外形不規則大型復雜構筑物工程測量工法

杜建華　 魏　巍　 沈紅云

（石家莊鐵路職業技術學院1）　 河北石家莊　050041　 中鐵十八局第三工程有限公司2）　河北涿州　 050011河北交通職業技術學院3）　 河北石家莊　 050035）

外形不規則大型復雜構筑物工程測量工法

杜建華1)魏巍2)沈紅云3)

（石家莊鐵路職業技術學院1）河北石家莊050041 中鐵十八局第三工程有限公司2）河北涿州 050011河北交通職業技術學院3）河北石家莊 050035）

結合空間異形斜墩橋梁測量技術，對外形不規則大型復雜構筑物工程測量工法的特點、適用范圍、測量流程和操作要點進行介紹。實踐證明，本測量工法適用于所有建筑工程，尤其在結構復雜建筑工程中更具優勢，能取得良好的經濟效益和社會效益。

異形斜墩 復雜構筑物 空間測量

1　前言

冬旭路跨京津唐高速公路景觀橋梁工程，橋梁總長669.94 m，分7個橋段，橋軸線和分孔線與道路設計線斜交，斜交角度-16°。并兩幅間下有長194 m長人行吊橋。各橋段承臺、墩柱、底梁、橫梁各不相同，且外形傾斜旋轉，同橋段各部位結構形體近似但也不同。其中1、7橋段橋墩截面為平行四邊形，墩身在橫橋向傾斜，墩身下部設置底梁連接墩身；3、5橋段柱頂以橫梁連接，橋墩頂截面為平行四邊形，底截面為不規則四邊形，墩身在橫橋向縱橋向皆傾斜，墩身下部設置橫橋向底梁連接墩身。全橋分a、b、c、d、e五大承臺類型。結構形體控制給工程施工帶來一定困難。對此復雜結構橋梁測量監控作為橋梁施工中的重中之重，監理單位和業主對測量監控尤其重視，業主也為此專門聘請了長安大學進行施工監控。見圖1為橋段3左幅下部結構示意圖。

2　工法特點及適用范圍

2.1 工法特點

使用科學的測量方法，合理布點，選用適用的測量儀器設備，充分利用了AutoCAD的優勢，虛擬建筑實體，測量放樣數據都從虛擬實體而出，免去了復雜眾多的數據計算，從而也避免了大量阿拉伯數字的輸入和記錄失誤而導致的錯誤。

2.2 工法適用范圍

所有建筑工程，尤其在結構復雜建筑工程中能體現出其優勢來。

3　測量工法流程及操作要點

控制點的測設各工程項目大致類同，只是該工程墩柱傾斜且方向不一致，致使通視情況不理想，對此需要加密控制點；對于大工程全站儀結合GPS做控制測量等，此處就不再累述。

圖1　橋段3左幅下部結構示意圖

3.1 坐標高程計算

對于本工程放樣點坐標的推算過程繁雜，結構形狀各不相同不宜編程批量計算，空間位置復雜手算計算量大且容易出錯。運用三維立體圖則比較直觀地掌握施工圖紙。因此，在工程施工中，測量外業遇到的諸如坐標換算、放樣點坐標空間位置的推算等繁雜過程，特別是對不規則、曲線形狀、工作量大而二維圖形難以準確表達的工作而可以通過三維立體快速解決問題。

3.1.1 坐標系的建立

項目施工電子版平面圖一般都可從設計單位獲取，如不能獲取可自行畫圖，只是該平面圖一般不在交樁坐標的坐標系里，可利用USC命令，通過命名（ucsman）把WCS坐標系改為獨立的施工坐標系，然后再次USC指定新原點，繞著Z軸旋轉a（a為世界系統與施工系統間的角度換算常數）。將其命名為另一坐標系即得不同坐標系間的轉換，運用時只需把該坐標系置位當前。改變坐標系的位置和方向從而改變圖形基點的布局，實現了與生產相一致，至此一般規則結構物空間坐標都可從AOTUCAD圖上讀取；此方法可應急于缺少專業測量人員的項目。異性斜墩墩底橫梁和墩頂橫梁控制點如圖2和圖3所示。

圖2　墩底橫梁控制角點示意圖

3.1.2 三維數據庫的建立

一般立體模型可看成由若干個幾何形體經過堆積和挖剪組合而成的形體。封閉的二維圖形，沿著某一路徑拉伸（extrude）或旋轉（revolve）得到基本的三維形體，三維形體經過并（Union）、差（Subtract）、交（Tntersect）的布爾運算形式得到所求的三維形體。

圖3　墩頂橫梁控制角點示意圖

3.1.3 施工測量放樣

對規則有序的放樣，如樁基、承臺可通過一般測量計算方法計算獲得，對于傾斜扭曲的墩柱、底梁、橫梁等，只要有一定的變化規律，假定X樁號一定，需要用測量的Y樁號推求對應的高程H，則可以利用現有的三維立體圖，運用（Slice）命令，沿著垂直于X軸與Y軸構成的平面，并且包含有測量點Y樁號的任意不在同一直線上的三點進行剪切，利用（Id）則可查詢其對應的H高程解決施工放樣中難計算的構筑物的坐標及高程提高了施工放樣速度。

3.2 測站設置

現場操于此工程墩柱等傾斜且方向不盡相同，通視情況不理想，所以在放樣方法上宜選擇后方交匯方法自由設站，這就需要多設置控制點，加密控制點，支模前放樣，支模后復測。

3.3 輔助工程量計算

在施工管理中必定涉及到工程量的計算，對于不規則形體要精確計算工程量相當繁瑣，且不易做到；我們可以通過建立AutoCAD三維立體圖，利用在三維立體圖中使用命令（Maseprop），得到物體的體積；使用命令（Area），然后選擇對象（O），得到物體的表面積，精確的工程量運算僅需幾秒鐘。對于及不規則大面積土石方工程量的精確計算，可外業通過全站儀采集三維坐標后，利用CASS等成圖軟件繪制斷面圖，再使用AOTUCAD中“面域”命令精確求得工程量。

4　測量設備配置

在本工程測量中，使用的儀器設備如表1所示。

表1　測量儀器配置表

5　效益分析

冬旭路跨京津唐高速公路景觀橋梁工程測量中AOTUCAD的應用，降低了計算難度，提高了精度，提高了工作效率，全長669.91 m，施工線路不長配備兩名專職測量人員就能滿足施工要求，甚至利用此工法在一般項目配備一名會使用全站儀的測量工就能施工。

5.1 經濟效益

冬旭路工程配備兩名專職測量人員，比一般工程測量班減少兩名，工期一年半減少工資開資約9萬元；配備精度2″的價值5萬元的國產全站儀，減少投入約10萬元；配備國產水準儀減少投資5千元。共計節約約19.5萬元。

5.2 社會效益

此工法對測量計算能力降低了要求，能應急于暫時缺少專業測量人員的施工項目，減少了窩工及有測量錯誤造成的損失。

6　結語

此類工程下部結構各異不宜使用編程方法批量生成坐標，利用AOTUCAD讀取不失為一種捷徑；由于形體不規則傾斜扭曲，所以對位置、變形要求較高，業主也為此專門聘請了專業的監控單位進行過程監控；該工程的測量工作也成為項目部工作的重中之重。要成功完成外形不規則建筑物的測量放線工作，必需使用科學的測量方法，精良的測量設備，充分利用計算機輔助技術，方能達到事半功倍的效果。

[1]中華人民共和國國家標準.工程測量標準(GB 50026-2007).北京:中國計劃出版社,2008

[2]王雷,竇鈉等.AutoCAD2004建筑與工業制圖實例培訓教程.北京:中國水利水電出版社,2003

[3]潘威,華學禮.實用公路施工放樣疑難解析.北京:人民交通出版社,2006

[4]龔樂群,張文山,劉丹.CASS軟件在工程測量中的應用.測繪與空間地理信息.2006年第4期

The Surveying Method of Irregular Shape of Large Complex Structures

DU Jian-hua1)WEI Wei2)SHEN Hong-yun3)
(Shijiazhuang Institute of Railway Technology1)Shijiazhuang Hebei050041 No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd2)ZhuozhouHebei050011 Hebei Vocational and Technical College3）ShijiazhuangHebei050035China)

In this paper, combined with surveying techniques of the special-shaped bridge with inclined piers, the characteristics, measuring process and the notes on operation of the surveying method of irregular shape of large complex structures are introduced. Practice proves that this surveying method is applicable to all construction projects, especially to the complex structures, which can achieve good economic benefit and social benefit.

special-shaped piers complex structures spatial measurement

A

1673-1816(2014)04-0047-04

2014-10-16

杜建華（1979-），男，河北石家莊人，副教授，研究生，研究方向橋梁施工與控制。

2013年河北省高等學校科學技術研究項目，項目編號：Z2013092。