北京環球影城主題公園項目精密施工測量技術研究與實施

張勝良 焦俊娟 陸靜文 黃曙亮

(北京中建華海測繪科技有限公司, 北京 100102)

0 引言

北京環球影城主題公園項目結構布局復雜,異型部位多,測量放線工作難度大、任務量大,而且工期緊張,如何在保障測量精度、施工質量及施工進度的前提下,合理安排測量工作,是工程難點之一。

主題公園有很多巨型桁架、不規則彎管或者更加復雜的異形鋼構件,在鋼構件吊裝前利用三維激光掃描技術把異形鋼構件分別進行掃描,然后在計算機里進行點云處理、構件逆向建模、構件誤差校核、數字化模擬預拼裝檢測等,預拼裝通過后,再把鋼構件在現場進行真正的拼裝與安裝。

為更直觀精準反映出異形結構的狀態,安裝過程中聯合建筑信息建模(Building Information Modeling，BIM)技術+智能測量設備,順利解決了設備安裝精度高、設備種類繁雜等難題。

1 工程概況

北京環球度假區將成為亞洲規模最大的環球主題公園,涵蓋“哈利·波特魔法世界”(霍格沃茨與對角巷等場景)、“好萊塢專區”“變形金剛”“功夫熊貓”“水世界”“神偷奶爸”“侏羅紀公園”等七大園區。

功夫熊貓場館主要由Show Box和Ride Box兩個單體構成。Show Box建筑高度為22.5 m, Ride Box建筑高度16.6 m。兩個單體均無地下室,Show Box主體地上1層,南側和西側有局部矮屋面;Ride Box主體地上1層,內部局部沒有夾層,西側和東側有局部矮屋,內部有主題建筑等獨立的小單體以及騎乘、表演等設施。Show Box主要柱網跨度為80 m,地上部分最大結構長度為184 m,最大寬度為90 m。采用鋼框架+支撐結構體系。Ride Box主要柱網跨度為30 m,地上部分最大結構長度為190 m,最大跨度為87 m。其中騎乘水道為亞洲最長自防水清水混凝土結構。

2 控制測量

施工測量遵循“先整體后局部、先高級后低級、先控制后細部”的原則展開,結合現場情況,將控制網分兩級測設,首先校核業主提供的基準點,校核無誤后在建筑場地外圍設置Ⅰ級控制網。在Ⅰ級控制網的基礎上建立Ⅱ級建筑物平面控制網[1-3],形成完整統一的測控體系,保證各單體之間平面定位和標高的銜接(圖1)。

圖1 施工測量控制框架及步驟示意圖

2.1 Ⅰ級控制網建立

進場后在業主主持下會同監理等單位進行高級基準點現場移交,辦理移交手續后并對點位進行復測校核,發現問題時及時提交建設監理及上級測繪部門解決。校核內容包括點位的高程、邊長、方位角、坐標及非樁點定位依據的幾何關系。

Ⅰ級控制網采用高精度全站儀測設一級導線,進行嚴密平差對觀測結果進行校核[4],將校核結果作為場區的Ⅰ級平面控制網。

高程控制網的建立是根據業主提供的水準基點,采用水準儀對所提供的水準基點進行復測檢查,校測結果合格后,向場區內測設一條附合水準路線,將平差計算后的結果,作為場區高程控制點。

2.2 Ⅱ級建筑物控制網建立

以場區控制網為基準,根據建筑物的結構形狀及現場具體情況擬布設以圓心為中心,半徑為方向的十字交叉形控制網[5-6],控制點設置在基坑邊緣附近。采用全站儀極坐標法測設軸線控制網,經校測符合點位限差要求后,作為該建筑的軸線控制網。

曲線控制利用全站儀內置基線定位功能,在軸線CLX/CLY上設置控制點用弦線控制(圖2)。利用半徑控制線和圓弧控制線通過量距轉角做切線放樣十字控制線。

圖2 曲線控制點布設示意圖

3 細部施工軸線放樣

結構施工軸線放樣采用“外控法”,將全站儀架設在軸線控制樁上,經對中、整平后,后視同一方向樁(或軸線標志點),以方向線交會法將所需的軸線投測到施工的平面層施工段上、在同一施工段上投測的縱、橫線各不得少于二條,且要組成閉合圖形,以此作角度、距離的校核(圖3)。

圖3 控制軸線上的點位放樣示意圖

圓心轉角放樣半徑,在半徑與圓弧控制線上量距放樣點位,并做切線放樣十字控制線(圖4～5)。

圖4 圓心可以轉角的情況下放樣示意圖

圖5 利用相鄰半徑放樣示意圖

小單體定位點均與CLX、CLY軸有位置關系,依據建筑物主控軸線在合適位置加密軸線控制點(例如在X軸上),根據相對關系(坐標),采用極坐標、直角坐標定位放樣的方法放出單體建筑的主控點,再根據其他角度距離關系放樣其他各點(圖6)。

圖6 小單體放樣示意圖

定位完成后,利用在Y軸上加密的控制點對單體建筑定位點進行復核。還應利用鋼尺或全站儀復核定位角點與周邊主要建筑的尺寸關系,保證定位成果的準確性。

4 三維模擬預拼裝測量

鋼結構安裝過程中首先進行數據建模[7-8],更加直觀精準反映出異型結構的狀態,指導鋼結構廠家精準地加工各個結構部件,安裝過程中可以通過專業軟件使用精準的BIM信息,在施工現場使用電子藍圖,大大提高現場安裝施工進度,避免施工中出錯以至施工進度延遲,通過智能全站儀進行現場測量工作[9]。

4.1 控制測量

采用高精度全站儀和精密水準儀建立平面和高程控制網,控制范圍內各構件(單元)的拼接精度一般控制在2～3 mm，滿足安裝精度要求。

4.2 預留、預埋構件復測

預留、預埋構件現狀復測(例如預埋螺栓的間距、位置)是否滿足要求,并繪制實測位置圖及偏差數據表,指導鋼結構設計加工。

4.3 出廠前、進場后預拼裝

恢復控制網并按照實測數據放樣預留預埋構件位置。

測量各構件的尺寸(截面、孔洞尺寸),各項要求滿足后方可進場,避免構件不合格進場后造成運輸成本等。

實體預拼裝,發現運輸過程中變形影響。

4.4 安裝過程測量

通過高精度全站儀等測量儀器實時跟蹤測量指導現場安裝就位。

4.5 施工安全監測

主要是卸載過程中或卸載完成一段時間內的監測(空間位置及內力),通過測量機器人及各種傳感器測量。

4.6 驗收測量

通過三維激光掃描儀獲取模型,指導下一步機電、裝飾、燈飾等各專業安裝、連接、加工、設計等工作。

由于傳統的全站儀測量方法獲取的是單點數據,數據獲取量有限,不能完全真實地反映出整個樓體的變形情況,使用地面三維激光掃描儀掃描樓體,每秒能夠獲得高達30萬的三維空間點數據,在100 m內其單點精度能保證在3 mm內。通過數據比較,清晰直觀地得出樓體每個立面的變形情況和形變量分布圖,對施工具有重要的指導意義。

5 鋼桁架提升實施監控測量

鋼屋面采用地面拼裝、雙桁架及中間縱向支撐結構為一組桁架拼裝單元,由于屋面桁架超長、超重,在提升過程中極易受到外界環境的影響,安裝時,要對桁架的平面位置、標高以及撓度進行跟蹤測量,使其位置達到設計規范要求才能進行螺栓安裝和焊接工作。如此大體量構件必須一次性整體提升成功,在提升過程中巨型桁架是否達到預定位置,平面、高程、撓度是否達到設計要求,均需要測量掌握。采用自動化監測技術實施跟蹤測量,及時獲取觀測數值,調整提升參數,指導現場提升施工,并準確獲取提升到設計位置的時機,指導桁架最終固定安裝。

5.1 超長、超重屋面桁架結構分析

Ride Box主要柱網跨度為80 m,地上部分最大結構長度為184 m,最大寬度為90 m,桁架吊裝采取超重桁架雙機抬吊整體安裝工藝,Show Box區12.5軸的中桁架TRUSS-2由5段組拼為整榀桁架，重量約31.1 t,12軸的框架桁架TRUSS-1由5段組拼為整榀桁架，重量約50.90 t,兩榀桁架間的十三榀縱向支撐的重量約21.77 t,臨時拉梁約1.05 t,桁架拼裝單元總重量約為104.82 t，如圖7～8所示。

圖7 Show Box桁架拼裝單元

圖8 桁架提升立面圖

5.2 提升測量

采用高精度測量機器人[10],精確測定高空牛腿的位置,并使用水準儀測定兩側牛腿標高,為提升對接做準備。

地面拼裝前根據已知角部四個圓心點進行地面軸線的放線定位,利用全站儀將桁架的軸線定位點投射到底板上。軸線彈設完成后對軸線進行校核,在四個已知的圓點上任選一個作為校核軸線的基準點,測站點與后視方作為長距方向,按照以長定短的原則。用盤左、盤右轉角測量對角線的角度及距離是否與理論值相符，確保桁架拼裝正確，同時控制桁架標高。

桁架安裝時采用測量機器人+貼片進行監控,將儀器設在控制點上,觀測桁架觀測點(反射鏡片),所測數據與控制點設計坐標值進行對比得出偏差,偏差超出規范設計要求,則用倒鏈、千斤頂等工具對桁架進行校正,直至偏差符合要求。然后用同種的方法對桁架另一端進行校正,各控制點校正完成后由電焊工對接口進行點焊加固。加固好后再次對桁架進行一次全面檢測,如偏差符合規范要求可進行下一步施工。桁架整體安裝校正完成，對桁架進行一次全面的復核后開始焊接。

提升過程中,采用精密水準控制桁架提升高度及撓度變形,采用自動全站儀監測水平位置變化。

同時在關鍵點安裝應力計,對結構受力進行監測。將監測數據實時反饋至提升指揮部,調整提升參數,指導提升。

6 空間復雜曲線施工測量放樣

參考施工現場布置圖,選取合適的位置建立水道結構坐標控制點,設置強制對中裝置。

BIM放樣操作步驟:

(1)通過WiFi或藍牙將安裝有BIM 360 Layout的iPad與測量機器人連接。

(2)通過設計好的BIM模型,類似傳統全站儀設站原理,在模型中選擇控制點完成設站。

(3)設站完成后,從列表或模型中選擇需要放樣的點,根據軟件中顯示的位置偏移量,完成精確放樣找點工作。也可以通過免棱鏡及激光指向功能,指示放樣點位位置。

(4)棱鏡的位置可相應地在軟件中實時刷新并進行棱鏡所處位置的坐標測量,測量結果可以保存在點列表中。也可通過攝像頭獲取的圖像選取測量點位。并以報表的形式輸出。

測量機器人自動化程度高,能夠降低人工操作出現差錯的概率,測量成果比較客觀,可將復測數據在設計模型中快速呈現,便于分析實體與設計的偏差。

7 結束語

在項目實施過程中,經過測量人員精心組織協調,大膽技術革新,采用新技術、新方法提高了測量成果的精度,采用三維模擬預拼裝測量、鋼桁架提升實施監控測量技術,提升了項目的自動化程度,為其他工程提供了成功范例。