。③內(nèi)業(yè)計(jì)算前，測(cè)量班組應(yīng)將原始手薄進(jìn)行逐項(xiàng)核查，耗時(shí)費(fèi)力。

對(duì)比傳統(tǒng)作業(yè)模式的觀測(cè)員與記錄員的高強(qiáng)度配合，內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量作業(yè)模式下，測(cè)量機(jī)器人、電子水準(zhǔn)儀等設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙或通信線與智能終端（可為安卓、蘋果等常見(jiàn)型號(hào)手機(jī)）連接，在測(cè)量APP軟件支撐下自動(dòng)觀測(cè)，降低觀測(cè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免觀測(cè)習(xí)慣帶來(lái)的系統(tǒng)誤差。APP同步按規(guī)范要求計(jì)算觀測(cè)限差，保證外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量。觀測(cè)數(shù)據(jù)在移動(dòng)通訊支撐下實(shí)時(shí)上傳云端，內(nèi)業(yè)人員從云端下載數(shù)據(jù)及時(shí)處理，將處理結(jié)果反饋至外業(yè)人員。對(duì)數(shù)據(jù)異常的部分再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，避免二次進(jìn)場(chǎng)。一體化模式下，全流程數(shù)據(jù)“無(wú)紙化”“不落地”，有效地提高了外業(yè)、內(nèi)業(yè)工作的互動(dòng)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到降本增效的目的。

內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量的軟件支撐包含移動(dòng)端APP及電腦端桌面軟件兩部分，軟件為測(cè)量云APP及相應(yīng)的桌面軟件。該軟件多測(cè)回測(cè)角、導(dǎo)線平差的基礎(chǔ)功能目前可免費(fèi)使用，報(bào)告定制等進(jìn)階功能需要付費(fèi)使用。電腦端桌面軟件是數(shù)據(jù)后端，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)下載、本次數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)解算與發(fā)布、數(shù)據(jù)管理等各項(xiàng)功能。

內(nèi)外業(yè)一體化測(cè)量模式可以降低測(cè)量從業(yè)人員門檻，保證觀測(cè)精度和成果質(zhì)量，同時(shí)大幅度提高工作效率。詳細(xì)工作流程見(jiàn)圖1。

1.1 外業(yè)采集

內(nèi)外業(yè)一體化的首要條件是實(shí)現(xiàn)外業(yè)記錄的電子化。軌道交通工程測(cè)量運(yùn)用較多的兩種設(shè)備為全站儀和水準(zhǔn)儀，電子水準(zhǔn)儀能實(shí)現(xiàn)電子化記錄。一體化測(cè)量的全站儀采用測(cè)量機(jī)器人，機(jī)器人自帶驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。在軟件支撐下按需設(shè)置觀測(cè)目標(biāo)數(shù)量和觀測(cè)順序，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速判別、鎖定、自動(dòng)照準(zhǔn)和高精度測(cè)量，測(cè)量后自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，從而保證外業(yè)觀測(cè)不受觀測(cè)習(xí)慣帶來(lái)的誤差，數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定。手機(jī)軟件交互性強(qiáng)、可視化高、兼容性強(qiáng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量設(shè)備的工作狀態(tài)和測(cè)量結(jié)果。

1.1.1 限差設(shè)置。軟件通過(guò)內(nèi)置測(cè)量限差實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)測(cè)量精度的控制。例如，控制網(wǎng)采用全站儀0.5″級(jí)別測(cè)角的限差設(shè)置，包括半測(cè)回歸零差小于6″，一測(cè)回內(nèi)2C互差小于9″，各測(cè)回互差小于6″[5]，距離的限差設(shè)置半測(cè)回間距離較差為±1 mm，測(cè)回間距離較差為±1 mm，同時(shí)包括等級(jí)水準(zhǔn)的視距差、兩次讀數(shù)差、尺長(zhǎng)讀數(shù)等。

1.1.2 學(xué)習(xí)測(cè)量。全站儀采用人工瞄準(zhǔn)的方式測(cè)量第一測(cè)回，給測(cè)量機(jī)器人提供初始方位。測(cè)量機(jī)器人通過(guò)定向?qū)W習(xí)后，按技術(shù)要求的測(cè)回?cái)?shù)和設(shè)定的觀測(cè)模式進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量完畢后軟件自動(dòng)生成測(cè)站觀測(cè)報(bào)告，質(zhì)檢合格后搬站。

全站儀測(cè)量成果存儲(chǔ)于軟件中，在移動(dòng)通信的支持下，連接云端服務(wù)器，進(jìn)行測(cè)量成果上傳。電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)結(jié)束后，上傳測(cè)量數(shù)據(jù)至服務(wù)器中。

1.2 內(nèi)業(yè)處理

內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)檢查、報(bào)表輸出、數(shù)據(jù)解算與管理等功能。

1.2.1 數(shù)據(jù)下載。內(nèi)業(yè)處理人員直接從云端下載外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)檢查。下載后采用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，再次復(fù)核外業(yè)成果質(zhì)量。原始數(shù)據(jù)報(bào)表統(tǒng)計(jì)水平角2C差、互差和測(cè)距往返差、水準(zhǔn)線路的視距差、讀數(shù)差、測(cè)段不符值等偏差值，并根據(jù)線路等級(jí)要求，進(jìn)行限差判定。外業(yè)內(nèi)置限差后，內(nèi)業(yè)的限差判定基本是一次性通過(guò)。然后根據(jù)數(shù)據(jù)留底要求，進(jìn)行報(bào)表輸出，見(jiàn)圖2。

1.2.3 數(shù)據(jù)解算。原始數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后，輸入已知點(diǎn)，進(jìn)行平差計(jì)算。同時(shí)可導(dǎo)出其他通用平差軟件的數(shù)據(jù)格式，進(jìn)行成果驗(yàn)證。內(nèi)業(yè)處理人員花費(fèi)很少的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查及數(shù)據(jù)解算，能較快地將測(cè)量結(jié)果反饋至外業(yè)人員，指導(dǎo)外業(yè)人員對(duì)有問(wèn)題的測(cè)段進(jìn)行返工處理，從而有效避免因返工導(dǎo)致的二次進(jìn)場(chǎng)所帶來(lái)的成本浪費(fèi)。

2 工程實(shí)例

2.1 導(dǎo)線測(cè)量

佛山市軌道交通三號(hào)線第三方測(cè)量Ⅱ標(biāo)段的工程范圍包括15個(gè)車站、15個(gè)區(qū)間，標(biāo)段內(nèi)控制點(diǎn)位共58個(gè)，導(dǎo)線全長(zhǎng)47.25 km;其中GNSS點(diǎn)19個(gè)，精密導(dǎo)線點(diǎn)39個(gè)。按合同及規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，全線的精密導(dǎo)線控制網(wǎng)須按照一年一次的頻率進(jìn)行復(fù)測(cè)。

2.1.1 2019年度復(fù)測(cè)采用傳統(tǒng)模式進(jìn)行測(cè)量。外業(yè)數(shù)據(jù)采集測(cè)量班組配置4人，觀測(cè)員1名（外業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富）、記錄員1名（工作細(xì)心、熟知規(guī)范要求、字跡工整）、棱鏡2人。外業(yè)測(cè)量一站平均在10 min左右，導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量完畢需25 d左右。

每天作業(yè)完成后，測(cè)量組回辦公室后專業(yè)人員花費(fèi)大量的時(shí)間及精力檢查計(jì)算外業(yè)手簿、觀測(cè)成果統(tǒng)計(jì)和對(duì)比，一般情況下層層檢查、復(fù)核需要4 d左右。

2.1.2 2020年采用內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)進(jìn)行。內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)量記錄，測(cè)量組只需配置3個(gè)人，其中2個(gè)架設(shè)棱鏡，1個(gè)觀測(cè)者，無(wú)須記錄者見(jiàn)圖3。外業(yè)測(cè)量一站平均在3 min左右，導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量完成需15 d左右。導(dǎo)線控制網(wǎng)內(nèi)業(yè)處理無(wú)須花太多時(shí)間進(jìn)行原始手簿的檢查，可直接進(jìn)行計(jì)算。

2.1.3 統(tǒng)計(jì)分析。測(cè)量機(jī)器人4測(cè)回?zé)o超限情況，人工測(cè)量出現(xiàn)10次超限情況，增加了作業(yè)時(shí)間。將兩種方法所用人工成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳見(jiàn)表1。

2.2 底板控制點(diǎn)聯(lián)系測(cè)量

以興太區(qū)間的地下車站基線邊聯(lián)系測(cè)量為例，本區(qū)間采用兩井定向直接導(dǎo)線法，走向示意圖見(jiàn)圖4。

傳統(tǒng)作業(yè)模式的聯(lián)系測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集需要1.5 d，原始數(shù)據(jù)檢查復(fù)核并完成報(bào)告需要2 d左右，總計(jì)需3.5 d左右。

內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式下的外業(yè)數(shù)據(jù)采集需要1 d;內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)人員下載數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)檢查、處理及復(fù)核完成需要1 h左右。外業(yè)人員回到辦公室時(shí)，成果已經(jīng)處理完畢，極大地縮短了第三方測(cè)量檢核時(shí)間，從而保障了工程進(jìn)度。

將人工測(cè)量及測(cè)量機(jī)器人的測(cè)角測(cè)回差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用[方差=Δ×Δn]來(lái)評(píng)估角度測(cè)量的穩(wěn)定性，詳見(jiàn)表2。

從表2得知，測(cè)量機(jī)器人的測(cè)角穩(wěn)定性明顯高于人工測(cè)量，能較好地保證測(cè)量精度。

3 結(jié)語(yǔ)

內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)模式經(jīng)過(guò)兩年的實(shí)踐，發(fā)展已經(jīng)成熟并逐漸應(yīng)用到標(biāo)段內(nèi)各類工程測(cè)量中。內(nèi)外業(yè)一體化模式采用測(cè)量機(jī)器人及電子水準(zhǔn)儀，實(shí)現(xiàn)了記錄電子化;運(yùn)用測(cè)量云智能終端實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸與數(shù)據(jù)后處理?？傮w來(lái)說(shuō)，其具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

①成果質(zhì)量穩(wěn)定，外業(yè)效率明顯提高，測(cè)量外業(yè)返工率明顯下降。

②對(duì)人員素質(zhì)要求有所降低，極大地節(jié)約了人力成本。

③極大程度地縮短了數(shù)據(jù)處理和成果報(bào)告輸出的測(cè)量生產(chǎn)周期，測(cè)量報(bào)告的及時(shí)性有了較大提高。

④減小了作業(yè)人員的數(shù)據(jù)檢查壓力，使其有更多的精力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化管理。

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