數字測量技術在建筑工程測量中的運用

摘要：文章將介紹數字測量技術在建筑工程測量中的運用，包括地形測量和地形建模、建筑物測量和建筑建模、管線測量和管理，以及精確測量和監測等方面。數字測量技術的應用將為建筑工程領域帶來更加準確和可靠的數據支持，有助于提高工程質量和效率。

關鍵詞：數字測量技術；建筑工程測量；運用

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.042

中圖分類號：TU 198? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-0-03

The Application of Digital Measurement Technology in Construction Engineering Surveying

WANG Weifei

（Shanghai Tongce Planning， Design and Survey Co.， Ltd.， Shanghai 200023， China）

Abstract： The article will introduce the application of digital measurement technology in construction engineering surveying， including terrain surveying and modeling， building surveying and modeling， pipeline surveying and management， as well as precise surveying and monitoring. The application of digital measurement technology will bring more accurate and reliable data support to the field of construction engineering， which will help improve the quality and efficiency of engineering.

Key words： digital measurement technology; construction engineering surveying; apply

1? ?數字測量技術的基本原理及相關設備

1.1 全站儀的原理

全站儀是一種綜合性的測量儀器，結合了經緯儀、水平儀和測角儀等功能。它的工作原理基于電子測角和測距技術。全站儀通過發送和接收紅外線或激光束，測量目標點的角度和距離。通過測量不同位置的目標點，可以繪制出建筑物或地面的平面坐標和高程數據^[1]。

1.2 激光測距儀的原理

激光測距儀是一種通過發送和接收激光脈沖來測量距離的設備。它使用光的速度和時間差來計算出目標點的距離。激光測距儀具有高度精確和迅速測量的特點。在建筑工程中，激光測距儀常用于測量建筑物的距離、高度和體積。

1.3 全球定位系統的原理和應用

全球定位系統（GPS）是基于一組衛星和接收器的系統，用于測量和確定地球上任意點的位置。GPS的工作原理基于衛星的位置和接收器接收衛星信號的時間差，通過計算可以確定出接收器的位置坐標。在建筑工程中，GPS常用于測量大范圍的地理位置和導航。

2? ?數字測量技術在建筑工程中的應用

2.1 地形測量和地形建模

2.1.1 高程數據采集和處理

使用全站儀、激光測距儀或GPS等設備進行高程數據采集。設備具有不同的測量原理和精度，可以根據具體需求選擇適合的設備。根據需要測量的區域和精度要求，在地面上布置測量點。測量點應當覆蓋整個測量區域，并具有足夠的密度以確保數據的準確性和完整性。使用所選的測量設備對每個測量點進行測量。全站儀通過測量水平角度、垂直角度和斜距來確定測量點的位置和高程；激光測距儀通過發送激光束并接收反射光來測量目標點的距離；GPS通過接收衛星信號來確定接收器的位置和高程。采集到的原始數據需要進行處理和校正，以去除誤差并生成可用的高程數據，確保數據的準確性和一致性^[2]。

2.1.2 數字地形模型的應用

首先，數字地形模型可以用于分析地表地形特征和地勢變化。對地形模型進行分析，可以確定坡度、坡向、高程變化等地形特征，為工程設計和規劃提供基礎信息。其次，數字地形模型可以用于景觀設計和規劃。通過將地形模型與景觀要素模型結合，設計師可以預覽并優化景觀布局。同時，地形模型還可以用于評估景觀設計對地形和水流的影響，從而進行合理的設計和規劃。再次，數字地形模型對土地規劃和土地利用具有重要意義。它可以用于評估土地適宜性、確定建筑物布局和道路規劃等。地形模型可以提供土地表面的高程信息，幫助規劃人員了解土地的自然特征和限制條件，并進行科學合理的規劃。此外，數字地形模型通過將地形模型與水系模型結合，可以模擬水流路徑、水流速度、洪水傳播等水文過程。有助于評估水資源的合理利用、洪水風險的評估和水資源規劃等。最后，數字地形模型可以與其他建筑模型進行整合，為建筑工程設計和施工過程提供參考和分析。可以幫助工程師在設計階段進行地形適應性分析和沖突檢測，優化建筑物的布局。在施工過程中，地形模型可以提供施工現場的高程和地貌信息，用于場地開挖、地基處理和施工計劃的制定。

2.2 建筑物測量和建筑建模

2.2.1 定位和尺寸測量

首先，使用全站儀、GPS或無人機等設備對建筑物的位置進行測量。這些設備可以通過測量建筑物與參考坐標系統之間的角度和距離來確定其準確位置。定位測量可以用于確定建筑物在地圖上的位置，以及建筑物內部各個元素相對位置的測量。其次，使用激光掃描儀、全站儀或無人機等設備對建筑物的尺寸進行測量。激光掃描儀可以通過掃描建筑物表面并測量反射的激光束來獲取建筑物的三維空間信息。全站儀可以通過測量建筑物的角度和距離來計算出建筑物各個部分的尺寸。采集到的定位和尺寸數據可以通過數據處理軟件進行校正和整理，包括去除誤差、坐標轉換和數據對齊等步驟，以確保測量數據的準確性和一致性。數據處理也可以將點云數據轉換為更常用的數據格式，如CAD模型或BIM模型。定位和尺寸測量數據在建筑工程中有廣泛的應用^[3]。例如，定位測量數據可以用于基礎設計和土地規劃，確保建筑物的位置符合要求。尺寸測量數據可用于建筑物的設計和施工，確保每個構件的尺寸和位置準確無誤。此外，測量數據還可用于建筑物的評估、維護和監控。定位和尺寸測量為建筑工程提供了準確的空間信息，支持設計、施工和管理過程的決策和分析。它們為建筑工程師、設計師和施工人員提供了重要的工具，提高了工程質量和效率。

2.2.2 建筑物數字模型的應用

第一，建筑物數字模型為建筑設計師提供了直觀的可視化工具，可以用于設計和優化建筑物的形狀、結構和樣式。可以用于預覽和評估設計概念，以及進行空間布局和可視化效果展示。第二，建筑物數字模型可以在施工規劃中起到重要的作用。可以用于制定施工策略、安排施工順序，以及評估施工過程中的沖突和風險。第三，數字模型還可以與施工模擬軟件相結合，進行施工進度和資源管理的仿真和優化。第四，建筑物數字模型可以用于能源分析，包括建筑物能效評估、能源消耗模擬和優化設計。通過對建筑物模型進行模擬和分析，可以提供關于能源使用和效率的信息，為能源管理和節能設計提供支持。第五，建筑物數字模型可以與虛擬現實技術相結合，實現沉浸式的建筑體驗和可視化展示。通過將數字模型投影到虛擬現實設備中，用戶可以在虛擬環境中自由瀏覽和交互，以更好地理解和評估建筑設計。建筑物數字模型在建筑工程中發揮著重要的作用，不僅能提供準確的建筑幾何表示，還能支持設計、規劃和決策過程，為建筑師、工程師、施工人員和業主等參與者提供共享和交流的平臺，促進信息共享和項目的協同工作^[4]。

2.3 管線測量和管理

2.3.1 管線測量的方法和技術

管線測量是一種用于獲取地下管線準確位置和特征信息的技術。以下是一些常用的管線測量方法和技術。

（1）地面測量：通過使用全站儀、激光掃描儀或GPS等設備，在地面上對管線進行測量。這些設備可以獲取管線的水平和垂直坐標，以及管線的尺寸和形狀信息。

（2）地下雷達：地下雷達是一種常用的非破壞性測量技術，可以通過發送和接收無線電波來檢測地下管線。地下雷達可以提供管線的位置、深度和存在與否信息。管線探測器：管線探測器可以用于檢測埋藏在地下的金屬或塑料管線。這些探測器可以通過電磁信號或地磁信號來識別管線的存在和位置。

（3）激光掃描：激光掃描儀可以用于對管線進行三維掃描，獲取管線的幾何形狀和細節信息。激光掃描可以快速、準確地獲取管線的點云數據，并生成管線的數字模型。

2.3.2 管線數字模型的應用

管線數字模型在管線管理中有多個應用。可以用于建立管線數據庫，記錄和管理管線的位置、屬性和狀態信息。數字模型還可以用于管線維護和修復計劃的制定，以及管線項目的規劃和設計過程；可以與GIS（地理信息系統）或BIM（建筑信息模型）等平臺相結合，實現對管線數據的可視化展示和分析。通過將數字模型與地圖或建筑模型等進行集成，可以更直觀地顯示和分析管線的位置和關聯信息；可以用于管線沖突檢測和碰撞分析。通過將不同管線的數字模型進行疊加和比對，可以檢測不同管線之間的沖突和重疊，從而避免施工和維護過程中出現問題。管線測量和管理的目標是確保管線的安全、高效運行。通過使用數字測量技術并生成管線數字模型，可以提高管線數據的準確性和可視化能力，從而支持管線的規劃、設計、維護和管理^[5]。

2.4 精確測量和監測

2.4.1 結構變形監測

結構變形監測是一種通過精確測量和分析來評估建筑物或結構物的變形和變化的技術。結構變形監測通常使用傳感器進行數據采集。這些傳感器是測量位移、應變、振動、溫度等參數的設備。常見的傳感器包括測距儀、傾斜計、應變計等。傳感器采集到的數據被記錄并進行處理和分析。數據處理包括對數據進行濾波、對齊和校正等操作，以獲得準確的變形和變化信息。結構變形監測需要根據具體情況設計合適的監測方案，包括確定監測點的位置和數量，以及監測頻率和時間范圍等。監測方案應該是全面的、可靠的，并提供及時的監測結果。通過對采集到的數據進行分析，可以評估結構的變形情況，包括結構的位移、應變、扭曲等參數的分析。

2.4.2 建筑物安全評估

建筑物安全評估是通過對建筑物進行全面的檢查和評估，以確定其安全性和結構完整性的過程。建筑物安全評估通常從對建筑結構的檢查開始，包括檢查建筑物的基礎、承重墻、梁柱等結構元素的完整性和穩定性。對建筑物的設備和機械部分也需要進行評估，包括對電氣系統、供水系統、通風系統等的檢查，以確保其正常運行和符合安全標準。此外，對建筑物的環境條件也需要評估，包括室內空氣質量、輻射和噪音等。這有助于確定建筑物是否符合相關環境和健康標準。通過對采集到的數據進行分析，可以確定建筑物的安全狀況。安全評估報告應包括具體的問題、存在的風險和建議的修復措施。

3? ?數字測量技術的優勢與挑戰

3.1 優勢

數字測量技術可以提供更高的精度和準確性，相比傳統測量方法，能夠更細致地捕捉和記錄實際環境的特征和參數。例如，激光掃描儀和全站儀可以快速獲取大量點云數據，生成準確的三維模型。可以大大提高測量的效率。采用自動化和實時數據處理的方法，可以快速進行測量和分析工作。數字測量技術還可以實現遠程測量和在線數據共享，進一步提高工作效率，同時獲取多個參數和特征。

3.2 挑戰

數字測量設備通常比傳統測量設備更昂貴，購買和維護數字測量設備需要投入較高的成本，這可能限制了一些機構和個人的使用。數字測量技術對使用者的技術要求較高，操作數字測量設備和處理數據需要一定的培訓和技術能力。此外，不同的數字測量技術涉及不同的軟件和算法，使用者需要適應和掌握相應的技術。生成的大量數據需要進行有效的處理和管理，數據處理軟件的使用和數據存儲的管理需要一定的專業知識和經驗。數字測量技術追求高精度和準確性，但同時也對測量環境和條件有一定的要求。例如，光線的干擾、大氣條件的影響、反射率的差異等都可能影響數字測量的精度。

4? ?結束語

數字測量技術可以提高測量的精度和效率，使測量結果更準確和可靠。數字測量技術可以用于建筑物的結構變形監測和安全評估，幫助工程師和設計師更好地了解和管理建筑物的變形和安全性。隨著數字技術的不斷發展和創新，數字測量技術將在建筑工程領域發揮越來越重要的作用，為建筑工程的設計、施工和管理提供更多的可能性和創新成果。

參考文獻

[1] 汪建波，程錦．簡析無人機測繪技術在建筑工程測量中的應用[J]．城市建設理論研究（電子版），2023（22）：172-174.

[2] 來慶廣．建筑工程測量中數字測量技術的應用探究[J]．中國住宅設施，2023（6）：95-97.

[3] 韓丹．無人機測繪技術在建筑工程測量中的應用[J]．華東科技，2023（6）：55-57.

[4] 盧嘉明．數字化測繪技術在建筑工程測量中的應用探討[J]．中國設備工程，2023（9）：165-167.

[5] 賀雄．數字測量技術在建筑工程測量中的運用[J]．中國建筑裝飾裝修，2023（5）：53-55.

作者簡介：王衛飛（1966-），男，上海崇明人，專科，研究方向為測繪。