省會文化藝術中心大劇院工程曲線組合體結構測量技術

高埃虎 文永勝 高善友 王發文

[摘要] 目前全站儀三維坐標進行測量放樣已普及，坐標數據計算的方法各不相同，如何更快更直觀更準確的計算所需的坐標，結合省會文化藝術中心大劇院工程曲線組合體結構測量實施，提出了用天正建筑捕捉坐標、Excel平差、卡西歐計算器編程（CASIO fx-4800p）現場計算等方法快速提取測量數據。

[關鍵詞] 曲線組合體；天正建筑；捕捉坐標；Excel平差

[中圖分類號] TU198；P213 [文獻標志碼] A[文章編號] 1003-1324（2012）-04-0083-05

1 引言

在工程測量中，內業資料計算占有很重要的比重，內業資料計算的準確無誤與速度直接決定了測量工作是否能夠快速、順利地完成。而內業資料的計算方法及其所需達到的精度，則又直接取決于外業所用儀器及具體的放樣目標和內業計算所用到的辦公軟件和計算方法。計算機輔助設計天正建筑、Excel，如今在各個領域均得到了普遍的應用，它大大提高了工程技術人員的工作效率。天正建筑的特性提供了測量內業資料計算的另外一種全新直觀明了的圖形計算方法，Excel特性是對外業觀測數據進行平差。

結合我們現正使用的拓普康全站儀，其可以很方便地進行三維坐標的測量，通過天正建筑的內業計算，①、在放樣的過程中，可以用卡西歐計算器編程（CASIO fx-4800P）結合全站儀，非常方便地、快速地進行作業；②、隨著全站儀的推廣和普及，極坐標的放樣越來越成為眾多放樣方法中備受測量人員青睞的一種，而坐標計算又是極坐標放樣中的重點和難點，由于一般工程放樣中的元素多為點、直線（段）、圓（弧）等，故可以充分利用天正建筑的設定坐標系、繪圖和取點的功能，以及結合我們外業所用計算器的功能，從而大大減輕我們外業的工作強度及內業的工作量。以省會文化藝術中心工程的一些實例來說明在工程測量中的應用。

2 工程概況

省會文化藝術中心大劇院工程，其北臨為在建地鐵1#線配套設施預留工程，西臨臘山河東岸。由法國保羅安德路建筑事務所和北京市建筑設計研究院聯合體負責設計，整體設計理念為“黛青海藍”，建筑面積7.5萬平方米，按功能分為歌劇廳、音樂廳、多功能廳，同期配套建設有南車庫、市政配套設施（地鐵軌道預留），中心廣場、北部商業高層等建筑。其中大劇院（包括南車庫+市政配套設施）東西長267.9米，南北寬233.2米，歌劇廳最高點為+46.7米。結構形式為“鋼筋混凝土框架-剪力墻結構+鋼結構”，屋面采用單層拱殼的鋼結構形式，工程重要性等級為一級。本工程±0.000=28.600m（絕對標高）。

3 測量儀器的檢定校正

測量儀器必須送當地法定計量檢定機構檢定，每年檢定一次。其中水準儀在使用過程中要進行自檢，檢定方法如下，把水準儀架到中間位置，讀出后視讀數（1.568m），讀出前視讀數（3.749m），正確高差為=3.749-1.568=2.181m，見圖1。

把水準儀架到距后視1.5m處并讀取讀數（1.599m），這時儀器照準前視，并讀取讀數，理論值為=正確高差2.181m+后視讀數1.599m=3.780m，如過大于或等于2mm，就應該校正，見圖2。

水準儀的校正：打開水準儀目鏡蓋，用校正針左右擰校正螺栓，使前視讀數等于3.781m或3.779m為合格。用相同的方法復測一次。

對準桿校正的校正：架兩臺經緯儀或全站儀整平后，對準“對準桿”的下部，固定制動螺栓，視中軸向上對準棱鏡下方，指揮棱鏡控制到1mm內，此時圓氣泡偏離中心，把圓氣泡調到中心位置即可。復測一次。見圖3。

4 基準點復測

承包人在接到建設單位發出的樁位圖及坐標、標高等數據并現場交樁后，應在規定期限內自己進行復核檢測，檢測過程中應進行旁站監理。如果沒有錯誤且精度符合設計及施工的要求，應書面表示正式接受樁位，并負責以后的維護和使用，如承包人對任一測量標志及數據持有異議時，應向監理工程師提交一份書面報告，列出認為有錯誤的樁點位置和修正數據。承包人的復核檢測成果應上報監理工程師審核，在監理工程師確認以前，不得作為控制點使用。

5 現場布點

5.1 坐標引測

根據現場情況，進行全站儀直接測坐標閉合導線觀測，觀測完成后，用ExceI編的平差軟件進行總體平差。見表1。

5.2 數據處理

把平差后的坐標數據輸入“天正建筑”，隨著工程的進行，陸續加密了一些支導線點，同樣將坐標成果錄入，這樣從真正意義上，實現了坐標資料的數字化管理，這也方便了以后的坐標管理，具體地講就是，依據設計提供的結構關系，在圖中設立足夠的施工坐標系（以我們在外業放樣中設站所需為準）并保存之。在以后的工程應用中，我們只需打開對應坐標系，利用“坐標標注”命令點取我們需要的點，其對應坐標也就出來了。見圖4。

5.3 一級高程控制點引測

采用閉合水準路線觀測，見圖5。由于場地高差不大，采用水準儀閉合高程測量，通過平差，精度達到二等閉合水準測量，閉合差為3mm，閉合路線全長888.183m，精度合格。見表2。

6 樁位坐標捕捉

根據圖紙提供的坐標（每一個單體至少有兩個坐標點），進行方位角的計算，可以通過CASIO fx-4800P編程計算或天正建筑輸入已知坐標對圖形進行旋轉到正確的位置，這樣使用天正建筑的“坐標標注”命令進行逐點坐標捕捉，我們就可以盡量直接利用全站儀的坐標放樣功能，將所需放樣點的施工坐標輸入全站儀，正確操作就可以得到正確的所需點位了，樁位測量誤差控制在±10mm。見圖6。

7 主體階段施工測量

首先復測導線點的坐標和高程，符合要求后對導線點引入樓層內，作為內控點使用。

7.1 曲線放樣

根據內控點架設全站儀對圓弧各進行放樣，誤差控制在±3mm內，放樣點采用中心線向內偏移1m畫一條線交兩個軸線定點，以這條線的中點向兩側每隔1.0米做垂線，捕捉每一段的距離，作為現場量距的依據。

全站儀極坐標放樣完成后，必須對該放樣點進行校核，校核的方法是：用全站儀“對邊測量”功能校核，誤差控制在±3mm內。見圖7。

7.2 二級高程控制點觀測

一級控制點到二級控制點局部深度16m左右，采用全站儀觀測高程，解決了高差大對觀測帶來的諸多不便，方法是：設置儀器高和棱鏡高為零，用儀器的十字絲對準棱鏡中心線，用觀測高差功能進行觀測。計算方法：觀測高程=已知高程-后視讀數+前視讀數，通過平差，精度達到二等閉合水準測量，閉合差為2mm，閉合路線全長313.366m，精度合格。見表3。

8 鋼結構

8.1 預埋螺栓放樣

在內控點架設全站儀，用極坐標法進行放樣，現場校正各點偏差控制到±3mm內。見圖8。

8.2 平面坐標確定

定位坐標值的準確與否將直接影響安裝質量，我們通過三維模型找出各關鍵點的空間坐標。方法是：先整體，后局部的原則，根據圖紙提供的兩點坐標，用“天正建筑”輸入已知坐標對圖形進行旋轉到正確的位置，用“坐標標注”命令進行逐點坐標捕捉。見圖9。

8.3 高程確定

設1號點Y軸的距離為0，對1～12點用“天正建筑”進行逐點坐標捕捉，捕捉后的X值為標高，Y值為水平距離。見圖10。

8.4 三維坐標

通過圖9和圖10就確定了1～12號點的三維坐標。見表4。

在鋼結構吊裝前把預先準備好的能夠粘貼的小棱鏡貼到觀測位置，起吊后初步固定后，對此點用2秒級全站儀進行三維坐標觀測，方法是：用全站儀“數據采集”功能對各點三維坐標采集，采集后輸入天正建筑確定偏差后，現場校正各點，偏差控制到±5mm內。

9 結語

工程技術的發展不斷對測量工作提出新的要求，同時，現代科學技術和測繪新技術的發展，給直接為經濟建設服務的工程測量帶來了嚴峻的挑戰和極好的機遇。特別是全球定位系統（GPS）、測量機器人、天正建筑、Excel、卡西歐計算器編程在工程中應用，使工程測量的手段、方法和理論產生了深刻的變化。大力開展數字化測繪技術的應用將是施工單位提升自身競爭實力和創造經濟效益的首要任務。

參考文獻

1、中國國家標準化管理委員會. 工程測量規范（GB50026-2007）[S].北京：中國標準出版社，2008.

2、李秀江. 測量學[M]. 北京：中國林業出版社，2007.

3、周秋生，郭明建. 土木工程測量[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

4、張鳳蘭，郭豐倫，范效來. 土木工程測量[M].北京：機械工業出版社，2010.

作者簡介高埃虎，項目部測量總監，工程師。