外形不规则大型复杂构筑物工程测量工法

杜建华　 魏　巍　 沈红云

（石家庄铁路职业技术学院1）　 河北石家庄　050041　 中铁十八局第三工程有限公司2）　河北涿州　 050011河北交通职业技术学院3）　 河北石家庄　 050035）

外形不规则大型复杂构筑物工程测量工法

杜建华1)魏巍2)沈红云3)

（石家庄铁路职业技术学院1）河北石家庄050041 中铁十八局第三工程有限公司2）河北涿州 050011河北交通职业技术学院3）河北石家庄 050035）

结合空间异形斜墩桥梁测量技术，对外形不规则大型复杂构筑物工程测量工法的特点、适用范围、测量流程和操作要点进行介绍。实践证明，本测量工法适用于所有建筑工程，尤其在结构复杂建筑工程中更具优势，能取得良好的经济效益和社会效益。

异形斜墩 复杂构筑物 空间测量

1　前言

冬旭路跨京津唐高速公路景观桥梁工程，桥梁总长669.94 m，分7个桥段，桥轴线和分孔线与道路设计线斜交，斜交角度-16°。并两幅间下有长194 m长人行吊桥。各桥段承台、墩柱、底梁、横梁各不相同，且外形倾斜旋转，同桥段各部位结构形体近似但也不同。其中1、7桥段桥墩截面为平行四边形，墩身在横桥向倾斜，墩身下部设置底梁连接墩身；3、5桥段柱顶以横梁连接，桥墩顶截面为平行四边形，底截面为不规则四边形，墩身在横桥向纵桥向皆倾斜，墩身下部设置横桥向底梁连接墩身。全桥分a、b、c、d、e五大承台类型。结构形体控制给工程施工带来一定困难。对此复杂结构桥梁测量监控作为桥梁施工中的重中之重，监理单位和业主对测量监控尤其重视，业主也为此专门聘请了长安大学进行施工监控。见图1为桥段3左幅下部结构示意图。

2　工法特点及适用范围

2.1 工法特点

使用科学的测量方法，合理布点，选用适用的测量仪器设备，充分利用了AutoCAD的优势，虚拟建筑实体，测量放样数据都从虚拟实体而出，免去了复杂众多的数据计算，从而也避免了大量阿拉伯数字的输入和记录失误而导致的错误。

2.2 工法适用范围

所有建筑工程，尤其在结构复杂建筑工程中能体现出其优势来。

3　测量工法流程及操作要点

控制点的测设各工程项目大致类同，只是该工程墩柱倾斜且方向不一致，致使通视情况不理想，对此需要加密控制点；对于大工程全站仪结合GPS做控制测量等，此处就不再累述。

图1　桥段3左幅下部结构示意图

3.1 坐标高程计算

对于本工程放样点坐标的推算过程繁杂，结构形状各不相同不宜编程批量计算，空间位置复杂手算计算量大且容易出错。运用三维立体图则比较直观地掌握施工图纸。因此，在工程施工中，测量外业遇到的诸如坐标换算、放样点坐标空间位置的推算等繁杂过程，特别是对不规则、曲线形状、工作量大而二维图形难以准确表达的工作而可以通过三维立体快速解决问题。

3.1.1 坐标系的建立

项目施工电子版平面图一般都可从设计单位获取，如不能获取可自行画图，只是该平面图一般不在交桩坐标的坐标系里，可利用USC命令，通过命名（ucsman）把WCS坐标系改为独立的施工坐标系，然后再次USC指定新原点，绕着Z轴旋转a（a为世界系统与施工系统间的角度换算常数）。将其命名为另一坐标系即得不同坐标系间的转换，运用时只需把该坐标系置位当前。改变坐标系的位置和方向从而改变图形基点的布局，实现了与生产相一致，至此一般规则结构物空间坐标都可从AOTUCAD图上读取；此方法可应急于缺少专业测量人员的项目。异性斜墩墩底横梁和墩顶横梁控制点如图2和图3所示。

图2　墩底横梁控制角点示意图

3.1.2 三维数据库的建立

一般立体模型可看成由若干个几何形体经过堆积和挖剪组合而成的形体。封闭的二维图形，沿着某一路径拉伸（extrude）或旋转（revolve）得到基本的三维形体，三维形体经过并（Union）、差（Subtract）、交（Tntersect）的布尔运算形式得到所求的三维形体。

图3　墩顶横梁控制角点示意图

3.1.3 施工测量放样

对规则有序的放样，如桩基、承台可通过一般测量计算方法计算获得，对于倾斜扭曲的墩柱、底梁、横梁等，只要有一定的变化规律，假定X桩号一定，需要用测量的Y桩号推求对应的高程H，则可以利用现有的三维立体图，运用（Slice）命令，沿着垂直于X轴与Y轴构成的平面，并且包含有测量点Y桩号的任意不在同一直线上的三点进行剪切，利用（Id）则可查询其对应的H高程解决施工放样中难计算的构筑物的坐标及高程提高了施工放样速度。

3.2 测站设置

现场操于此工程墩柱等倾斜且方向不尽相同，通视情况不理想，所以在放样方法上宜选择后方交汇方法自由设站，这就需要多设置控制点，加密控制点，支模前放样，支模后复测。

3.3 辅助工程量计算

在施工管理中必定涉及到工程量的计算，对于不规则形体要精确计算工程量相当繁琐，且不易做到；我们可以通过建立AutoCAD三维立体图，利用在三维立体图中使用命令（Maseprop），得到物体的体积；使用命令（Area），然后选择对象（O），得到物体的表面积，精确的工程量运算仅需几秒钟。对于及不规则大面积土石方工程量的精确计算，可外业通过全站仪采集三维坐标后，利用CASS等成图软件绘制断面图，再使用AOTUCAD中“面域”命令精确求得工程量。

4　测量设备配置

在本工程测量中，使用的仪器设备如表1所示。

表1　测量仪器配置表

5　效益分析

冬旭路跨京津唐高速公路景观桥梁工程测量中AOTUCAD的应用，降低了计算难度，提高了精度，提高了工作效率，全长669.91 m，施工线路不长配备两名专职测量人员就能满足施工要求，甚至利用此工法在一般项目配备一名会使用全站仪的测量工就能施工。

5.1 经济效益

冬旭路工程配备两名专职测量人员，比一般工程测量班减少两名，工期一年半减少工资开资约9万元；配备精度2″的价值5万元的国产全站仪，减少投入约10万元；配备国产水准仪减少投资5千元。共计节约约19.5万元。

5.2 社会效益

此工法对测量计算能力降低了要求，能应急于暂时缺少专业测量人员的施工项目，减少了窝工及有测量错误造成的损失。

6　结语

此类工程下部结构各异不宜使用编程方法批量生成坐标，利用AOTUCAD读取不失为一种捷径；由于形体不规则倾斜扭曲，所以对位置、变形要求较高，业主也为此专门聘请了专业的监控单位进行过程监控；该工程的测量工作也成为项目部工作的重中之重。要成功完成外形不规则建筑物的测量放线工作，必需使用科学的测量方法，精良的测量设备，充分利用计算机辅助技术，方能达到事半功倍的效果。

[1]中华人民共和国国家标准.工程测量标准(GB 50026-2007).北京:中国计划出版社,2008

[2]王雷,窦钠等.AutoCAD2004建筑与工业制图实例培训教程.北京:中国水利水电出版社,2003

[3]潘威,华学礼.实用公路施工放样疑难解析.北京:人民交通出版社,2006

[4]龚乐群,张文山,刘丹.CASS软件在工程测量中的应用.测绘与空间地理信息.2006年第4期

The Surveying Method of Irregular Shape of Large Complex Structures

DU Jian-hua1)WEI Wei2)SHEN Hong-yun3)
(Shijiazhuang Institute of Railway Technology1)Shijiazhuang Hebei050041 No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd2)ZhuozhouHebei050011 Hebei Vocational and Technical College3）ShijiazhuangHebei050035China)

In this paper, combined with surveying techniques of the special-shaped bridge with inclined piers, the characteristics, measuring process and the notes on operation of the surveying method of irregular shape of large complex structures are introduced. Practice proves that this surveying method is applicable to all construction projects, especially to the complex structures, which can achieve good economic benefit and social benefit.

special-shaped piers complex structures spatial measurement

A

1673-1816(2014)04-0047-04

2014-10-16

杜建华（1979-），男，河北石家庄人，副教授，研究生，研究方向桥梁施工与控制。

2013年河北省高等学校科学技术研究项目，项目编号：Z2013092。