科學(xué)采用施工坐標(biāo) 提高施工測(cè)量效率

高 潔 劉棟君

(1．上海市市政工程管理咨詢有限公司，上海 200120; 2．清遠(yuǎn)市正陽(yáng)公路工程監(jiān)理有限公司，廣東清遠(yuǎn) 511518)

0 引言

施工坐標(biāo)系亦稱建筑坐標(biāo)系，其坐標(biāo)軸與主要建筑物主軸線平行或垂直，以便用直角坐標(biāo)法進(jìn)行建筑物的放樣。土木工程建設(shè)設(shè)計(jì)文件中的坐標(biāo)一般情況下均采用54北京坐標(biāo)系、80西安坐標(biāo)系或者一些地方坐標(biāo)系。這種坐標(biāo)的特點(diǎn)是數(shù)字大，使用過程中計(jì)算繁瑣，往往容易出錯(cuò)。所以在實(shí)際施工測(cè)量中，經(jīng)常采用施工坐標(biāo)系，這樣可以方便施工放樣。本文論點(diǎn)總結(jié)了筆者在施工測(cè)量工作7年以來的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，希望能和大家分享交流。

1 親歷實(shí)例

1)筆者工作以后最初接觸施工坐標(biāo)是連南新村大橋改擴(kuò)建工程。該工程為舊橋擴(kuò)建且該橋?yàn)橹本€段上，以舊橋中心線為中心兩邊加寬5 m。設(shè)計(jì)單位為了設(shè)計(jì)的嚴(yán)密，放棄了北京54坐標(biāo)系統(tǒng)，而以舊橋起點(diǎn)為(100，0)，舊橋終點(diǎn)為(300，0)的施工坐標(biāo)系統(tǒng)來做整個(gè)平面設(shè)計(jì)。通過該項(xiàng)目的施工測(cè)量，筆者發(fā)現(xiàn)采用施工坐標(biāo)系針對(duì)舊橋擴(kuò)建項(xiàng)目來說不僅嚴(yán)密了設(shè)計(jì)，而且方便了施工。在橋梁施工中，可以使橋梁各墩臺(tái)的坐標(biāo)簡(jiǎn)單化、測(cè)設(shè)點(diǎn)位直觀化，對(duì)測(cè)量和施工帶來很大方便和幫助。

2)G323線連山吉田至鷹揚(yáng)關(guān)國(guó)道改造工程4標(biāo)段，“施工坐標(biāo)系”又在高邊坡挖方得到了應(yīng)用。4標(biāo)段有兩段四級(jí)高挖方邊坡，由于地形及施工的需要，不能簡(jiǎn)單的按20 m的斷面進(jìn)行放樣，并且實(shí)際的放樣點(diǎn)需與實(shí)際高程相符合。未使用施工坐標(biāo)系，放樣程序復(fù)雜繁瑣，按設(shè)計(jì)放樣要求，復(fù)測(cè)放樣點(diǎn)高程不符合，調(diào)整位置直到平面位置與坡比計(jì)算高程符合。其中涉及計(jì)算復(fù)雜，需要根據(jù)實(shí)測(cè)坐標(biāo)反算樁號(hào)里程及邊距，然后計(jì)算目前位置高程，核對(duì)是否吻合。由于挖方段處于直線上，筆者認(rèn)為，以道路中線前進(jìn)方向?yàn)閄’軸，以垂直于道路中線方向右側(cè)為Y’軸正向，如果一點(diǎn)坐標(biāo)為 X’=1 245，Y’=23．4，表示樁號(hào) K1+245右側(cè)23．4 m處的點(diǎn)，同樣，要是放樣K2+233左側(cè)13．7 m的點(diǎn)，也不需要翻看設(shè)計(jì)文件或者現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算邊樁坐標(biāo)，直接放樣X’=2 233，Y’=－13．7。建立了這樣的坐標(biāo)系之后，再將附近的導(dǎo)線點(diǎn)換算成該坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值就可以進(jìn)行“施工坐標(biāo)系”放樣了。這樣，不僅數(shù)值小顯而易見，而且全站儀測(cè)出的坐標(biāo)即為測(cè)點(diǎn)里程樁號(hào)和邊樁距離，省去了坐標(biāo)反算里程樁號(hào)和邊樁距離的過程，從而為現(xiàn)場(chǎng)的放樣工作節(jié)省了大量的時(shí)間，提高了工作效率。

2 施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

已知 P1，P2點(diǎn)的大地坐標(biāo)系(X1，Y1)，(X2，Y2)及施工坐標(biāo)系(A1，B1)，(A2，B2)，求 P3(X3，Y3)的施工坐標(biāo)系坐標(biāo)。

計(jì)算P1P2的大地坐標(biāo)系、施工坐標(biāo)系方位角分別為a12，a12'。

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換角度旋轉(zhuǎn)參數(shù):a=a12－a12'。

利用P1計(jì)算相關(guān)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù):

參數(shù)a，b還可利用P2計(jì)算核對(duì)。

計(jì)算P3(X3，Y3)的施工坐標(biāo)系坐標(biāo):

根據(jù)如上的公式我們可以進(jìn)行CASIO5800計(jì)算機(jī)的編程，方便外業(yè)測(cè)量過程中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，具體編程如下:

程序 L1:″X1″?X:″Y1″?Y:″X2″?U:″Y2″?V

說明:輸入已知1，2號(hào)點(diǎn)的大地坐標(biāo);計(jì)算1點(diǎn)到2點(diǎn)大地坐標(biāo)的方位角。

程序 L2:″A1″?A:″B1″?B:″A2″?C:″B2″?D

說明:輸入已知1，2號(hào)點(diǎn)的施工坐標(biāo);計(jì)算1點(diǎn)到2點(diǎn)施工坐標(biāo)的方位角。

程序L3:E=P－H:F=X－A×cosE+B×sinE:G=Y－A×sinE－B×cosE

說明:計(jì)算相關(guān)的參數(shù)。

程序 L4:Lb1 2:″X3″?K:″Y3″?I

″A3″:(K －F) ×cosE+(I－G) ×sinE▲

″B3″:(K －F) ×sinE+(I－G) ×cosE▲

IfEnd

GOTO 2

說明:輸入 3 號(hào)點(diǎn)大地坐標(biāo)，得到″A3″，″B3″。

在內(nèi)業(yè)過程中，可以通過AutoCAD制圖來獲得。

1)道路中線及導(dǎo)線點(diǎn)大地坐標(biāo) K8+090(9 987．403，10 059．378)，K8+513．64(9 970．471，10 482．679)，D12－1(9 896．322，10 250．846)，D12(9 769．421，10 644．878)繪制如圖 1所示。

2)道路中線施工坐標(biāo) A(8 090，0)，B(8 513．64，0)，點(diǎn)選上圖中所有目標(biāo)復(fù)制，以K8+090為基點(diǎn)移動(dòng)至A(8 090，0)，如圖2所示。

3)以 A(8 090，0)為基點(diǎn)旋轉(zhuǎn) K8+513．64 至 B(K8+513．64)，現(xiàn)在查詢導(dǎo)線點(diǎn)D12－1，D12坐標(biāo)即為施工坐標(biāo)系坐標(biāo)(8 284．955，83．356)，(8 683．744，194．407)，如圖 3 所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過7年來測(cè)量工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為如工程有以下特點(diǎn)可以通過建立施工坐標(biāo)系來提高工程測(cè)量效率:1)需要的測(cè)量結(jié)果不是簡(jiǎn)單的大地坐標(biāo)，而是相對(duì)應(yīng)的里程和邊距;2)適用于公路橋梁直線段、房建項(xiàng)目、水利水電大壩項(xiàng)目、船閘等;3)路橋、廠房等改擴(kuò)建項(xiàng)目。

不需要監(jiān)理兩套控制體系，各項(xiàng)數(shù)據(jù)是在同一精度下觀測(cè)，測(cè)量數(shù)據(jù)直觀、明了。如在一些直線道路工程中，根據(jù)坡比、高程可以放開挖或者回填邊線，根據(jù)坡度可以觀測(cè)任何一點(diǎn)的高差，而不局限于某個(gè)樁號(hào)。該方法經(jīng)過大壩、隧道施工等多次實(shí)際使用，取得了明顯的成效，提高了放樣的精度和速度，為工程施工贏得時(shí)間，得到使用者的一致好評(píng)。

[1] 孫志營(yíng)．施工測(cè)量中的坐標(biāo)換算[J］．山西建筑，2010，36(16):357-358．