華巖隧道項目竣工測繪關鍵技術運用分析

周召兵 譚孝程

摘要：隨著城市化集群和城市規模化發展，交通基礎設施建設項目逐年增加，眾多山地城市隧道越來越多。測繪技術保障工作貫穿于規劃設計、施工和后期管理全過程，對項目建設質量、工期、成本具有非常重要的指導作用。本文以華巖隧道竣工測繪為實例，通過對實施過程中運用的關鍵技術和技術運用成果進行分析介紹，以促進隧道建設項目工程測繪技術水平的提升和測繪科學新技術在工程建設中的運用推廣。

關鍵詞：隧道項目；測繪技術；激光；BIM技術；多技術融合

Analysis on the application of key technologies in the completion surveying and mapping of Huayan tunnel project

Zhou Zhao-bingTan Xiao-cheng

Chongqing Survey Institute， Liangjiang New District， Chongqing 401121

Abstract： with the development of urbanization cluster and urban scale， transportation infrastructure construction projects are increasing year by year， and many mountain urban tunnels are more and more. The technical guarantee work of surveying and mapping runs through the whole process of planning and design， construction and later management， and plays a very important guiding role in the quality， duration and cost of project construction. Taking the completed surveying and mapping of Huayan tunnel as an example， this paper analyzes and introduces the key technology and technology application results used in the process of implementation， in order to promote the improvement of engineering surveying and mapping technology level of tunnel construction project and the application and popularization of new surveying and mapping science technology in engineering construction.

Key words： Tunnel project； Mapping technology； Laser； BIM technology； Multi-technology integration

隧道工程是道路建設中的重要節點工程，對于項目投入使用能否達到投資預期起關鍵作用。選擇綜合性的測繪技術手段，快速、高效提供準確的測繪成果，保障項目竣工驗收、運營管理等對于基礎數據的信息需求，是項目實施的首要目標。隨著現代測繪技術、計算機技術和測繪裝備的發展，多技術的融合運用使測繪工作的數據采集方式往高精度、快速、無接觸方向在發展，數據處理過程更加自動化、智能化，成果形式更加豐富、直觀，用戶體驗感更強。

1.項目概況

華巖隧道東距成渝高速公路中梁山隧道8.1km，南距華福隧道5.1km。作為城區開工建設的第15座特大型穿山隧道，華巖隧道的建成將緩解成渝高速中梁山隧道交通壓力，進一步完善主城區路網結構，改善道路交通運行狀況，對城市交通網絡的建設具有十分重要的意義。同時將有效加快西部新城的開發進程，進一步推動渝西地區與主城核心區的融合發展。

華巖隧道線路全長7.1km，包括超長隧道1座（長度約4.9km）、大型橋梁1座，中型橋梁1座，下穿鐵路橋1座，下穿鐵路隧道1座。為滿足竣工驗收和運營管理的需要，完成主要工作內容包括：竣工地形圖測繪、地下管網測量、隧道斷面測量、BIM模型制作等。

2.主要技術特色

在華巖隧道竣工測繪實施過程中，主要采用了“重慶北斗地基增強系統”“車載移動測量系統”“內外業一體化數字測繪系統”等技術。多種技術措施的綜合運用，實現了數據獲取方式由點到面的轉變，從傳統的點點到位到快速、非接觸方式的轉變，數據采集效率提升極大。獲取的數據也不再是單一的點位xyz，而是高密度的三維激光點云和高分辨率彩色影像融合而成的數據集，為數據成果的多元化和立體可視化奠定了堅實的數據基礎。

車載移動測量數據處理系統在三維激光點云數據處理上逐步走向智能化，基于精密耦合數據，建立點云柵格化轉換模型；實現點云自動提取；使用內外業一體化技術快速進行數據生產。豐富的數據資源形成不同需求的測繪產品，數字地形管線圖、縱橫斷面圖、BIM模型等，為項目竣工驗收、后期維護和運營管理提供了豐富的數據資源。

3.關鍵技術

在本實例中，根據項目需求和現場作業條件結合作業單位的技術實力，選用的關鍵技術包括：車載移動測量、BIM技術、點云數據處理和網絡RTK測圖技術。

3.1車載移動測量

車載移動測量是現階段測繪科技的前沿技術之一，在交通便利、GNSS信號穩定、視野開闊的作業條件下使用車載移動測量技術對測繪工作的數據采集工作，其生產效率具有非常明顯的絕對優勢。使用于本項目的車載移動測量系統是由重慶市勘測院和重慶數字城市科技公司共同研發的擁有自主知識產權的新型測繪裝備，系統集成了全球導航衛星系統（GNSS）、慣性導航系統（INS）、激光雷達（LiDAR）、全景相機、里程計（DMI）等多種高精度傳感器。該技術將硬件平臺安裝在移動車輛上，車輛高速行駛過程中，采集沿線的海量點云、實景影像以及各種傳感器數據，使用GNSS測量數據后處理方式，獲取激光點云和實景影像的空間位置和屬性數據。經多次試驗和相關權威機構認證，點云精度達厘米級，能夠滿足大比例尺測圖的要求。

3.2 BIM技術應用

BIM技術是一種多維模型信息集成技術，現目前建筑行業主要使用者為一些大型勘察設計單位和工程咨詢單位，因其具有信息關聯性、可視化、模擬性、精細化等技術特點，突現了巨大的發展空間。對于項目從概念至實現整個生命周期都能夠在模型中進行展現，改變了需要強大專業知識功底才能讀懂的藍圖，非常逼真的仿真模型給予了管理者和決策者直接感受，對于減少錯誤和決策失誤降低了極大的風險。車載移動測量隧道內點云間距約2cm～3cm，使用三維激光點云數據采用BIM系統建立隧道數字信息模型，其精度和仿真度極高，完全能反映隧道的實際建成情況，并與設計數據建立的BIM模型進行比對，能真實反映隧道施工水平，并為隧道投入使用后的后期管理和維護提供詳盡的基礎數據。

3.3基于點云數據的隧道斷面獲取

移動測量獲取的海量點云信息豐富，但數據量大，其處理過程對設備和軟件要求比較高。為進一步提高點云數據的使用效率，降低測繪成本，優化傳統斷面測量的方法。本項目以Eps地理信息工作站為基礎，從地理信息系統應用的角度構建數據模型，綜合CAD與GIS技術，以數據庫為核心，將圖形和屬性關聯為一體，采用Microsoft Visual C++ 6.0進行二次開發，二次開發的點云數據提取模塊實現了根據給定斷面里程自動提取斷面圖形，其主要包括中軸線擬合、點云分割、斷面提取等三個步驟，也可以手繪剖面線自動獲取對應位置的斷面圖形。

3.4基于“重慶北斗地基增強系統”的EpsCE網絡RTK測圖技術

“重慶北斗地基增強系統”是基于重慶山地特征建立的城市CORS系統，擁有完善的數據監控系統和可靠的數據鏈通訊方式，可以有效地消除GNSS測量的系統誤差和周跳，增強GNSS測量數據可靠性和準確性，并且用戶不需架設參考站，真正實現單機作業。本項目使用的終端設備為GNSS接收機和RTK測量手簿，軟件部分使用測繪工程之星RTK測量軟件、坐標轉換模塊、EpsCE-RTK測量定制版。坐標轉換服務模塊主要集成了網格化的地表高程模型，在進行RTK測圖時，將GNSS接收機開機，打開RTK測量手簿后，同時啟動坐標轉換服務模塊和南方測繪工程之星RTK測量軟件，當GNSS收機鎖定衛星信號后，打開EPS-RTK測量定制版中的GNSS測量界面，當解狀態為“固定解”時，實時解算的測點三維坐標，解算精度極高。使用EpsCE-RTK測圖可以進行實時編輯和圖形繪制，對于生產效率的提高和成圖的可靠性有很好的促進作用。

4.主要技術運用成果

4.1車載移動測量

車載移動測量精度受測距精度、系統標定參數和POS數據精度的綜合影響，前兩者在設備設計和制造時已固定，但POS數據精度和GNSS信號強弱有關。根據相關測試GNSS信號失鎖3min，平面位置誤差為0.108m，高程誤差為0.05m，隧道總長度為約5km，按30km/h速度行駛，需時10min，數據可靠性和準確性無法保證。為解決長隧道GNSS信號失鎖時間長的問題，以隧道出入口的基準控制點為起算點，在雙向隧道內按500m間距布設精密導線網，并在雙向互通的應急通道口設置導線結點以便于結網測量和計算。移動測量時在導線點上架設“三維激光掃描反射標靶”，測量完成后使用后處理軟件對兩條隧道的數據進行分別處理。使用“標靶”的絕對坐標糾正隧道內的POS數據，而后根據糾正后的POS數據進一步糾正隧道激光點云，再次提取“標靶”中心坐標的與精密導線測量成果進行精度比較，并對雙向隧道應急通道的點云的進行拼接和精度評定，經驗證左右隧洞的相同位置的點位中誤差為±3.4cm，滿足相關規范要求。

4.2山地高精度定位

實例中隧道的高差較大，部分區域受地形地貌限制，信號接收困難，定位慢，精度不高，給測繪成果的質量保障帶來了阻礙。本項目中利用“重慶北斗地基增強系統”通過地面站網的增強以及轉換參數的模塊化和柵格化處理，在高山峽谷區域實現快速、準確定位，其可靠性和點位測量的平面、高程精度都得到了保障，同時測量的效率也大幅提高，相比傳統作業方式工作效率提高60%以上；系統采用NETS8+C接收機、網絡參考站系統，實現了數據接收、處理等相關軟硬件全面國產化，不但降低了建設成本，也擺脫了對國外衛星導航系統軟、硬件產品的長期依賴。

4.3 RTK測圖

實例中隧道的測繪面積大，工期緊，在保證測繪成果質量的前提下，以投入較少的人力、物力以及提高作業效率是測繪工作開展的關鍵所在。在實際運用中，全站儀測圖觀測成圖人員距目標點遠，對現場熟悉度不夠；RTK測圖較全站儀測圖體驗感強、效率高，但內外業分離，未能實現野外電子數據采集一體化。因此，本項目采用網絡測圖技術，打破了測圖先控制后碎部的傳統，無需逐級布設控制網，節約了時間和工程費用；外業攜帶設備少，方便單人快速操作，改變了原來的小組作業模式，節省了大量人力物力，效率成倍提高；野外實時成圖，“所見即所得”避免了漏測、錯繪等差錯的出現，從而保證了成圖的準確性、高效性。

4.4測量成果精度驗證

在隧道項目竣工測繪的實際運用中，為進一步驗證點云數據的可靠性，彌補因無法滿足車載移動測量車輛和RTK測量條件的地方，使用全站儀數字化測圖對其進行補充測量并對其重要建構筑物進行數據精度驗證，經實際驗證，數據學精度完全滿足相關規范要求。

5.技術運用綜合效益

針對本項目的實際情況，傳統的測繪技術中，測繪精度和效率都有著一定的不足，工作量也較大，耗時較長，外業工作環境復雜，技術難度比較大。為了確保在合同約定的工期內完成了全部的測繪任務，本項目經過精心策劃，既采用了傳統作業手段，也采用了較多高新技術，大大提升了生產效率，取得了較好的直接經濟效益；再者多項新技術的應用助推測繪作業模式的革新，積累了寶貴的同類項目生產經驗，提升了測繪應用技術水平和測繪服務于社會的綜合能力，推動了行業科技進步，產生了較廣泛的社會影響。

6.結束語

工程項目竣工驗收是整個建設項目完工的里程碑，在項目實施中測繪新技術的運用，有效地提高了隧道竣工驗收工作的質量和效果，同時對隧道的施工質量的評判和隧道實際建成情況都提供了科學詳實的數據基礎。測繪成果實現了與BIM技術的融合，為隧道后續的運行管理和維護建立了直觀的信息模型，在整體上具有較高的實用性和可靠性，其關鍵技術的運用，為復雜地形條件下的竣工測繪工作，開創了新的作業模式。

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