基于规划管理的大型复杂建筑测量研究与实现

高建伟，周广华，宣 伟

（1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060；2.武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070；3.东华理工大学江西省数字国土重点实验室，江西 南昌 330013）

大型建筑工程（特别是地标工程）为了最快最优的实现社会和经济效益，往往建筑体量大、建筑造型复杂、项目工期紧，而传统的规划测量技术和作业模式难以满足工程建设及规划管理的要求。基于此，本文分析了广州萝岗万达广场全部规划测量项目内外业一体化作业模式，阐述了作业平台互通，信息数据共享，综合运用三维激光扫描等新技术的施工过程，为复杂造型建筑测量提供参考。

1 主要技术内容

1.1 规划测量内外业一体化作业模式

广州萝岗万达广场规划测量贯穿项目建设的全过程，包括设计阶段的1∶500 数字化地形图测绘及地下综合管线探测、施工阶段的规划放线测量、竣工阶段的规划验收测量。如图1 所示，项目采用基于外业测量系统、图根导线综合处理系统、广州市规划基础信息化测绘平台“三合一”内外业一体化作业模式[1]，实现了测量数据采集、处理、地形图绘制、管线图绘制及建筑物平、立、剖面图绘制、建筑物面积计算、数据入库等规划测量内外业的一体化作业，使规划测量工作统一化、规范化、系统化，减少了错误发生的概率[2]，提高了工作质量和效率。

1.2 三维激光扫描测量技术应用于规划验收测量

如图2 所示，广州萝岗万达广场项目由多栋塔楼和裙楼组成，建筑的样式多，结构复杂，裙楼外观设计呈现自然流动的弧形，利用常规全站仪及人眼识别定位外围轮廓线会产生很大的误差。另外，建筑高度不一致，最高处达到105 m，且存在弧形屋面，用全站仪难以定位采集建筑物最高点处的高程。项目将三维激光扫描测量技术应用于规划验收测量[3-4]，解决了复杂建筑定位及测量的难题。

图1 规划测量内外业一体化作业模式

1.3 “一步测量法”的应用及优化

项目外业测量创新性的改进“一步测量法”[5]，记录导线与碎部测量的原始数据，避免了图根导线平差后导致坐标改化引起的碎部点误差，扩展了“一步测量法”的应用范围。此外，为适应优化后“一步测量法”，编制了基于全站仪外业测量系统及图根导线数据综合处理系统，使规划测量内外业数据衔接。

2 主要技术实现

2.1 规划测量内外业一体化作业模式的技术实现

1）内、外业数据一体化。如图1 所示，此部分实现外业原始数据到平台导入数据的衔接，为各平台、各模块间实现相应功能提供数据来源和基础，主要实现流程如下：

①数据采集：利用外业数据采集系统并采用优化后的“一步测量法”采集数据（如图3）。

图3 优化“一步测量法”原理示意图

②数据处理：利用图根导线综合处理系统识别、分离采集数据中的导线和碎部数据，再进行导线及碎部点计算，输出控制点、碎部点坐标文件。

③数据导入：利用广州市规划基础信息化测绘平台导入控制点、碎部点数据。

2）内业各模块功能一体化。广州市规划基础信息化测绘平台是基于EPS2008 地理信息工作站开发，如图1 所示。通过建立不同的模板[6-7]形成不同的功能，包含管线探测、基础测绘、规划放线、规划验收等模块，各功能模块之间既相对独立又互相统一，在共享基本信息和基础数据的基础上实现各自的功能。

①各模块功能实现方式：各模块在共用编辑、处理、绘图等功能菜单的基础上，通过建立个性化功能菜单实现各自功能。

②基本信息及地理数据共享：各模块基于同一平台，共享项目属性、建筑及规划要素、地理数据、注记等。

③成果对比及检查：通过叠加成果图，可进行建筑平面位置、间距等要素比对，确认建筑物放线、验收相互的位置关系，检查各成果要素的符合性、正确性等。

3）数据成果输出、入库一体化。如图1 所示，利用平台各个功能模块生成的地下管线图、数字地形图、规划放线及验收平面位置图等数据成果，满足市城乡规划空间资源平台及院地理信息管理系统的直接入库要求[8]。数据成果输出、入库一体化，直接为规划审批及数据管理、更新服务。

2.2 三维激光扫描测量技术的应用

将三维激光扫描测量技术应用于规划验收测量，得到反映建筑物表面几何结构的三维数据模型，从而绘制出建筑物的平、立面位置关系等。本次采用FARO 3D X330 高速三维激光扫描仪，扫描距离330 m，距离精度±2 mm，作业流程如图4 所示。

图4 三维激光扫描测量作业流程

1）三维激光扫描数据采集。项目涉及建筑物数量多，建筑之间存在遮挡，设置多站进行三维激光扫描测量，保证数据的完整性及精度，扫描现场即可获得被扫描目标的缩略图，进行初步检查。

2）三维激光扫描数据处理。外业获得点云和影像两类数据。内业数据处理通过数据加载、多站数据拟合匹配、影像加载等实现，其中多站数据拟合匹配是影响成果质量的关键环节。在点云拼接和影像数据配准后，实现了建筑物实景复制，可进行切片处理、距离量算等操作。

3）立面图绘制。项目采用立面投影及立体量测的方式进行立面测量，通过选取建筑立面点云、拟合及投影、CAD 制图等步骤完成立面图的绘制。

图5 立面点云及矢量图

4）分层平面图绘制。将点云数据投影到水平面，通过描绘最大外围线的来绘制复杂造型建筑轮廓，绘制原理及结果如图6 所示。

图6 复杂造型建筑轮廓绘制图

建筑物各分层角点通过切片法[9]来获取，表1 为部分全站仪测量建筑物角点与三维激光扫描角点坐标对比表，三维激光扫描测量精度符合规划验收要求，即可综合利用全站仪及三维激光扫描仪的测量数据获取建筑各个角点坐标，进行分层平面图绘制及分层面积计算。

表1 全站仪测量建筑物角点与三维激光扫描角点坐标对比表

3 结 语

规划测量内外业一体化作业模式的运用，实现了作业平台互通，信息数据共享，统一的成果输出，减少了错误发生的概率，提高了作业效率，并综合运用三维激光扫描等新技术，解决了复杂造型建筑测量的难题。此外，规划测量工作贯穿了项目建设的全过程及规划审批用地、建管、验收各阶段，为项目选址、用地、修建性详细规划、报建、竣工等规划审批、为规划管理部门提高规划行政审批效率、为建设单位取得用地规划许可证、建设工程规划许可证、规划验收合格证等提供了全方位的技术支持[10]，为类似的规划测量项目起到很好的示范作用。