以跨度和柱距為基本控制的危險化工廠數字測圖方案研究＊

張婷婷，孫允聰

（昆明工業職業技術學院，云南 昆明 650302）

2016-12-13，國家質檢總局、國家標準委發布2016年第23 號中國國家標準公告，批準發布GB/T 33000—2016《企業安全生產標準化基本規范》標準，并于2017-04-01 起正式實施[1]。此安全標準化的“作業安全”要素要求：加強生產現場安全管理和生產過程的控制。對生產過程及物料、設備設施、器材、通道、作業環境等存在的隱患應進行分析和控制。對特殊作業及危險性較高的作業活動實施作業許可管理，嚴格履行審批手續。對作業行為隱患、設備設施使用隱患、工藝技術隱患等進行分析，采取控制措施。根據作業場所的實際情況，按照GB 2894—2008《安全標志及其使用導則》及企業內部規定，在有較大危險因素的作業場所和設備設施上，設置明顯的安全警示標志，進行危險提示、警示，告知危險的種類、后果及應急措施等。

耐火材料作為傳統行業的材料，對整個高溫行業的發展起著不可替代的作用，并且是冶金行業的基礎材料之一。云南濮耐昆鋼高溫材料有限公司始建于1958 年，2009 年重組，是生產耐火材料、冶金輔料的化工廠，工廠內部經多次改擴建，工廠內很多廠區是自建項目，多數廠區及設備安裝工程多為自行投資、自行建設，無相關廠房圖紙和設備安裝圖，造成場內安全管理人員對設備管理具有一定的難度，廠房有單層和多層，多層高度多達2～5 層，內部化工機械設備、危險源眾多，廠房內部機器設備運行繁忙、交錯、嘈雜，整個廠區和廠房內部均有眾多危險源。對日常安全管理和安全監測造成極大不便，為滿足廠區安全標準化建設，調查設備布置情況和設備對建筑物的安全消防距離，對主要設備危險源進行統計和分析，更新并重新制定安全崗位職責及安全標準化操作流程，需要測繪廠區1∶500地形圖和廠房設備布置圖以及主要危險源分布圖。

針對化工廠區基本情況，擬定基本測圖方案如下：采用GNSS、全站儀、手持測距儀等儀器作為測量工具，根據《衛星定位城市測量技術規范》規定[2-4]，對整個廠區建立一級城市GNSS 控制，廠房外部采用GNSS-RTK 和全站儀進行碎部測圖；對整個廠房內部生產、機械設備采用廠房已有的柱列軸線，即跨度和柱距作為基本控制，用手持測距儀對設備中心線進行橫向和縱向定位。從而實現對測量危險化工廠數字測圖及廠房設備布置圖的測繪，測圖精度達到1∶500 數字測圖要求。

1 測區概況

昆鋼耐火廠位于24.9°N，102.5°E 附近，全廠以昆安路為界劃分東西2 個廠區，東區為耐火原料生產廠區，西區為耐火產品生產廠區，測區面積約為14.8 萬m2。根據耐火廠的生產工藝流程原材料檢驗—原料粗破—原料細破加工—配料—成型-燒成—產品檢驗—產品包裝—成品庫，耐火廠區分為廠前區、生產區、倉庫區，倉庫區分為原料庫、設備庫、成品庫。經初步統計耐火廠已建待測廠房約為15 個。廠區一角如圖1 所示。

圖1 耐火廠區一角圖

2 大型工業廠房測定和測設基本原理

2.1 測定與測設關系

在實際生產過程中，測定與測設密不可分，測定和測設是2 個相反過程。測設是從圖紙上到實地的過程，也就是把圖紙上的設計實測到實地的過程，即放樣；測定是從實地到圖紙的測量過程，即把地表面上的地物、地貌測繪到圖紙上的過程，即繪制地形圖。

2.2 大型工業廠房控制網測設

如圖2 所示，H、I、J、K四點是廠房的房角點，從設計圖中已知H、J兩點的坐標。S、P、Q、R為布置在基礎開挖邊線以外的廠房矩形控制網的4個角點，稱為廠房控制樁。廠房矩形控制網的邊線到廠房軸線的距離可以從設計圖紙得到，廠房控制樁S、P、Q、R的坐標，可按廠房角點的設計坐標算得。可用直角坐標法測設出廠房控制網S、P、Q、R[5]。

圖2 廠房矩形控制網的測設

2.3 廠房柱列軸線測設

測定廠房矩形控制網后，根據廠房施工圖上所注的柱間距和跨距大小，用鋼尺沿矩形控制網各邊量出各柱列軸線控制樁的位置，如圖3 中的1′—1″、2′—2″、…，并打入大木樁，樁頂用小釘標出點位，作為柱基測設和施工安裝的依據。丈量時應以相鄰的2個距離指標樁為起點分別進行，以便檢核。

圖3 廠房柱列軸線和柱基測量

2.4 大型工業廠房測定與跨度和柱距

單層工業廠房定位可以通過定位軸線定位，柱網是廠房承重柱的定位軸線在平面上排列所形成的網格。柱網尺寸的確定實際上就是確定廠房的跨度和柱距。跨度是柱子縱向定位軸線間的距離；柱距是相鄰柱子橫向定位軸線間的距離。跨度與柱距示意圖如圖4 所示。

圖4 跨度與柱距示意圖

廠房的跨度在18 m 或18 m 以下時，應采用擴大模數30M 數列。在18 m 以上時，應采用擴大模數60M數列。單層廠房的柱距應采用擴大模數60M 數列；廠房山墻處抗風柱柱距宜采用擴大模數15M 數列。

廠房橫向定位軸線主要用來標定縱向構件的標志端部，如屋面板、吊車梁、連系梁、基礎梁、墻板、縱向支撐等。縱向定位軸線主要用來標定廠房橫向構件的標志端部，如屋架的標志尺寸以及大型屋面板的邊緣。廠房縱向定位軸線應視其位置不同而具體確定。

耐火廠區廠房經過多次改擴建，年代久遠資料保管不全，設計圖紙和竣工圖紙已缺失，測設放樣資料均已丟失。根據測定與測設關系，對于耐火廠房的定位，主要采用柱距和跨度確定單個廠房的大小，由于跨度和柱距都是固定模數或擴大模數，確定了端柱、邊柱和中柱的數量即可實現廠房的定位。對于廠房內部的機器設備的定位，主要通過橫向定位軸線和縱向定位軸線實現。

3 耐火廠區及廠房和廠房內設備測量方案分析

3.1 耐火廠區測量方案

根據耐火廠區分為東西2 個廠區，廠區控制以GNSS 一級網作為基本控制，為方便測量選取廠區9個GNSS 控制點控制整個廠區，并在獨立坐標系進行二維平差處理，滿足等級精度要求，最終輸出控制測量成果，廠區碎部測量主要以GPS-RTK 進行碎部測圖，局部衛星信號缺失角落，用全站儀輔助碎部數據采集[6-7]。

碎部測量采用草圖法，外業采集數據包括以下4類[8-10]：①工礦企業建筑物和公共設施，主要有辦公樓、停車場、設備庫、倉庫、保衛室、門墩等，主要標清楚廠房名稱、實測廠房房角點位置。②交通及附屬設施，主要包括廠區內主次道路、車行道、人行道、綠化帶與隔離帶等。③管線及附屬設施，主要測量廠區外部的煤氣管線、高壓線、架空線、路燈、檢修井、消防栓等，煤氣管線為主要測量危險源對象，架空煤氣管線、地面煤氣管線均實測位置、標高、直徑，注記高爐煤氣、混合煤氣等名稱，實測管線截止閥、煤氣排水器等；高壓管線注明電壓伏數、棧橋走向、轉角，進入變電室、配電室位置，主要用電設備等，架空管線實測凈高，并判斷安全距離。④植被測繪，主要綠化、林地、草地實測位置。

3.2 廠房及廠房內設備測量方案

結合本次測量目的，耐火廠區設備布置和危險源是本次測量重點，由于設備都是已安裝設備，所以設備定位主要根據廠房內部的工字鋼柱和磚柱進行定位，通過廠房內部的柱列軸線可以作為設備的基本控制，再用廠房橫向定位軸線和縱向定位軸線實現機器設備的定位。

由于廠房內的工作環境設備白天運轉，且有高空運行設備，廠房內部噪聲極大，機器運轉空間有限，很難在內部架設測量儀器；有些廠房還有粉塵和煤氣，不宜長時間逗留；有些廠房伴隨高溫和傳送帶空中傳送原材料，廠房內部工作都是特種工作崗位，危險性極高。在這些條件限制下，不能安置全站儀設站進行碎部測量，無人機測量更不可能。因此在這種工作環境下，要充分利用廠房能內部的柱列軸線進行設備定位，利用廠房柱進行機器設備的基本控制。以柱中心到設備中心軸線引測橫向定位軸線和縱向定位軸線進行定位，采用如圖5 所示的手持測距儀和小鋼尺進行靈活測距，手持測距儀可以到達測量人員不易接近的設備。

圖5 手持測距儀

設備主要測量外形尺寸、設備基礎位置。由于廠房設備眾多，截取部分廠房設備圖，如圖6、圖7 所示。

圖6 部分原料生產廠房設備圖（單位：m）

圖7 部分干法除塵器廠房設備圖（單位：m）

整個測量過程遵循從整體到局部的測量程序，以耐火廠工藝流程為整體到設備布置為局部的測量方案，遵以工藝流程為先，厘清車間布置和設備用途，分別繪制不同車間廠房的設備布置圖。

3.3 成圖方法

地形圖的成圖用cass 軟件草圖法成圖[11]，經“展點”“繪平面圖”等步驟完成廠區平面圖的繪制；廠房平面圖和設備布置圖的繪制用AutoCAD 軟件，根據柱距和跨度確定廠房的尺寸，橫向定位軸線和縱向定位軸線確定機器設備的位置，在AutoCAD 軟件中繪制，每個廠房單獨繪制一幅分圖形成大樣圖；最后將每一幅廠房平面圖和設備布置圖經過平移和旋轉等處理方式，嵌入整個廠區平面圖形成最終的總圖。

3.4 質量控制方法

測圖過程中對各個工序的過程成果和最終成果質量進行有效控制，對成果采用“二級檢查，一級驗收”制度。由于測圖廠房數量較多，采用“第一幅圖”的試生產實驗工作。

測圖時組織作業組做好“第一幅圖”試生產，通過生產及時發現作業過程中出現的技術問題，提出解決方案與措施。質檢人員也要對“第一幅圖”進行質量檢驗，通過對試生產實驗圖幅的過程檢查和最終檢驗，及時發現檢查中出現的質量問題，提出合理的改進建議。測圖過程進行工序質量的質量控制，對中間過程的成果進行質量檢查，滿足質量要求。

對廠房的“第一幅圖”進行試生產實驗，進行質量控制分析。以全站儀引測導線布設控制點到廠房內部進行碎部測量進行設備定位，用手持測距儀對設備中心線進行橫向和縱向定位確定設備中心點的位置相對于全站儀碎部測量設備中心點的坐標，用公式（1）計算中誤差：

式（1）中：m為檢查點中誤差，m；Δi為全站儀導線碎部點實測值與手持測距儀橫向和縱向定位設備中心點觀測值的誤差，m；n為參與評定精度的檢查點數（取30 個）。

對“第一幅圖”進行精度檢測，檢查點個數為30 個，并使其均勻分布。檢查點統計計算結果如表1 所示。平面位置中誤差為0.052 m，最大誤差為0.093 m。小于2 倍中誤差的檢查點有3 個，小于1 倍中誤差的檢查點有27 個。

表1 檢查點誤差統計表

當測圖為一般用途時，采集地物點平面位置精度滿足表2 要求即可。通過分析檢查點誤差滿足實際應用要求。

表2 地物點平面位置精度

4 結束語

復雜已建工業廠房測量，廠房本身的測量可以充分利用廠房柱列軸線進行廠房定位，測出邊柱、端柱和中柱的位置和數量；對于工藝設備布置圖的定位，再將柱列軸線、跨度和柱距作為基本控制，將柱的位置作為“控制點”，通過多排多列特定的柱向測量目標引測橫向定位軸線和縱向定位軸線，實現對測量目標（機器設備）的定位，整個測量過程避免了在狹窄、危險、機器設備運行的環境中進行全站儀設站，保證了測量過程的安全，簡化了測量程序。

對耐火廠測圖是實現企業安全生產的重要途徑和方法，根據作業場所圖紙，按照規范規定，在有較大危險因素的作業場所和設備設施上，設置明顯的安全警示標志，進行危險提示、警示，告知危險的種類、后果及應急措施等。深入開展安全生產標準化建設，切實增強推動企業安全生產標準化建設的自覺性和主動性，進一步規范企業安全生產行為，改善安全生產條件，強化安全基礎管理，有效防范和堅決遏制重特大事故發生。