异形结构建筑施工测量定位控制技术的运用

周育军

（广东省第一建筑工程有限公司 广州510010）

0 引言

当今建筑业科技发展日新月异，人们对建筑物的要求已经不仅仅局限于其坚固性、实用性和经济性，还将其作为一种建筑艺术，使其符合不同的美学要求。本项目为了满足业主对建筑物的精美造型要求，根据建筑物的外形轮廓设计，制定严格的测量方案，以提高测量精度，使得异形结构不仅满足设计、业主方提出的要求，同时又保证施工进度和施工质量达到合同既定目标。本文对异形结构建筑施工测量定位控制技术进行分析，意在为同行业者提供借鉴参考。

1 工程概况

某广场位于广州市白云新城飞翔公司以北，万达广场以南；东为云城东路，西为云城西路，南为云城南一路，北为云城南二路，广州地铁2号线在项目中间穿过，其中总建筑面积约185 643 m2。

本工程主体结构设计成两座塔楼，中间设斜交连廊，俯视就如同“无限”（无穷大）的数学符号“∞”，地上8层，层高5.3 m和4.2 m，地下2层，层高为6.0 m和4.0 m，两座塔楼之间有已有建成地铁2 号线。单层面积大，轴线系统多，且每层外立面造型复杂多变，结构边线均不在同一投影面上（见图1）。标高的控制、建筑物的结构边线控制、测量定位的控制是本工程的重点。

图1 本项目的建筑物鸟瞰图Fig.1 Aerial View of the Building

2 异形结构的测量定位技术

由于本工程造型结构为双向曲扭结构，内缩和外放同时存在，外立面造型复杂，凹凸不平，如果在平面、高程、竖向位移等方面控制不好，就会对测量的精度造成较大的影响。

2.1 主楼垂直度的测量施工难点和措施

难点：由于安置好的测量点位会因为建筑结构受到沉降变形等因素的影响，使安置好的测量点位发生移动，造成通常网点的边长缩短，从而降低了测量的精度，且本工程高空塔吊运转，楼板施工滞后，仪器架设困难［1］。

措施：针对本工程的特点，塔楼四个圆弧角和四个方向中心点在楼层邻边设点，采用坐标法、天顶法、极坐标法和测量机器人复测相结合的联合测量法来进行垂直度的监测和控制，一旦发现偏差超限就及时校正。测量采取分段传递、分段锁定、分段投测的方式，每层传递一次。在高程和轴线引测上，由于本工程主塔楼单层面积大，A 塔楼分9 块进行分段垂直测量，B 塔楼分3块进行分段垂直测量，每层均作为一段控制高度，且现场在两栋塔楼的四个弧形角架设测量机器人复测，轴线的引测采用天顶准直法。本工程A、B 塔楼≤34.97 m，因此按照规范要求全高的精度要求为±10 mm［2］。

利用高精度的垂直度控制网，通过控制结构内控制点的定位轴线以保证全楼的垂直度处于可控状态。仪器选用苏光JC100 激光天顶垂准仪，精度达到1∕100000，并使用铅垂线法进行竖向引测。

投测上来的垂直控制点，选用其他的仪器测量，在同一测站点位上，测量此点的天顶角，本项目选用的是徕卡全站仪（装置弯管）进行检查。全楼垂直度限差要求不大于30 mm［3］。并且在测量的点全部投测转换好完成后，安排测量人员至转换层进行检查。

在投测平台面上的控制点上安置J2 电子经纬仪测角，对量得各测点间的尺寸进行检查。确定视夹角在90°时，误差控制在±1′，边长总长为30 m时，误差控制在±2 mm。

2.2 弧形外立面测量施工难点和措施

难点：外弧线结构半径较大且不一致，每层圆心的位置不统一，放线难度大，无法采用传统的直接拉线法。

措施：建立首级场区控制网；利用首级控制网在基坑周边测设轴线延长线上的点作为二级控制网，对各结构部位实行“外控法”进行施工测量，外网控制采用放线机器人对主控制线进行复测，在建筑物内部建立施工使用的施工控制网，采用施工控制网“内控法”来控制建筑物的平面定位和高程测量［4］，在本工程A、B 栋塔楼每个核心筒外围延伸核心筒四角布置4 个控制点，核心筒放置的4 个控制点直通到A、B 栋塔楼建筑物的结构顶层，用以控制核心筒及外围弧形结构的轴线定位。并且使用3D 激光扫描仪，用于校核建筑物弧形定位点的精度，以及幕墙构件定位校核。装饰、机电、幕墙等分包单位的测量基准点也均由我司提供，保证整项工程采用一套测量控制体系，确保唯一性、合理性。

施工技术及操作要点：

⑴在首层、5层设置控制点转换层以保证墙柱的全面精确控制，A、B 栋塔楼按后浇带划分为多个小区域，各小区域之间流水施工，塔楼区域布置三级控制的原则为每个小区域在测量轴线定位时可以与周边区域定位点形成通视，同时对结构每个弧形结构的圆心点进行坐标定位（见图2），用于复核结构边线的方法之一，以控制墙柱及圆弧结构的轴线［5］。

图2 A、B塔楼建筑内施工测量控制点位Fig.2 Surveying Control Points in Tower A、B Building

⑵弧形结构采用全站仪定位每个弧形结构的边界点，确定弧形的尺寸；在现场实际测量中对每栋塔楼的每层四个外弧形部位各选取两个坐标控制点，建立BIM坐标网时，将在BIM模型中A、B塔楼每层外弧形的坐标控制点（见图3）导入Trimble Field Link软件中［6］。

图3 A栋塔楼四层弧形结构模型放样Fig.3 Curved Structure Model Layout on the Fourth Floor of Tower A

⑶对弧形测量控制点进行复核的工作主要由测量机器人完成，其方法是通过手机、电脑等设备选取BIM 模型中所需放样点，利用测量机器人发射红外激光自动照准现实点位（见图4），将BIM 模型精确、实时地反应到施工现场，并将现场异形结构的实际坐标点与BIM 模型的坐标点进行对比，对产生的误差进行分析，以保证本工程异形结构施工的精度［7］。

图4 测量机器人自动测量弧形结构Fig.4 Measurement Robot Measure the Arc Structure Automatically

⑷弧形结构的模板底部模板按照BIM 模型放样加工后安装，采用“弓弦矢高法”进行施工放样，侧模按照底模的弧度进行安装。保证本工程异形结构施工的精度［8］。

⑸利用3D 扫描仪辅助放样、复核，将3D 扫描仪运用于模板工程、砌体及抹灰工程、机电工程、幕墙工程的复测工作。本工程投入的天宝TX5 3D 扫描仪扫描速率可达到97 万点∕s，主要对钢筋及模板工程、混凝土结构尺寸、结构和钢构件定位等进行全方位、高精度扫描。将BIM 模型与测量机器人、3D 激光扫描仪相结合，对现场测量定位进行复核，通过对现场施工的实际数据和模型数据进行误差分析，及时发现结构定位的偏差，为测量精度控制提供有力的技术支持，达到控制建造精度的目的［9］。

2.3 钢结构连廊测量精度控制

难点：项目有室内室外钢结构连廊，离地高焊接变形大，测量精度难以控制。

措施：对室外连廊及室内连廊进行应力应变监测，监测连廊主体结构的竖向及水平位移量，分析结构在温度变化下的变形以及在风力影响下结构所产生的变化，本工程采用振弦式应变传感器进行应力应变测试，温度监测仪器主要是集成于正弦式应变传感器内的温度传感器及半导体热敏电阻传感器，变形测点总数为55个，测点布置涉及到的具体杆件截面有箱型和H型。根据应力测试要求且不影响结构和构件正常施工，传感器沿杆件轴线方向对称安置于截面两侧。

根据设计总说明的要求，建筑变形测量应符合现行行业标准，本工程变形监测要求等级为一级，监测的精度要求为沉降观测点高差中误差≤0.15 mm，位移观测坐标点中误差≤1.0 mm。测量重点阶段如下：

⑴拼装阶段：通过全站仪进行拼装定位及焊接完成后复测，保证拼装进度。特别注意桁架两端杆件（提升到位后与预装段需对接的）精度，这将决定提升到位后的对接是否能顺利进行。

⑵提升离地面10 cm阶段：复测提升变形后的跨中挠度，桁架两端位移是否均与计算结果吻合。

⑶提升过程：监测各提升点的标高，评估提升是否为同步进行。提升点的高差控制20 mm 以内，否则不同步提升的内力可能与计算能力有较大偏差，导致杆件破坏。

⑷提升就位：指导提升施工，保证提升的标高达到设计标高。

2.4 多角度斜型圆柱测量精度控制施工难点与措施

难点：本工程的斜柱倾斜角度均不相同，同一根斜柱每层斜度也不相同。

措施：本工程A、B 栋塔楼外较多斜柱，斜柱的放线定位关系整体结构的构造精度，在安装斜柱模板时，斜柱的底部模板测量难、精度低，顶部也是如此，因此，如果测量精度不高，将导致保护层厚度难以控制，巩固模板尺寸难以确立。

为了精确定位斜柱，本工程使用了BIM 模型辅助放样，三维呈现斜柱的立体数据。具体措施如下：

⑴将柱子底面和顶面的中心位置用同一个面投影出来，然后计算出两圆心的距离。

⑵分割出每个楼层的斜柱，以楼层为施工区域（以H+1.000 m 为分界线），按照设计图纸找出各自的倾斜角度，

⑶使用BIM 按倾斜角度推算出每一施工区段两个标高点的三维位置，然后将尺寸标注于模型上，作为施工中模板安装及校核的依据［10］。

在本工程的现场施工中，对斜柱进行定位和校核至少采用两个控制点，并运用拓普康全站仪在楼面上进行测量设置，弹出斜型圆柱的水平控制线和投影位置线。在模板安装过程中运用拓普康全站仪与吊线坠相结合，外业与内业相结合的方式对模板加以定位及校核。

3 结语

异形结构的测量施工一直是建筑工程界的一大难题，多向曲面弧形较复杂，轴线精确控制较难，稍有偏移，将造成结构弧形段连接不流畅，影响到整体建筑外轮廓的美观性。所以我们在异形结构的测量施工中，通过采用先进的测量定位控制技术和测量设备，对异形结构进行精密测量，保质保量。本技术适用于复杂的异形结构测量，对类似工程具有一定的借鉴作用。