大型壁畫放樣方法與實踐

田海勇

(洛陽規劃建筑設計有限公司，河南洛陽 471000)

大型壁畫放樣方法與實踐

田海勇?

(洛陽規劃建筑設計有限公司，河南洛陽 471000)

從項目特點、實施方法、作業步驟等多個方面，對大型壁畫測量放樣方法進行分析論述，提出了應用測量技術處理空間圖形放樣問題的簡便方法。

復雜建筑；大型壁畫；放樣；空間圖形點；數學模型；放樣參數；劃線模板

1 引 言

隨著城市的發展，復雜造型的建筑物越來越多，對建筑物的觀賞性要求也越來越高，其中，在大型復雜建筑物外表面繪制巨型壁畫是近年來非常流行的設計。傳統壁畫的制作一般由美工設計后，采用比例放大的方法，先設計好方格網，按比例將方格網繪制到墻壁上，再由專業美工分塊完成。這種方法有兩個明顯的缺陷:一是對作業人員要求高，不僅要懂美術，而且要有高空作業的技術，作業成本高，作業周期長；二是受空間局限較多，臨摹的效果不十分理想。

在生產實踐中，我們發現利用現代測量技術，由測繪人員代替美工進行現場放樣效果比較好，不僅能夠精確地進行細部放樣，完美地反映和體現設計的構思，而且可以降低高空作業的成本，大大節約工期，并且受空間約束較少。測量放樣的基本出發點是空間坐標定位技術的應用，采用全站儀可以方便快捷地放樣各種復雜的空間圖形和曲線，精度可以實時控制。

本文結合工程實例，對大型壁畫的測量放樣方法進行分析和論述，提出處理該類問題的基本思路和簡便方法。

2 工程概述

寶龍城市廣場是洛陽市新區的標志性建筑，由大型商業中心、豪華寫字樓、高層商住樓、大型公寓等幾部分組成，總建筑面積100多萬平方米。其中，大型公寓由2棟高層建筑組成，平面呈圓弧形對稱布置，是整個廣場的門臉，鳳凰圖案的大型壁畫是整個設計構思的點睛之筆，壁畫放樣測量是大型壁畫繪制的關鍵技術，如圖1所示。

設計有壁畫的公寓高20層，東西兩棟樓對稱布置，每棟樓建筑尺寸為104 m×18 m，平面呈扇形。南側、北側墻面設計為鳳凰圖案，對稱分布，共4幅圖案。鳳凰圖案采用外墻涂料繪制，底色為白色，圖案以藍色為主，中間有黃色彩帶，上部“羽毛”為卷曲圖案。圖案基本布滿整個墻面，圖案高度60 m，展開長度104 m。鳳凰圖案詳圖及其細部放樣涉及特殊工藝，要求保證放樣后圖案不變形，保持原設計的觀瞻效果。

圖1 壁畫設計效果圖

3 放樣原理及流程

3.1 圖紙分析

設計單位提供了單體平面圖、立面圖和平面布置圖，其中，立面圖上標出了“鳳凰”圖案底稿。

根據圖紙設計，公寓內墻面圓弧半徑為392.28 m，外墻面圓弧半徑為410.12 m。兩棟公寓結構對稱，細部尺寸完全一致。4面墻體上的“鳳凰”圖案大小一樣，均沿弧形墻面由大門一側向外延伸。

設計方提供的圖件中，沒有對“鳳凰”圖案提出明確具體的坐標、標高、角度和細部尺寸，所需尺寸均須從電子圖件上量取。從電子平面圖上可以查到外墻平面尺寸的數據，以及墻面的平面數學關系。立面圖為展開圖，長度尺寸為圓弧長。平面圖和立面圖沒有直接的對應關系，細部點位不能直接對應起來，如圖2所示。根據圖紙，需要進行解算，將要放樣的點位三維坐標確定下來。

圖2 設計樣圖

3.2 放樣方法及流程

根據設計尺寸建立數學模型，并根據圖案特點設計細部放樣模板。采用全站儀掃描和放樣特征點，放樣點位置偏差應≤±50 mm。特征點放樣后，利用不同的模板實地繪制輪廓線，完成圖案底稿。外墻裝飾施工時根據繪制好的圖案輪廓線進行涂色，完成圖案(具體流程如圖3～圖7所示)。

圖3 壁畫放樣基本流程

圖4 數學模型建立

圖5 測量控制基準建立

圖6 圖案特征點放樣

圖7 圖形繪制

3.3 測量要素及主要技術精度指標

(1)建立數學模型

包括圖紙分析、實地檢測、三維坐標模型建立、放樣參數計算、測量系統設計、劃線模板設計。為保證數字化測量的嚴密性，數學模型精度應該嚴格得到控制。實際建模精度按±1 mm控制，所有計算全部在計算機上完成。

(2)建立測量控制基準

包括臨時控制網設計與測量、實際建筑位置及尺寸檢測、控制點三維坐標設計與轉換、控制基準點參數計算、基準點設置、控制網檢測、放樣參數復核等。

控制點測量采用導線和三角網相結合的復合網，測量精度為:邊長測量中誤差≤±5 mm，水平角測量中誤差≤±6″，豎直角測量中誤差≤±5″。

(3)圖案特征點放樣

根據圖案特征，將圖案分A、B、C、D、Y共5層，每幅圖案特征點約400個，4幅圖案共需要放樣約1 600個空間點位。考慮到圖案在實地的不連續性，以及劃線方便，相鄰特征點間距均不超過2 m，放樣點均以點對的形式出現。

放樣時采用測設方位角和豎直角的方法控制投點位置，用實測距離和高差的方法與理論值進行比對，采集放樣點三維坐標作為檢查結果。

實際放樣精度按點位中誤差≤±20 mm進行控制，考慮到各種因素，放樣后最大點位誤差可以控制到±50 mm以內。

(4)圖形繪制

根據放樣好的特征點，采用特制的模板劃線，組成圖案輪廓。經初步檢查連線無誤后，沿藍色區域一側用藍色涂料將圖形輪廓線勾畫出來，劃線寬度為5 cm。從遠處對圖案形態進行確認，滿足要求后再進行粉刷施工。圖形繪制有誤，或者需要變更時，在最終上色前進行修改。

劃線模板為特制的大型曲線板，對應于每種曲線制作大小兩種型號的模板。采用劃線模板可以精確地畫出輪廓線，只要區分清不同的曲線段，采用相應的模板即可。

4 數學模型建立

4.1 平面坐標系選擇

根據圖形特征建立施工坐標系。如圖8所示，以圖形對應的圓心為坐標原點O1，D、E區對稱中心線為A軸，向右垂直方向為B軸。D、E區坐標數值相同，B坐標符號相反。放樣時，只要計算出一側的坐標參數，就可以直接推算出另一側的坐標參數。

坐標系設計好后，需要在現場進行檢測，保證設計與實地一致。由于存在施工偏差，實際尺寸及點位位置會有變化。理論上4個面應為一個統一坐標系，實際上并不能附合很好。為了簡化計算，使四個面參數統一，在實際操作時，以每個面實測數據為準，分別獨立建立控制模型，即建立4個坐標系:D－O1AB、DO2AB、E－O1AB、E－O2AB。其中，O1、O2理論上為同一設計點位，實際上存在施工偏差，應區別對待，例如:D－O1AB坐標系定位以D1D2面實際位置確定，D－O2AB坐標系定位以D3D4面實際位置確定。

圖8 施工坐標系

4.2 控制模型建立

以選定的平面坐標和設計的施工標高為坐標系的3個軸，建立三維坐標系。坐標分別以A、B、H表示。其中，H坐標從施工標高±0.00 m起算。

在室內進行放樣設計時，以理論值進行參數計算，坐標系實際位置經現場實測后根據建筑物實際位置確定。具體實施步驟如下:

(1)先任意假定一個坐標系O－XY，統一測定D1～D4、E1～E4點的坐標，并在實地以假定坐標系建立首級控制網。如圖9所示，L1～L6為首級控制點。

圖9 首級控制網

(2)根據實測的D1～D4、E1～E4點坐標(X，Y)以及圓弧半徑驗算圖形參數，檢查各弧線段弦長與理論值是否一致。

(3)分別以D1、D3、E1、E3點在O－AB坐標系中的理論坐標為基點，以理論圓心和理論半徑為圖形參數，根據各弧線段實際弦長解算出D2、D4、E2、E4點的施工坐標(A，B)。

(4)根據D1～D4、E1～E4點的施工坐標(A，B)，采用距離前方交會的方法，反算出對應弧線段位置的首級控制點的施工坐標(A，B)。如圖9所示，L1－E3－E4、L2－D4－D3、L5－E2－E1、L6－D1－D2分別對應于4個施工坐標系。

(5)利用首級控制點，在各個施工坐標系中分別放樣擬定位置的施工基準點。以D－O1AB坐標系為例，在L6點上設站，后視D1點，放樣出弧線段D1－D2對應的施工基準點K1、K2。

(6)各個弧線段的施工基準點放樣完成后，在實地做好標志。

(7)采用三角高程測量方法，以施工±0.00 m為基準，按四等高程測量的精度，連測施工基準點的高程。

圖10施工基準點平面布置圖

圖10 為施工基準點布置圖，表1為施工基準點在各自坐標系中的三維坐標。

施工基準點坐標成果 表1

4.3 圖形點坐標參數計算

原設計圖給定的圖形點坐標為弧長S和標高H，需要轉換為測量坐標。

如圖11所示，已知圓心O點坐標為(0，0)，基點M坐標為(A0，B0，H0)，基點M到圓心距離為R0，起算方位角為OM邊方位角E。主要參數計算公式如下:

圖11 參數解析關系

以上參數采用Excel程序表格自動計算，計算時要注意弧度轉換和方位角正負值。對于不同的弧段，計算方法相同，只需輸入不同的基點坐標、圓弧半徑和起算方位角即可。

4.4 放樣參數計算

放樣參數以測站點為起算依據，主要有放樣點方位角、水平距離、豎直角(天頂距)、垂距。儀器高度預先設計好，儀器中心坐標為已知參數。根據圖形點的坐標(AP，BP，HP)和儀器中心點的坐標(AK，BK，HV)，可計算出各種放樣參數。計算公式如下:

其中，儀器標高HV＝HK＋i(i為儀器高，HK為測站點標高)。

采用Excel程序表格將各測站對應的所有圖形點放樣參數全部計算出來，現場只需按設計高度架設好全站儀，即可按數據表逐一放樣點位。

放樣點間距以能夠實地畫線為準，以不超過2 m為宜。設計點位時，不僅要考慮間距，還要考慮窗口、陽臺、飄窗、檐板等影響畫線的因素。

根據圖形設計，每幅圖案放樣點分5個層次布設，分別為A、B、C、D、Y。表2為部分點位的放樣數據。

圖形點放樣參數 表2

4.5 劃線模板設計

圖案由各種大小的圓弧組成，為了減少放樣工作量，準確方便地劃線，采用五合板制作成各種大小的弓形模板，對應于弧線編號，對模板也進行編號，以方便實地辨別和使用。

使用劃線模板時，只需將弧線上2點對齊模板曲線一側，沿著模板畫出曲線即可，如圖12所示。

圖12 劃線模板使用

5 圖形特征點實地放樣

放樣時，按層次分別進行，一層一層逐點放樣。主要作業步驟如下:

(1)按設計位置設置儀器，并保證儀器設在固定高度。

(2)設置測站參數，進行已知特征點符合(坐標、標高、邊長、方位、豎直角)，檢查參數符合要求再開始放樣其他點。

(3)報點號，設置方位、天頂距，固定儀器。

(4)指揮投點、作標記、寫編號。

(5)每隔一定間隔(5點～10點)采用棱鏡測距檢查，記錄平距、垂距，并與設計值比較。

(6)每隔一定間隔(10點～20點)回起始方位檢查，記錄符合方向，超過60″該回合返工重測。符合差小于30″，可以不調儀器繼續放樣；符合差大于30″，調整儀器后再測。

(7)用彩色油性筆投點標記，先作點狀標記，然后畫“＋”字及圈“○”標記，并將測站所報編號寫在旁邊，如“A30”等。

(8)移動到下一個點位。

(9)隨時觀察，核對圖形和位置，及時糾正錯誤。

6 放樣檢查

放樣精度主要受角度影響，距離影響不明顯。因此檢查應以角度符合為主，距離符合為輔。

北面放樣距離約100 m，南面放樣距離約150 m，點位按±50 mm精度，相應的角度允許偏差分別為: m1＝0°01′43″，m2＝0°01′09″。放樣時角度控制精度為30″，角度最大允許偏差為60″。

放樣檢查工作包括以下4部分:

(1)檢測:放樣前檢測已知點，記錄、比較，確認儀器設置正確。

(2)回報:放樣后瞄準點位，讀取實際方位角、天頂距，記在數據表右側空位置。

(3)抽查:間隔抽查部分點位垂距、平距，記錄并與原值比較。

(4)歸零:間隔方向歸零，記錄、比較歸零差。

7 圖形畫線

(1)畫線模板制作

根據設計圖形制作畫線模板，用于現場快速畫線。劃線模板包括直線板共10塊，其中:直線板1塊；B模板2塊；羽外模板2塊；羽內模板2塊；羽尾模板2塊；羽內第一個內圓模板1塊。

畫線模板采用5合板制作，模板上書寫類型和編號。

(2)模板畫線

實地畫線時，按線型一條一條畫。對應于A、C、D層，曲率較小，采用直線板直接畫線；B層采用B模板畫線；Y(羽毛)層分羽外、羽內、羽尾、羽內第一個內圓4種型號7塊模板。

曲線畫線時，選用對應型號的模板，將邊沿對上2個圖形點，固定后沿曲線邊沿畫線即可。

畫線后，核對圖形，保證曲線流暢，符合要求。如有連接錯誤，查找是模板、連線、投點哪一種原因造成的，并予以更正。

圖形全部劃線完成后，在上涂料前，先用50 mm寬藍線沿設計的藍線涂層一側勾畫出圖形輪廓，進行外觀檢查。符合要求后再進行外墻涂刷。

8 結 語

采用全站儀放樣空間復雜圖形是一種簡便的方法，適用于各種大型壁畫的繪制。采用特制的劃線模板可以精確繪制各種復雜的曲線，減少全站儀放樣投點的工作量，從而有效提高作業效率。

全站儀放樣空間點需要預先建立數學模型，進行放樣設計時應考慮實測方便，精度可靠，整個程序要能夠控制，檢核條件應充分。

根據實際需要，全站儀可以和筆記本電腦組成實時測量系統，方便現場采集數據并及時進行修正。本項目施工中建立了實時測量系統，但在實際工作中由于數據完整，不需要進行現場實時計算，采用數據表的形式更加便捷。

全站儀空間放樣的精度主要由測站控制，對投點、劃線的操作要求不高，技術人員可以在地面指揮，減輕了高空作業的難度。

[1] GB50026－2007.工程測量規范[S].

[2] 鄧學才.復雜建筑施工放線[M].北京:中國建筑工業出版社，2007，1～10

The Layout Method and Practice of Large－scale Mural

Tian HaiYong
(Luo Yang Planning＆Architectural Design Co.，Ltd.Luoyang 471000，China)

First this paper analyzed the method and practice of large－scale mural，and elaborated the project feature，the method of enforcement and the course of works，then a simple and convenient method of space figure layout according to surveying technology is raised.

Complex Building；Large－scale mural；Surveying；Point of Space figure；Mathematical model；Surveying parameter；Drawing board

1672－8262(2010)06－129－05

P258

B

2010—01—19

田海勇(1966—)，男，高級工程師，主要從事城市測量、工程測量、變形測量等技術應用與研究工作。