数字化施工测量.pdf

第 2 3卷 第 5期 2 0 0 5年 9月 市 政 技 术 Mu n i c i p a l En g i n e e r i n g Te c hn o l o g y V0 1 ． 2 3 No ． 5 S e pt e mb e r ， 2 0 05 文章编号 1 0 0 97 7 6 7 2 0 0 5 0 50 3 2 10 2 数字化施工测量 谢彬 ， 姚 晓春 天津市城建集 团三公司 ， 天津3 0 0 1 1 3 摘要 将 C A D C o mp u t e r A i d e d D e s i g n 技术引入到施工测量 ， 利用计算机将设计 蓝图转化为矢量 化电子 图形 ， 不 仅可 在工程 中指导施工放线 ． 而且 为交通地 理信 息系统 G I S T 提供 了较 为详 实的数据 资料 。 文 中通过实例 ， 介绍了该项技术 在交通 导行 的方案设计 、 施工轴线控制 网的放线 和某桥桩位定位等工作 中的应用 ， 实践证 明取得了 良好的效 果。 关键词 工程测量 数字化工程测量 ；全站仪 ；C A D技术 文 献标 识码 T P 3 91 ． 4 1 中图 分 类 号 B Di g i t a l i z a t i o n o f Co ns t r uc t i o n Su r v e y XI E Bi n， YAO Xi a o c h u n 随着测绘仪器与计算机技术的不断发展 ， 新型电 脑 型 全 站仪 的广 泛使 用 ，加 速 了我 国测 绘 技 术 的发 展。 目前 ， 国内众多测量单位已广泛采用全站仪进行 野外数据采集 ， 然后通过数据电缆将全站仪与计算机 相 连 ， 利 用计 算机 成 图软件 直接 在 电 脑上 生 成矢 量化 的电子地 图 ， 实现 数字 化测 图。其 流程 见 图 1 。 图 1 数 字 化 测 图 流 程 工 程 测 量包 括 地 形 勘测 、 施 工 测 量 、 竣 工 测 量 以 及 变 形 监测 等 ， 将 这 些 过 程搬 上 计 算 机 ， 便 可 利 用 电 子 绘 图来完 成这 些 工作 。 这一 过程 恰 好是 数字 化测 图 的一个 反过 程， 其 流程 见 图 2 。 图 2数 字 化 施 工 测 量 流 程 图 收稿 日期 2 0 0 4 1 2 0 8 作 者 简 介 谢彬 1 9 7 6 一 ， 男 ， 河北青县人 ， 工程师 ， 主要从事市政 工程 技术管理工作。 1 交通 导行 施 工方 案设 计 在 天 津地 铁 一 号 线 海 光 寺 站 改造 工 程 的前 期 准 备阶段 ，我们采用数字化测量方法进行 了交通导行 、 管线 切 改 以及办 公 区布 置等 方案 的设 计 。首 先 ， 测 量 人 员利用 全 站仪 对施 工 范 围进行 测 量 ， 采集 了周 围建 筑物 及重 要 管线 等地 物 的三 维坐 标数 据 ， 并 输 入 到 电 脑 然后根据设计蓝 图提供 的工程点位要素 ， 将工程 本身也放人图中， 形成施工现场矢量化 电子地 图。 在这 张底 图上 ，如果 把 现 场 需 要 切 改 的管 线 加 上 ， 就形 成 包 含 各 种 管 网 的管 线 综 合 地 形 图 。 同样 ， 用 C A D 软 件 还 可对 图纸 进 行一 系 列修 改 ， 以符 合设 计 意 图。 不 过在 修 改 之前 ， 要 做备 份 。 除 此 以外 ， 还 可 利 用 工 具 实测 实量 以及 查 询 坐 标 ，真 正 体 现 其 矢 量 化 的意义 在 地铁 一 号线 工程 交通 导 行方 案设 计 中 ，首先 ， 按 照交 通部 门和工 程 围挡要 求 ， 将 原状 道 路 与工 程关 系 在 图上 显 示 出来 ， 然后 利 用 C A D 中 的绘 图工具 绘 出线 型 ， 设计 出道 路 ， 真 实地 反 映 出导 行 辅 路 与其 他 建 构筑物及工程的关系 ； 同样 ， 也方便地 完成了办 公 区及 施 工 现 场 的平 面 布 置 ， 结 合 工 程 实 际 ， 设 计 出 具有 准确 位 置 的总平 面 图 。 2施工 放线 地理信息系统与其 他信息系统最显著的差别 在 于其存储和处理的信息是经过地理编码的 ， 它能够真 实反映各点的空间位置。沿着这一思路 ， 我们可 以利 维普资讯 3 2 2 市政 技术 第 2 3卷 用 由 C A D 技 术 生成 的矢 量 化 电子地 图 ， 来 指 导施 工 放 线 ， 这 是 其用 途 中最 核心 的部 分 。其 基本 原 理是 将 设 计坐 标值 输入 到 电子 地 图中 ， 或将 设 计蓝 图扫描 到 计 算机 上 如果 采 用 扫描 ， 则 需将 栅 格 图形 转 换 为 矢 量 化 图形 以进行 编辑 ． 扫描矢 量 化软 件 可 以到南 方 测 绘 网站 w ww． s o u t h s u r e y ． c o rn 上 免 费 下 载 ，软件 名称 叫 C AS S C A N 。一般 来说 ， 扫描 矢量 化后 的 电子版 蓝 图 ， 往 往是 表 明 工程 各 结 构 之 间 的 相对 关 系 ， 其 比例 与坐 标需 经过 一 系列缩 放 与转 换 ， 才 能生 成 与施 工坐 标系统 相统一 的坐标 系 。仍 以天津 地铁一 号线海 光寺 站 改造 工程 为例 ，试介 绍 C A D 技术 在施 工放 线 中 的 应 用 。 首 先 ， 测 量 人 员 可 根据 设 计 数 据 ， 做 出 电子 版 的 施 工控 制 网 。本 站设 计要 求 是先 确定 出 中轴线 ， 然 后 利用 与 中轴 线 的距离 关 系 ，推 出其他 纵 轴 和横 轴 ． 组 成轴线控制网， 以控制整个建筑结构。设计给出中轴 线 的 4个控 制 点坐 标 a l 、 a 2 , a 3 、 ￡ L 4 其 中 a 2 一 a 3 ， a 3 一 a 为 曲线 ， 并 给 出半径 及 圆心 坐标 。 利用 这些 已知数 据 即可 在 电子地 图上做 出 中轴线 ， 同时 中轴 线上 每 一个 点都 已统 一 成大 地坐标 。 根据 设 计蓝 图 上标 注 的距离 以及 中轴 与其 他 轴 之 间 的 角度 关 系就 能 做 出 其他 轴 线 ， 从 而组 成轴 线 控制 网格 。 有 了轴线 控 制 网 ， 就可 以根 据轴 线 网绘 制 地铁 站 的整个外轮廓及其 内部结构 ， 这是完成数字化工程测 量的第二步。本工程属于深基坑作业 ， 设计要求采用 灌注桩与高压旋喷桩作为主要 支护结构 ， 此 外 ， 构成 整个支护系统的还有上下两层 横撑 、 腰梁 、 冠梁及工 具 柱等 。仅 就这 些结 构 的节 点就 有 7 0 6个点 位 ， 而 且 每一个点都必须精确定位 。 有了地铁站整个外轮廓以 及 支护 系统 的结 构 点 位 ， 就 可 以 根 据 设计 要 求 ， 将 整 个支 撑要 素都 放 到 电子地 图上 去 。 完 成 电子地 图这些 内容之 后 ， 测量 组 所有 内业工 作就 完成 一多 半 ， 因为 我们 从 电子 地 图上 可 以捕 捉显 示在 图 上的任 一 点 的坐标 ，然 后将 它 传输 给 全站 仪 ， 在 实 地进 行放 样 。 3利 用 C A D 进 行计 算桩 位检 核 由于矢 量 化 电子地 图 能全 面 、 准确 地反 映 设计 坐 标 的位 置 ，所 以我们 可 以用 它来 检算 数 据 的正 确性 。 例 如 ， 在 开 发 区某 桥 梁 工 程 中 ， 线 路 中线 由直 线 与 圆 曲线两部分组成， 桥基为灌注桩。测量人员需要计算 其灌注桩桩位。用传统的计算方法 ， 直线部分非常容 易解决 ， 而曲线部分就比较容易出错。为了检算是否 正确 ， 我们按照设计要求 ， 先将其 中轴线画在计算机 上 ，然后根据边桩到中线的距离在图上进行偏移 ， 与 中桩平行 的偏移线就是其边桩 中心线 再根据横向设 计间距 ， 计算 出每小段弧对应 的偏转角度 ； 以圆心为 旋转 中心 ，用 C A D 的环形 阵 列工 具 作 出各 段 弧所 对 应的法线 ，法线与中心线的交点即为灌注桩点位 ； 最 后用 该 点位 坐标 与计算 值 进行 比较 ， 即可 确定 正误 。 4施工 过程 的 控制 在 C A D上 生成 的 电子 图形 具有 实 时捕 捉 空 间位 置要素的特点 ， 同时能够进行要素编辑 。在施工过程 中有很多情况是不可逆 的， 即 两道工序相互联系而 又有次序 ， 在前面一道工序完成并被掩盖后 ， 下一道 工 序 将 会无 法 确 定 前 一工 序 的完 成 情 况 。 有 了 电子 地 图之 后 ，我 们 就 可 以 提前 将 前 一 工 序 的设 计 情 况 画在计算机上 ， 等进行下一工序时． 直接 在电子地图 上 进 行设 计 ， 并 且 利用 C A D里 的工具 进 行 动 态 模 拟 上一工序 的完成情况 ，从而有效地控制下一工序的 精 度 。 5精度 评定 在 利 用 电 子 地 图 进 行 施 工 放 样 前 ， 还 可 用 比 较 法 对 其 精 度 进 行 评 定 。 假 设 两 个 已 知 点 A f 2 9 9 5 7 8 ． 3 6 2 ， 9 7 8 2 3 ． 3 3 6 ， B 2 9 9 4 4 9 ． 4 3 5 ， 9 7 7 0 9 ． 0 0 8 ． B C 边 长 为 1 2 0 I T t ， A B C 1 3 2 ． 2 3 5 。 ， 由此可 推 算 出 C点坐 标为 2 9 9 3 3 0 ． 1 3 7 ， 9 7 7 2 1 ． 9 6 7 ； 通过 C AD作图计算所 得坐标为 2 9 9 3 3 0 ． 1 3 6 8 ， 9 7 7 2 1 ． 9 6 6 9 ， 若小数点保 留 到毫 米级 ， 则 计算结 果 完全 吻合 。 其 实将 C A D 中度 量 单 位重 新设 定后 ， 可 保 留到小 数 点后 1 0位 ， 而 我们 的 全站仪最高也 只保留到小数点后 四位。在实 际放线 时 ，每 一 步 都 经 过 认 真验 核 ，实 践 检 验 后 证 明 ， 用 C A D 进 行施 工 坐标 计算 是满 足精 度要 求 的。 6结语 当前 ， 计 算 机 、 全 站 仪 的 数字 化 测 量 方 法 应用 十 分 广泛 ， 在地 籍 管 理及 勘 测 工 作 者 手 中 ， 他 们 已经 在 基 于 A UT OCA D 技 术 平 台上 开 发 出 更 为 专 业 化 的 地籍 及 地形 制 图软 件 ， 使 用 起 来 更加 方 便 快 捷 ， 只是 目前 这 种软 件 费 用 还较 高 ； 在 工程 测 量 领 域 ， 经 过 地 铁海光寺站改造工程中的实际应用 ，表明数字化施 工测 量在 方 案 设 计 及施 工 放线 等 方 面 的应用 ，既 简 化 了内业 计 算 ，也使 现 场 施 工 放 样 的 各 点位 置 更 加 准 确 直 观 。 参 考文 献 [ 1 】 郑子 罕． 计算 机辅 助设计基础 [ M】 ． 北 京 人 民邮电出版社 ， 2 001 ． [ 2 ] 谢刚生 ， 邹 时林 ． 数字 化成图原理 与实践 [ M] ． 西 安 西安地 图 出 版 社 ， 2 o 0 0 ． [ 3 ] 邬伦 ， 等． 地理信息系统原理 、 方法和应用[ M] ． 北 京 科学 出 版 社 。 2 0 01 ． 维普资讯