省会文化艺术中心大剧院工程曲线组合体结构测量技术

高埃虎 文永胜 高善友 王发文

[摘要] 目前全站仪三维坐标进行测量放样已普及，坐标数据计算的方法各不相同，如何更快更直观更准确的计算所需的坐标，结合省会文化艺术中心大剧院工程曲线组合体结构测量实施，提出了用天正建筑捕捉坐标、Excel平差、卡西欧计算器编程（CASIO fx-4800p）现场计算等方法快速提取测量数据。

[关键词] 曲线组合体；天正建筑；捕捉坐标；Excel平差

[中图分类号] TU198；P213 [文献标志码] A[文章编号] 1003-1324（2012）-04-0083-05

1 引言

在工程测量中，内业资料计算占有很重要的比重，内业资料计算的准确无误与速度直接决定了测量工作是否能够快速、顺利地完成。而内业资料的计算方法及其所需达到的精度，则又直接取决于外业所用仪器及具体的放样目标和内业计算所用到的办公软件和计算方法。计算机辅助设计天正建筑、Excel，如今在各个领域均得到了普遍的应用，它大大提高了工程技术人员的工作效率。天正建筑的特性提供了测量内业资料计算的另外一种全新直观明了的图形计算方法，Excel特性是对外业观测数据进行平差。

结合我们现正使用的拓普康全站仪，其可以很方便地进行三维坐标的测量，通过天正建筑的内业计算，①、在放样的过程中，可以用卡西欧计算器编程（CASIO fx-4800P）结合全站仪，非常方便地、快速地进行作业；②、随着全站仪的推广和普及，极坐标的放样越来越成为众多放样方法中备受测量人员青睐的一种，而坐标计算又是极坐标放样中的重点和难点，由于一般工程放样中的元素多为点、直线（段）、圆（弧）等，故可以充分利用天正建筑的设定坐标系、绘图和取点的功能，以及结合我们外业所用计算器的功能，从而大大减轻我们外业的工作强度及内业的工作量。以省会文化艺术中心工程的一些实例来说明在工程测量中的应用。

2 工程概况

省会文化艺术中心大剧院工程，其北临为在建地铁1#线配套设施预留工程，西临腊山河东岸。由法国保罗安德路建筑事务所和北京市建筑设计研究院联合体负责设计，整体设计理念为“黛青海蓝”，建筑面积7.5万平方米，按功能分为歌剧厅、音乐厅、多功能厅，同期配套建设有南车库、市政配套设施（地铁轨道预留），中心广场、北部商业高层等建筑。其中大剧院（包括南车库+市政配套设施）东西长267.9米，南北宽233.2米，歌剧厅最高点为+46.7米。结构形式为“钢筋混凝土框架-剪力墙结构+钢结构”，屋面采用单层拱壳的钢结构形式，工程重要性等级为一级。本工程±0.000=28.600m（绝对标高）。

3 测量仪器的检定校正

测量仪器必须送当地法定计量检定机构检定，每年检定一次。其中水准仪在使用过程中要进行自检，检定方法如下，把水准仪架到中间位置，读出后视读数（1.568m），读出前视读数（3.749m），正确高差为=3.749-1.568=2.181m，见图1。

把水准仪架到距后视1.5m处并读取读数（1.599m），这时仪器照准前视，并读取读数，理论值为=正确高差2.181m+后视读数1.599m=3.780m，如过大于或等于2mm，就应该校正，见图2。

水准仪的校正：打开水准仪目镜盖，用校正针左右拧校正螺栓，使前视读数等于3.781m或3.779m为合格。用相同的方法复测一次。

对准杆校正的校正：架两台经纬仪或全站仪整平后，对准“对准杆”的下部，固定制动螺栓，视中轴向上对准棱镜下方，指挥棱镜控制到1mm内，此时圆气泡偏离中心，把圆气泡调到中心位置即可。复测一次。见图3。

4 基准点复测

承包人在接到建设单位发出的桩位图及坐标、标高等数据并现场交桩后，应在规定期限内自己进行复核检测，检测过程中应进行旁站监理。如果没有错误且精度符合设计及施工的要求，应书面表示正式接受桩位，并负责以后的维护和使用，如承包人对任一测量标志及数据持有异议时，应向监理工程师提交一份书面报告，列出认为有错误的桩点位置和修正数据。承包人的复核检测成果应上报监理工程师审核，在监理工程师确认以前，不得作为控制点使用。

5 现场布点

5.1 坐标引测

根据现场情况，进行全站仪直接测坐标闭合导线观测，观测完成后，用ExceI编的平差软件进行总体平差。见表1。

5.2 数据处理

把平差后的坐标数据输入“天正建筑”，随着工程的进行，陆续加密了一些支导线点，同样将坐标成果录入，这样从真正意义上，实现了坐标资料的数字化管理，这也方便了以后的坐标管理，具体地讲就是，依据设计提供的结构关系，在图中设立足够的施工坐标系（以我们在外业放样中设站所需为准）并保存之。在以后的工程应用中，我们只需打开对应坐标系，利用“坐标标注”命令点取我们需要的点，其对应坐标也就出来了。见图4。

5.3 一级高程控制点引测

采用闭合水准路线观测，见图5。由于场地高差不大，采用水准仪闭合高程测量，通过平差，精度达到二等闭合水准测量，闭合差为3mm，闭合路线全长888.183m，精度合格。见表2。

6 桩位坐标捕捉

根据图纸提供的坐标（每一个单体至少有两个坐标点），进行方位角的计算，可以通过CASIO fx-4800P编程计算或天正建筑输入已知坐标对图形进行旋转到正确的位置，这样使用天正建筑的“坐标标注”命令进行逐点坐标捕捉，我们就可以尽量直接利用全站仪的坐标放样功能，将所需放样点的施工坐标输入全站仪，正确操作就可以得到正确的所需点位了，桩位测量误差控制在±10mm。见图6。

7 主体阶段施工测量

首先复测导线点的坐标和高程，符合要求后对导线点引入楼层内，作为内控点使用。

7.1 曲线放样

根据内控点架设全站仪对圆弧各进行放样，误差控制在±3mm内，放样点采用中心线向内偏移1m画一条线交两个轴线定点，以这条线的中点向两侧每隔1.0米做垂线，捕捉每一段的距离，作为现场量距的依据。

全站仪极坐标放样完成后，必须对该放样点进行校核，校核的方法是：用全站仪“对边测量”功能校核，误差控制在±3mm内。见图7。

7.2 二级高程控制点观测

一级控制点到二级控制点局部深度16m左右，采用全站仪观测高程，解决了高差大对观测带来的诸多不便，方法是：设置仪器高和棱镜高为零，用仪器的十字丝对准棱镜中心线，用观测高差功能进行观测。计算方法：观测高程=已知高程-后视读数+前视读数，通过平差，精度达到二等闭合水准测量，闭合差为2mm，闭合路线全长313.366m，精度合格。见表3。

8 钢结构

8.1 预埋螺栓放样

在内控点架设全站仪，用极坐标法进行放样，现场校正各点偏差控制到±3mm内。见图8。

8.2 平面坐标确定

定位坐标值的准确与否将直接影响安装质量，我们通过三维模型找出各关键点的空间坐标。方法是：先整体，后局部的原则，根据图纸提供的两点坐标，用“天正建筑”输入已知坐标对图形进行旋转到正确的位置，用“坐标标注”命令进行逐点坐标捕捉。见图9。

8.3 高程确定

设1号点Y轴的距离为0，对1～12点用“天正建筑”进行逐点坐标捕捉，捕捉后的X值为标高，Y值为水平距离。见图10。

8.4 三维坐标

通过图9和图10就确定了1～12号点的三维坐标。见表4。

在钢结构吊装前把预先准备好的能够粘贴的小棱镜贴到观测位置，起吊后初步固定后，对此点用2秒级全站仪进行三维坐标观测，方法是：用全站仪“数据采集”功能对各点三维坐标采集，采集后输入天正建筑确定偏差后，现场校正各点，偏差控制到±5mm内。

9 结语

工程技术的发展不断对测量工作提出新的要求，同时，现代科学技术和测绘新技术的发展，给直接为经济建设服务的工程测量带来了严峻的挑战和极好的机遇。特别是全球定位系统（GPS）、测量机器人、天正建筑、Excel、卡西欧计算器编程在工程中应用，使工程测量的手段、方法和理论产生了深刻的变化。大力开展数字化测绘技术的应用将是施工单位提升自身竞争实力和创造经济效益的首要任务。

参考文献

1、中国国家标准化管理委员会. 工程测量规范（GB50026-2007）[S].北京：中国标准出版社，2008.

2、李秀江. 测量学[M]. 北京：中国林业出版社，2007.

3、周秋生，郭明建. 土木工程测量[M]. 北京：高等教育出版社，2004.

4、张凤兰，郭丰伦，范效来. 土木工程测量[M].北京：机械工业出版社，2010.

作者简介高埃虎，项目部测量总监，工程师。