基于規劃管理的大型復雜建筑測量研究與實現

高建偉，周廣華，宣 偉

（1.廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060；2.武漢理工大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430070；3.東華理工大學江西省數字國土重點實驗室，江西 南昌 330013）

大型建筑工程（特別是地標工程）為了最快最優的實現社會和經濟效益，往往建筑體量大、建筑造型復雜、項目工期緊，而傳統的規劃測量技術和作業模式難以滿足工程建設及規劃管理的要求。基于此，本文分析了廣州蘿崗萬達廣場全部規劃測量項目內外業一體化作業模式，闡述了作業平臺互通，信息數據共享，綜合運用三維激光掃描等新技術的施工過程，為復雜造型建筑測量提供參考。

1 主要技術內容

1.1 規劃測量內外業一體化作業模式

廣州蘿崗萬達廣場規劃測量貫穿項目建設的全過程，包括設計階段的1∶500 數字化地形圖測繪及地下綜合管線探測、施工階段的規劃放線測量、竣工階段的規劃驗收測量。如圖1 所示，項目采用基于外業測量系統、圖根導線綜合處理系統、廣州市規劃基礎信息化測繪平臺“三合一”內外業一體化作業模式[1]，實現了測量數據采集、處理、地形圖繪制、管線圖繪制及建筑物平、立、剖面圖繪制、建筑物面積計算、數據入庫等規劃測量內外業的一體化作業，使規劃測量工作統一化、規范化、系統化，減少了錯誤發生的概率[2]，提高了工作質量和效率。

1.2 三維激光掃描測量技術應用于規劃驗收測量

如圖2 所示，廣州蘿崗萬達廣場項目由多棟塔樓和裙樓組成，建筑的樣式多，結構復雜，裙樓外觀設計呈現自然流動的弧形，利用常規全站儀及人眼識別定位外圍輪廓線會產生很大的誤差。另外，建筑高度不一致，最高處達到105 m，且存在弧形屋面，用全站儀難以定位采集建筑物最高點處的高程。項目將三維激光掃描測量技術應用于規劃驗收測量[3-4]，解決了復雜建筑定位及測量的難題。

圖1 規劃測量內外業一體化作業模式

1.3 “一步測量法”的應用及優化

項目外業測量創新性的改進“一步測量法”[5]，記錄導線與碎部測量的原始數據，避免了圖根導線平差后導致坐標改化引起的碎部點誤差，擴展了“一步測量法”的應用范圍。此外，為適應優化后“一步測量法”，編制了基于全站儀外業測量系統及圖根導線數據綜合處理系統，使規劃測量內外業數據銜接。

2 主要技術實現

2.1 規劃測量內外業一體化作業模式的技術實現

1）內、外業數據一體化。如圖1 所示，此部分實現外業原始數據到平臺導入數據的銜接，為各平臺、各模塊間實現相應功能提供數據來源和基礎，主要實現流程如下：

①數據采集：利用外業數據采集系統并采用優化后的“一步測量法”采集數據（如圖3）。

圖3 優化“一步測量法”原理示意圖

②數據處理：利用圖根導線綜合處理系統識別、分離采集數據中的導線和碎部數據，再進行導線及碎部點計算，輸出控制點、碎部點坐標文件。

③數據導入：利用廣州市規劃基礎信息化測繪平臺導入控制點、碎部點數據。

2）內業各模塊功能一體化。廣州市規劃基礎信息化測繪平臺是基于EPS2008 地理信息工作站開發，如圖1 所示。通過建立不同的模板[6-7]形成不同的功能，包含管線探測、基礎測繪、規劃放線、規劃驗收等模塊，各功能模塊之間既相對獨立又互相統一，在共享基本信息和基礎數據的基礎上實現各自的功能。

①各模塊功能實現方式：各模塊在共用編輯、處理、繪圖等功能菜單的基礎上，通過建立個性化功能菜單實現各自功能。

②基本信息及地理數據共享：各模塊基于同一平臺，共享項目屬性、建筑及規劃要素、地理數據、注記等。

③成果對比及檢查：通過疊加成果圖，可進行建筑平面位置、間距等要素比對，確認建筑物放線、驗收相互的位置關系，檢查各成果要素的符合性、正確性等。

3）數據成果輸出、入庫一體化。如圖1 所示，利用平臺各個功能模塊生成的地下管線圖、數字地形圖、規劃放線及驗收平面位置圖等數據成果，滿足市城鄉規劃空間資源平臺及院地理信息管理系統的直接入庫要求[8]。數據成果輸出、入庫一體化，直接為規劃審批及數據管理、更新服務。

2.2 三維激光掃描測量技術的應用

將三維激光掃描測量技術應用于規劃驗收測量，得到反映建筑物表面幾何結構的三維數據模型，從而繪制出建筑物的平、立面位置關系等。本次采用FARO 3D X330 高速三維激光掃描儀，掃描距離330 m，距離精度±2 mm，作業流程如圖4 所示。

圖4 三維激光掃描測量作業流程

1）三維激光掃描數據采集。項目涉及建筑物數量多，建筑之間存在遮擋，設置多站進行三維激光掃描測量，保證數據的完整性及精度，掃描現場即可獲得被掃描目標的縮略圖，進行初步檢查。

2）三維激光掃描數據處理。外業獲得點云和影像兩類數據。內業數據處理通過數據加載、多站數據擬合匹配、影像加載等實現，其中多站數據擬合匹配是影響成果質量的關鍵環節。在點云拼接和影像數據配準后，實現了建筑物實景復制，可進行切片處理、距離量算等操作。

3）立面圖繪制。項目采用立面投影及立體量測的方式進行立面測量，通過選取建筑立面點云、擬合及投影、CAD 制圖等步驟完成立面圖的繪制。

圖5 立面點云及矢量圖

4）分層平面圖繪制。將點云數據投影到水平面，通過描繪最大外圍線的來繪制復雜造型建筑輪廓，繪制原理及結果如圖6 所示。

圖6 復雜造型建筑輪廓繪制圖

建筑物各分層角點通過切片法[9]來獲取，表1 為部分全站儀測量建筑物角點與三維激光掃描角點坐標對比表，三維激光掃描測量精度符合規劃驗收要求，即可綜合利用全站儀及三維激光掃描儀的測量數據獲取建筑各個角點坐標，進行分層平面圖繪制及分層面積計算。

表1 全站儀測量建筑物角點與三維激光掃描角點坐標對比表

3 結 語

規劃測量內外業一體化作業模式的運用，實現了作業平臺互通，信息數據共享，統一的成果輸出，減少了錯誤發生的概率，提高了作業效率，并綜合運用三維激光掃描等新技術，解決了復雜造型建筑測量的難題。此外，規劃測量工作貫穿了項目建設的全過程及規劃審批用地、建管、驗收各階段，為項目選址、用地、修建性詳細規劃、報建、竣工等規劃審批、為規劃管理部門提高規劃行政審批效率、為建設單位取得用地規劃許可證、建設工程規劃許可證、規劃驗收合格證等提供了全方位的技術支持[10]，為類似的規劃測量項目起到很好的示范作用。