淺談異形建筑的定位測量——以常熟市體育中心二期工程為例

■趙澄峰，高建國，陸國華，湯 津 ■江蘇金土木建設集團有限公司，江蘇 蘇州 215500

1 工程概況

常熟市體育中心體育館二期工程是一座綜合性多功能的體育設施，是常熟市2010年重點建設工程項目之一。由上海同濟大學設計院進行施工圖的設計。整個體育館的外型由圓滑流暢的圓弧曲線相切連接而成，總體來看，整個建筑物像一只蝸牛殼。體育館由鋼筋混凝土+鋼結構、地下一層、地上三層，最大跨度41m，檐高30.7m，建筑總面積32249㎡(其中地下一層面積5359㎡)，空間造型復雜，施工測量放樣精度要求高。

2 軸線特點

整個體育館因為場地的局限性的控制軸線主要分為基礎和主體，四內四外加圓心作為控制點，建筑物外場原始的控制點TY01∶x=3504123.422，y=502450.851;TY02(施工坐標 x=62.511，y=243.51):A1=3504219.678，B1=502499.820;TY03(施工坐標 A2=146.192，B2=371.451):A3=3504132.060，B3=502825.100。建筑物的平面外圈為互相相切的四個正圓弧和一個非對稱反圓弧相接而成，以TYO3為圓心，四個半徑為45.2m、54.783m、58.903m、68.982m的對稱正圓弧，半徑為45.2m～68.982m的4條圓弧形軸線相交控制的。這些圓弧軸線的圓心，1-4軸橢圓中心控制點達6個之多，并且圓心位置不重疊，半徑大小不一，多點控制?？傮w來看，整個場館結構由輻射軸線和圓弧軸線控制，軸線平面看象一只哨子型。比起傳統的四方建筑物，軸線錯綜復雜，精確要求高，復核困難，極具特色，是一座多圓心不規則蝸牛狀建筑物。

3 測量難點

根據本工程設計特點以及施工程序的安排，南北向建筑物長度達148.5米，現將本工程以12軸線為界，劃分為南、北二個施工段，在主體結構施工期間，施工段間采用平行流水作業施工，這種施工安排既能保證工期，又能合理分配資源。但同一結構層中分區段需多次測量放樣，通視條件受到很大的影響。體育館以多層的正反圓弧相切連接而成，圓滑、流暢的正反圓弧是其獨有的特點。交接的圓弧曲線特多，軸線控制要求高，軸線稍有偏移，會造成結構連接不流暢、起折，影響外部的整體效果。由于該工程空間造型復雜，軸線互相不平行，并且軸線成環狀閉合，軸線點不允許有過大的累積誤差，否則環形閉合就會超限，關系到整個場館的連接和鋼結構安裝的成敗。

4 施工測量方法

4.1 相對直角坐標系測量法

體育館的主軸線東西主要是以G軸為對稱軸，南北以12軸形成一個相對直角坐標系統。以往方形建筑物通常選擇軸線平移借線的方法，在建筑物每層四個角位上選擇通視條件好的四點作控制，建立直角坐標系統。四點連線作為建筑物外邊和內部的軸線的借線，進行軸線控制。而體育館工程施工中，由于結構圓弧造型以及模板的投入，施工的先后順序，和中間為空層的鋼—砼結構樓面后做等因素，因此控制點不能同一時間布設在同一層上，對測量的整體控制增加不少難度，另外，由于地下室軸線控制的剪力墻和外環軸線控制的弧形剪力墻阻擋視線的影響，采用外部控制點測量放樣，通視條件受到很大影響。最終地下室采用了全站儀相對坐標系測量法定位和平移測量法相結合的聯合測量方法來控制，地下室以外采用了全站儀相對坐標系測量法和極坐標法相結合的聯合測量控制方法。根據施工的進展，為使測量控制點盡可能的接近施工區，根據工程的實際施工情況，在設置相對直角坐標系中，布置了一定數量的次級控制點，使控制點能依次傳遞上各層。

4.2 控制網的布設

為了使用方便，保證施工過程中控制點不易被破壞掉，主場與館的整個控制網選擇了內控法和外控法相結合的方法建立首級控制網，主控點布置在體育館外轉換為施工相對坐標為1號點x=100.000，y=100.000;2號點 x=189.000，y=100.000;3號點 x=100.000，y=248.500軸;4號點x=189.000，y=248.500四個主控點建成的一個四方形軸線控制網，形成一個相對的直角坐標系統。這四個主控點按四等導線2”級儀器，6個測回數，半測回歸零差8”，同一方向值各測回較差9”，進行導線復測，精度符合要求后，采用全站儀坐標測量法，測放出各圓心點等多個次級控制點進行軸線控制。

4.3 坐標系統

以1軸交A軸、1軸交D軸、18軸交A軸、18軸交D軸與原始控制點TY02、TY03建立一個施工坐標系，把建筑物與原始控制點都設為第一象限，其中1軸交 A軸為中心點，設為施工坐標x=100.000，y=100.000，那么這個施工坐標系內所有點位都是正值，這樣可以避免出現測量正負值計算錯誤。

4.4 弧形軸線的弧長拱高等分法

體育館中絕大部分的圓弧軸線半徑都很大，從45.2m～68.982m不等。由于半徑大，采用畫弧法不可行，如采用弦長拱高等分法，既可復核夾角，又可復核弧形軸線的半徑，可加快弧形軸線的放樣速度。例如通過相對直角坐標系測量法，測放的相臨兩根輻射軸線和圓弧軸線相交的特征點，可通過弦長拱高等分法放出弧形軸線。假如弧形軸線的半徑為45.2m，則通過兩個軸線和弧形軸線R=45.2m相交特征點間的弦長L0=8.16mm，可復核圓弧的夾角和圓弧半徑，采用弧形軸線弦長拱高等分法，只需知道圓弧的半徑R，就可將圓弧上任意兩點連成弧線，弧線AB的弦長L0，拱高為h0，半徑為R，則弦兩點的垂距即拱高h0=R-√R2-(L0/2)2，可標定AB弧的中點C點，按圓的微積分原理，繼續將弧AC和弧CB進行逐次細分加密，最后讓拱高控制在1～2mm以內，以短直線連接各等分點，就可得到平滑曲線，定出弧形軸線。(見圖1)。

圖1

其中:

R——圓弧軸線的曲率半徑，由設計圖紙提供。

α——待測放樣點M和圓心連線與理論方位的夾角，該角可通過自定義

β——偏角

4.5 圓形傾斜柱

斜柱的測量放線主要指模板的測設，模板測設采用全站儀、水準儀和傳統的線錘相結合的控制辦法。在柱子鋼模板安裝前，用全站儀把圓形斜柱的X軸、Y軸方向軸線找出來，定出圓模下口位置，利用圖紙現有的層高及倒坡，計算出圓柱上口的投影面，以便支模完畢后復驗，再利用線錘控制垂直度。

4.6 CAD繪圖軟件

拋開手工計算，采用極坐標法，輔以計算機軟件CAD程序進行角度和尺寸標注，可以較少繁瑣的數學計算，其結果也很準確，避免了人為計算錯誤。在平面放線過程中，對計算機軟件標注的數據進行檢驗復核，確保放樣的結果與設計圖紙尺寸一致。根據提供的基點，將各個坐標點都在圖紙上標注出來。對于弧形梁，將每個弧梁的拱度都打出來，保證弧梁模板支設的正確性。

4.7 水平標高測量

本工程±0.000相當于絕對標高3.800m。現場交水準測量基準點TY03高程為+2.567m。體育館長軸方向140米，短軸方向也有近100米，超出了水準儀的準確測量距離。而鋼筋砼框架標高控制精度要求高，由于體育館面積大，不宜根據一個基準點對全個場館進行水準測量?，F場按設計后澆帶的位置在場館內適當位置定了四個高程控制點，以方便局部施測。設定的高程控制點經過閉合測回，

4.8 儀器選用

測量儀器準備:全站儀RTS630B一臺;光學電子蘇一光經緯儀(DJ2)一臺;自動安平水準儀(DS1)三臺;50 m鋼卷尺3把;線錘兩個。以上測量儀器均應在施工前檢定合格，確保測量數據的準確。

盡量減少因施工造成的誤差。

5 測量實施注意事項

由于本工程的施工測量精度要求較高，特別是屋面鋼結構的埋件軸線點位偏差在1cm內，在場地如此大、環境如此復雜的施工現場內進行測量，要把軸線控制在設計要求的范圍內，非一般的儀器能達到，因此選擇先進的測量儀器——全站儀和選用科學合理的測量方案，并嚴格按施工測量規范進行施測很關鍵。對于工程空間造型復雜，軸線互不平行，但整體呈對稱分布的建筑物，如采用相對坐標系方法進行軸線的測量和復核，可大量減少絕對坐標計算量，能更明了快捷、準確地進行軸線特征點的測量放樣。施測人員在投測時，必須對控制點和放樣點經常復核，要注意對偏差及時進行檢查糾正，以取得更好的測量效果。測量過程中要因地制宜，對于不同精度要求的部位，采用不同的施測放樣方法，以符合客觀實際要求，作到既可靠，又可行。

6 總結

近年來，測量新技術、新設備的不斷出現，給工程建設施工測量帶來了全新的工作模式，測量儀器的使用逐漸精確，合理的選取測量方案，使工程建設步伐加快，質量不斷提高，所以我們要不斷跟隨時代的腳步，了解先進科技的產物，掌握它們的使用方法和科技原理，提高自己的運用能力，為將來工程建設打下堅實的基礎。