建筑施工首級(jí)平面控制點(diǎn)校測與使用性質(zhì)設(shè)定

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現(xiàn)代建筑工程施工測量的核心任務(wù)為定位放線，定位依據(jù)點(diǎn)是原始的參考基準(zhǔn)，其平面點(diǎn)部分包括平面控制點(diǎn)、建筑紅線樁點(diǎn)。其中，以前者最為常見，其通常被稱為首級(jí)平面控制點(diǎn)，所產(chǎn)生的約束作用明顯，能夠直接對(duì)大中型項(xiàng)目布設(shè)的場區(qū)控制網(wǎng)、小規(guī)?；蚓雀唔?xiàng)目布設(shè)的建筑物施工控制網(wǎng)進(jìn)行定位。不難看出，校測首級(jí)平面控制點(diǎn)具有必要性和準(zhǔn)備性，在實(shí)踐中同樣面臨方法與精度兼顧的傳統(tǒng)課題。由于校測精度一般都符合規(guī)范規(guī)定的要求，故在實(shí)際生產(chǎn)中工作人員習(xí)慣直接采取“方便易用、長邊定向”原則設(shè)定點(diǎn)的使用性質(zhì)，并進(jìn)行測站點(diǎn)、定向點(diǎn)、校核點(diǎn)的定性分布。筆者認(rèn)為該做法的理論依據(jù)略不足，造成校測的意義停留在可靠性驗(yàn)證層面。文章從首級(jí)平面控制點(diǎn)的校測與使用性質(zhì)設(shè)定兩個(gè)方面出發(fā)，基于點(diǎn)組形式及本質(zhì)的詳細(xì)分析，對(duì)校測的內(nèi)容、方法、精度進(jìn)行綜合分析與論述，最終圍繞邊長相對(duì)誤差總結(jié)出了使用性質(zhì)設(shè)定的關(guān)鍵方法。

1 點(diǎn)組形式及本質(zhì)

就建筑施工的具體項(xiàng)目而言，在與業(yè)主單位完成首級(jí)平面控制點(diǎn)的成果資料、現(xiàn)場點(diǎn)位兩方面交接之后，應(yīng)及時(shí)開展校測工作，論證點(diǎn)的可靠性、精確性及使用方案等。首級(jí)平面控制點(diǎn)實(shí)際上是由當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門提供，一般數(shù)量為3個(gè)或3個(gè)以上，以3個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的點(diǎn)組最具代表性。以下針對(duì)具體實(shí)例展開細(xì)節(jié)分析，由于受到多方面因素的影響，施工單位實(shí)際接收的點(diǎn)組可以劃分為三類不同的具體形式，如圖1所示。

圖1 點(diǎn)組形式劃分圖

三類點(diǎn)組各有特點(diǎn)，易辨別。三角式點(diǎn)組的特點(diǎn)為三點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形，三點(diǎn)能相互通視，可以獲取3個(gè)水平夾角和3個(gè)邊長；導(dǎo)線式點(diǎn)組非常常見，特點(diǎn)為三點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)多線段，首尾兩點(diǎn)不能相互通視，可以獲取1個(gè)水平夾角和2個(gè)邊長；直線式點(diǎn)組的圖形結(jié)構(gòu)最簡單，特點(diǎn)為僅兩點(diǎn)具備相互通視條件，可以獲取1個(gè)邊長。

通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，三類點(diǎn)組的最大區(qū)別在于觀測邊不斷遞減，同時(shí)觀測邊與觀測角數(shù)量相關(guān)，本質(zhì)上反映了相互包含的拓?fù)潢P(guān)系。導(dǎo)線式、直線式點(diǎn)組理論構(gòu)成如圖2所示，導(dǎo)線式點(diǎn)組能構(gòu)成3個(gè)多線段，直線式點(diǎn)組能構(gòu)成3個(gè)直線段，具體的連接組合具有唯一性，由現(xiàn)場點(diǎn)位通視條件決定。

圖2 導(dǎo)線式、直線式點(diǎn)組理論構(gòu)成圖

2 校測方法

2.1 關(guān)鍵內(nèi)容及方法

對(duì)于建筑施工首級(jí)平面控制點(diǎn)的校測內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑施工測量標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 408—2017）的要求，外業(yè)是指角度、邊長兩個(gè)項(xiàng)目的實(shí)測收集，內(nèi)業(yè)是指角度、邊長、點(diǎn)位三個(gè)條件的誤差驗(yàn)算。它們實(shí)際上描述了外業(yè)、內(nèi)業(yè)兩個(gè)視角下校測任務(wù)的不同，外業(yè)是為獲取點(diǎn)組中的角度值、邊長值，內(nèi)業(yè)則為評(píng)價(jià)點(diǎn)組精度，即角度誤差、邊長相對(duì)誤差、點(diǎn)位誤差是否滿足限差要求。三差指標(biāo)存在線性相關(guān)性，角度、邊長誤差大小決定點(diǎn)位誤差大小，綜合起來反映了點(diǎn)組本身的相對(duì)精度，但無法評(píng)價(jià)具有絕對(duì)意義的準(zhǔn)確度。

根據(jù)校測內(nèi)容分析校測方法，常規(guī)做法是先使用全站儀測定點(diǎn)組三個(gè)點(diǎn)之間的角度、邊長，再進(jìn)行各項(xiàng)誤差的計(jì)算，首級(jí)平面控制點(diǎn)的校測限差如表1所示。該方法過程并不復(fù)雜，實(shí)質(zhì)是經(jīng)典的實(shí)測校驗(yàn)法，最終為衡量精度，將實(shí)測誤差與理論允許誤差（即限差）比較大小。校測方法涉及全站儀選型、觀測方式及測回?cái)?shù)等，沒有明確的規(guī)定與要求。通過誤差計(jì)算論證，確定使用普通型全站儀測定點(diǎn)組的邊角，其角度采用半測回法，邊長采用單向一測回法，成果精度滿足比對(duì)、校驗(yàn)的需求，所產(chǎn)生的影響可忽略不計(jì)。

表1 首級(jí)平面控制點(diǎn)的校測限差

可以得出以下結(jié)論：一是獲取角度、邊長作用明顯，需要進(jìn)行精確觀測，以更加集中、真實(shí)地反映點(diǎn)組精度，絕不能因?yàn)闇y法對(duì)儀器、作業(yè)程序的要求不高而忽視各單項(xiàng)測定的精確度；二是內(nèi)業(yè)三差指標(biāo)的綜合評(píng)定需要先進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，由于邊長相對(duì)誤差、點(diǎn)位誤差略復(fù)雜，可基于角度誤差、邊長相對(duì)誤差推算得出，可見邊長相對(duì)誤差屬于關(guān)鍵性指標(biāo)，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.2 邊長相對(duì)誤差的計(jì)算

真誤差描述的是觀測值與真值或數(shù)學(xué)期望之差，不難發(fā)現(xiàn)，邊長采用的單向一測回測法使真值或數(shù)學(xué)期望不能根據(jù)觀測值計(jì)算得出，但能根據(jù)邊長兩個(gè)端點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)反算得出，所得水平距離具備條件邊長的已知性，可作為近似真值可替代。另外，根據(jù)相對(duì)誤差概念，邊長相對(duì)誤差計(jì)算還需要界定邊長的觀測值，考慮到邊長測定特殊的單程單次性，此處不宜直接使用觀測值，宜使用近似真值替代觀測值。

基于以上分析，總結(jié)邊長相對(duì)誤差的計(jì)算思路，主要有以下三個(gè)具體步驟：（1）應(yīng)用坐標(biāo)反算計(jì)算邊長的近似真值；（2）計(jì)算邊長誤差，即真誤差Δ為與L之差，L為邊長的觀測值；（3）計(jì)算邊長相對(duì)誤差，其中，最終求出觀測邊的邊長相對(duì)誤差，屬于實(shí)測性質(zhì)，與規(guī)范規(guī)定的限差值進(jìn)行比較即可判斷是否超限。

3 使用性質(zhì)設(shè)定

3.1 邊長相對(duì)誤差再利用

在建筑施工測量生產(chǎn)中，其實(shí)涉及的各個(gè)等級(jí)或用途的控制點(diǎn)都在不同程度上需要設(shè)定使用性質(zhì)，以首級(jí)平面控制點(diǎn)最具代表性。點(diǎn)組校測精度一般都符合規(guī)范規(guī)定要求，且可比較的兩個(gè)邊長大致相等，造成定向邊選取具有任意性的特點(diǎn)，但現(xiàn)場采取“方便易用、長邊定向”原則符合測量基本規(guī)則，不可否定其可行性，因此在各點(diǎn)使用性質(zhì)的設(shè)定過程中容易出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)問題，總結(jié)分析如下。

（1）針對(duì)三角式點(diǎn)組各點(diǎn)，測站點(diǎn)比較容易設(shè)定，通常選擇離建筑場區(qū)較近、方便拓展測量的點(diǎn)作為測站點(diǎn)，能進(jìn)行后視定向的兩個(gè)邊都可保證精度，將長邊方向上的點(diǎn)設(shè)為定向點(diǎn)。由于三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的設(shè)計(jì)值帶有在理論限差值范圍內(nèi)隨機(jī)分布的誤差，可供選擇的兩個(gè)邊長觀測值又帶有作業(yè)過程中產(chǎn)生的偶然性誤差，它們將共同影響真誤差計(jì)算數(shù)值大小，加上邊長距離差較小而可忽略相對(duì)值計(jì)算的影響，進(jìn)而會(huì)影響邊長相對(duì)誤差計(jì)算數(shù)值大小，因此基于精度衡量，長邊定向不一定是最優(yōu)選擇。

（2）針對(duì)導(dǎo)線式點(diǎn)組各點(diǎn)，使用性質(zhì)設(shè)定稍顯復(fù)雜，可以選用以下兩套方案：方案一將中間點(diǎn)設(shè)為測站點(diǎn)，首尾兩點(diǎn)分別設(shè)為定向點(diǎn)或校核點(diǎn)，或者將首尾兩點(diǎn)分別設(shè)為測站點(diǎn)或校核點(diǎn)，中間點(diǎn)設(shè)為定向點(diǎn)；方案二中的測站點(diǎn)、校核點(diǎn)之間不能相互通視，只有通過測定過渡點(diǎn)才可轉(zhuǎn)站校核。方案二由于耗時(shí)、耗工較少而被采用；通常采用的是方案一，但由于能進(jìn)行后視定向的邊不唯一，也需考慮是否選用精度更優(yōu)的定向邊。

上述兩個(gè)細(xì)節(jié)問題在本質(zhì)上是同一個(gè)細(xì)節(jié)問題，集中反映了定向邊的選取問題。然而直線式點(diǎn)組則不同，測站點(diǎn)、定向點(diǎn)可以直接設(shè)定，后視定向方位具有唯一性，故只重點(diǎn)考查測站點(diǎn)的設(shè)定選用，通常采取“方便易用”原則解決，不會(huì)面臨選擇難題。定向邊選取從精度視角來看，應(yīng)進(jìn)行本身精度的實(shí)測比較，這是其內(nèi)部衡量的一種方式，同樣涉及需要采用合理可行的方法。

定向邊精度的不同決定了各等級(jí)各專題平面控制網(wǎng)，以及各種定位放線的精確度存在差異，關(guān)鍵要在符合精度要求的前提下，進(jìn)行更優(yōu)精度的選擇，這樣才更有利于控制誤差傳播積累。因此，邊長相對(duì)誤差的再利用是將兩個(gè)觀測邊對(duì)應(yīng)的邊長相對(duì)誤差進(jìn)行比較、選定，選擇誤差值較小的觀測邊作為定向邊，從理論上表明該邊精確度更優(yōu)，相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)值更接近理論真值。

3.2 綜合比較法

根據(jù)校測現(xiàn)場條件對(duì)各點(diǎn)使用性質(zhì)進(jìn)行設(shè)定，具體來講是以用途為主要出發(fā)點(diǎn)，考慮可行性、精度等，在測站點(diǎn)、定向點(diǎn)、校核點(diǎn)之間進(jìn)行合理可行的選擇，其實(shí)際影響因素較多，歸納起來體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：首先，測站點(diǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)，方便引測拓展；其次，定向點(diǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)，通視條件良好，精度更有保證；最后，校核點(diǎn)穩(wěn)定性強(qiáng)，通視條件良好。根據(jù)影響因素的性質(zhì)進(jìn)行深度分析，影響因素可分為可行性衡量因素和精度衡量因素。總之，應(yīng)采用綜合比較法，即逐點(diǎn)權(quán)定、多面考查，排除可忽略不計(jì)的點(diǎn)。

綜合比較法合理、可行，其優(yōu)勢明顯，既能兼顧判斷三種性質(zhì)的點(diǎn)，又能統(tǒng)籌考慮影響因素。在具體項(xiàng)目中應(yīng)用綜合比較法，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：一是先衡量可行性，再衡量精度，在某種意義上可行即合理；二是在精度的衡量過程中采取就高不就低的原則，證明設(shè)定合理可行即可。

4 結(jié)束語

在建筑施工測量現(xiàn)場，具體定位放線的工作內(nèi)容多、精度要求高，有必要重視首級(jí)平面控制點(diǎn)的校測工作，各點(diǎn)使用性質(zhì)的設(shè)定可當(dāng)作校測的后續(xù)技術(shù)環(huán)節(jié)。技術(shù)方法、成果質(zhì)量相輔相成，有方法論證才會(huì)有質(zhì)量保證。在保證合理可行的前提下，應(yīng)考查校測方法的精確性與選定方法的精度性，特別是設(shè)定最常見的導(dǎo)線式點(diǎn)組各點(diǎn)使用性質(zhì)，再利用邊長相對(duì)誤差，從精度上把握定向邊的內(nèi)在區(qū)別。另外，綜合比較法并不復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中可全面考查對(duì)象，有所側(cè)重。