全站仪与CAD软件在复杂建筑工程测量放线中的应用.doc

全站仪与CAD软件在复杂建筑工程测量放线中的应用随着建筑业的发展，建筑工程设计逐渐多样化、艺术化、要求施工定位测量的技术含量越来越高，测量数据计算越来越复杂。如何正确、快速的对建筑物进行定位成为施工过程中的重点、难点。而AUTOCAD软件和全站仪的应用大大简化了手工计算的工作量，并使工程定位测量变得更快速更精确。 一、复杂建筑工程测量要点: 1、复杂平面图形放线前，首先应充分学习图纸，熟悉图纸设计意图，弄清各种曲线图形的性质。在有多种曲线图形组成的平面图形中，应弄清不同曲线圆弧的分界点、各自的圆心、半径，有关的角度及相互之间的关系等各种因素。 2、对复杂平面图形的施工放线，应确定几根基准控制线及基准控制点，并由该基本控制线和基本控制点逐步导出其他各点、线的位置。 3、对各种不同性质的曲线图形，应建立合适的计算坐标体系，运用相应的数学公式，对施工放线测设时所需的数据进行计算，将复杂的图形、众多的数字进行计算、整理、简化，最终绘制成放线测设简图和有关数据表格，供实地放线测设时使用。 4、复杂平面图形的施工放线检查和校核工作十分重要。在计算1 放线测设所需的有关数据时，应同时计算检查、校核所需要的相应数据，以便实地放线测设时随时进行检查、校核之用。应注意的是，检查、校核所用的数据应用不同计算方法取得。 5、复杂平面图形的施工放线，应尽可能的使用高精度仪器进行测设，并定期检验，保持测设仪器的高精度。测设仪器的高精度是获得高质量放线测设的基础和保证。同时，测量人员应有专人负责，并建立完整的测设资料。 以下就我公司施工的石嘴山市大武口区行政文化科技中心工程为例，介绍该工程A区椭圆形建筑定位测量方法。椭圆形平面布局紧凑、立面比较活泼、富有动态感，较多的应用于公共建筑，如:体育馆、展厅、会议厅，礼堂等。 二、测量特点: 该工程位于石嘴山市大武口新区，分为A、B、C三个区。A区两层局部一层,总高度10.05米;B区一层局部两层，总高度9.90米;C区两层，总高度8.40米。总建筑面积7650?。其中最为复杂的为A区，设计中A区为职工餐厅，餐厅结构呈椭圆形，由三个椭圆构成，椭圆中心分别为:O、O、O。鉴于这三个椭圆不同心且现场地貌起123伏较大，建设单位给定的坐标点距待测坐标点较远，因此就给施工定位测量造成了一定困难。首先，使用经纬仪效率太低;其次，由于本工程定位所需控制点较多造成测量数据计算量大容易出错，因此单纯使用全站仪施测也有一定困难。见总平面图。 2 2F下 沉 广 场A区职工餐厅总平面图 3 三、施工测量方案: 1、仪器: 采用日产的NiKonDTM530全站仪。 2、施测: 方法一: 根据本工程已知的测量条件，先使用坐标放样技术对控制点进行定位再使用极坐标放样技术放出椭圆形曲线。 1?、以甲方给定的已知点作为前视点和后视点，使用全站仪定出1A1J总平面图中?/?、?/?轴处外墙端点坐标: 1J?/?:(4317860.399，106120.736) 1A?/?:(4317814.441，106168.811) 2?、计算O、O、O的坐标分别为: 123O(4317911.774，106121.513) 1 O(4317915.985，106121.052) 2 O(4317921.747，106121.649) 3 3?、分别计算椭圆短轴与椭圆圆周的交点坐标(三个椭圆上各取一点)。 短轴与椭圆交点1:(4317942.084，106139.013) 短轴与椭圆交点2:(4317952.633，106134.390) 短轴与椭圆交点3:(4317969.564，106125.832) 4?、在AUTOCAD中分别以O、O、O圆心，每5?做一条直线与123椭圆圆周相交，交点把椭圆分成若干段曲线，通过交点的连线所构成4 的闭合曲线近似于椭圆，焦点越密集，近似程度就越高。 5?、计算圆心至此交点的距离或直线与椭圆圆周交点的坐标。 6?、取得数据后分别以O、O、O为控制点，再以椭圆短轴为起123始边使用全站仪施测。 方法二: 根据本工程已知的测量条件，仅使用坐标放样技术对控制点进行定位，放出椭圆形曲线。 1?、同方法一 2?、同方法一 3?、同方法一 4?、分别以O、O、O坐标中心点建立坐标系，X方向为椭圆长231轴线，Y方向为椭圆短轴线。 5?、在X轴上取等分点Y=0、1、2、3、利用椭圆标准方程求出Y值。或用极坐标反算直角坐标。 6?、将计算结果列表，供放线人员使用。 X 0 1 2 3 4 5 6 7 Y 0 测点布置以椭圆O1为例，见下图: 5 椭圆O定位图 16 施工测量控制点数据表 O: 1序号 角度? 距离(M) 序号 角度? 距离(M) 1 0 35.000 17 80 49.804 2 5 35.068 18 85 49.233 3 10 35.272 19 90 48.343 4 15 35.614 20 95 41.812 5 20 36.093 21 110 40.550 6 25 36.712 22 115 39.396 7 30 37.470 23 120 38.366 8 35 38.366 24 125 37.470 9 40 39.396 25 130 36.712 10 45 40.550 26 135 36.093 11 50 41.812 27 140 35.614 12 55 44.540 28 145 35.272 13 60 47.209 29 150 35.068 14 65 49.233 30 155 35.000 15 70 49.804 31 160 35.068 16 75 50.000 32 椭圆O2、O3的施测方法与椭圆O1相同，此处不再详细叙述。以7 上内容是本工程测量具体步骤，在此过程当中充分应用了AUTOCAD图解技术与全站仪测量技术。 四、 AUTOCAD图解技术在全站仪测量技术中的应用 1、在AUTOCAD 中建立测量坐标系:纵坐标为X轴，横坐标为Y轴，使其与设计坐标系一致。 2、按比例正确绘制工程测量平面图或使用设计单位提供的电子版图纸。 3、依据建设单位提供的前视点和后视点在施工现场对待测设点进行定位。 4、使用AUTOCAD图形计算功能获取施工图中不明确的放样点的坐标值(通过“查询”命令直接得出)，使用全站仪坐标放样功能进行定位。 5、对多角度圆弧形曲线可在AUTOCAD中绘制出起点坐标、曲线半径、方位角、终点坐标采用全站仪极坐标放样功能进行定位。 6、编辑、储存测量数据。 五、 总结 用全站仪进行观测时，必要的观测数据，如:斜距、天顶距、水平角均能自动显示，而且几乎在同时得到平距、高差和点的坐标。因此全站仪的应用将越来越广泛。同时，由于建设规模日益增长，建设工程日趋复杂，造型独特的建筑物越来越多，导致工程测量的数据计算量增加。因此，应用AUTOCAD制图软件进行图纸分析，加快了处理测量数据的速度;减少了内业计算的工作量;加强了数据处理的准确性;避免了人工计算中的错误;提高了数据精度;尤其提升了曲线较多的工程的测量精度;高质量的满足了施工测量的需要。第二章 工程测量在桥梁施工放样中的技术要求 第一节 工程测量在桥梁施工放样中的应用 在桥梁工作实践中，为了保证桥梁各部结构符合设计和规范要求，更好地掌握和控制工程施工数量，测量人员需要不断地放样、检查、监控各部结构施工，内、外业工作量极大。施工放样的精度又关系着桥梁施工的质量和进度。近些年来，工程施工大多已采用项目法管理，人员精简，工程规模又越来越大，如何在保证测量精度的前提下，提高施工测量放样效率就显得十分重要和有其现实意义。选择合适的测量放样方法，养成严谨的复核习惯，建立严格的测量工作制度会取得事半功倍的效果。 施工放样须遵循先整体、后局部的原则，先放样精度高的点，复核正确后，可以继续放样其他点，也可以利用先放样的点，再放样精度低一些的点。 - 4 - 郑州工业安全职业学院 第二节 桥梁施工中的已知高程放样 桥梁工程中施工放样一般包括:已知距离的放样、已知水平角的放样、已知高程的放样和平面点位的放样。前两者的放样基本上是平面点位放样中的一部分，或就是其的另一种形式:两个点确定一条线段。已知高程的放样可以采用几何水准法，也可使用三角高程法，最好采用两种方法互相复核。 第三节 桥梁施工中的极坐标放样法 桥梁点位放样常用的放样方法有坐标放样法和极坐标放样法。极坐标法进行放样，就是置镜一控制点，后视另一控制点，输入放样点坐标或调整好方位角后输入距离，即可放样出预定点位，并采用置镜另一控制点点进行复核，同时可实测相邻两工作线偏角和相邻墩台的交点距进一步检核。长度差值在 10mm 限差以内，拨角检测的横向偏差在 23mm 内时可以为定位正确，其误差可在邻近放样点内作适当调整。坐标放样法实际上是将计算公式固化到全站仪中，通过电子读数，直接带入公式计算得到坐标。在实践中，因放样前不知点位和坐标系在场地的走向，反而不如极坐标法来的方便和快捷。 X 轴和 y 轴偏差值的调整不如在指定方向上一定距离的移动来的方便和迅速。全站仪既可以使用坐标放样法，也可以使用极坐标放样法，显示的差异在于显示模式的不同，但预先准备的放样数据是不一样的，分别是坐标和方位角(极角)加距离(极距)。这两种方法可以使用全站仪进行，也可使用经纬仪配合测距仪使用，后者在现场使用可编程的计算器中预见编好的程序，一样方便。 第四节 施工放线中各种误差的影响因素 施工放线中还可运用经纬仪方向交会法、圆弧弦线支矩法、外控法等测量方法。 方向交会法放样在工程测量过程中经常使用，它具有施测方法简单方便，精度高等优点。特别是在不方便测距的情况下，如在水上施工中，水上目标固定困难，测距不方便，此时用方向交会法定位就显得方便快捷。 但与极坐标法或- 5 - 郑州工业安全职业学院 坐标法相比可以很明显地看出后者在外业方面的优点。此外，后者很大程度上也减少了测量放样对现场施工的干扰。从内业精度上分析，极坐标法测设构筑物的测设元素(极角和极距)，对于在同一个测站上所测设的各点，除后视定向误差(即导线点本身的误差、仪器安置误差、后视瞄准误差等综合影响的反映)外，各测点拨角和量距误差都是独立的。也就是说，同一个测站所测设各点误差不积累、不传递，即点与点之间的误差是独立的。此外，极坐标法可以在导线点上直接放样构筑物中线点和构筑物边桩点，较之传统的放样方法减少了测设构筑物主要控制桩的误差、护桩的误差、恢复桩的误差、中桩测设误差等的影响。 第五节 平面控制网的测量精度等级要求 利用极坐标法或坐标法进行施工测量 , 可以解决了某些墩台轴线护桩难以测设的问题 , 加快了外业工作速度 , 减少了外业工作的劳动强度。同时 , 这种方法还可以将整个大桥的所有墩位纳入同一个整体网中 , 避免了个别墩位发生偏移的可能性 , 实践表明 , 此方法是一种行之有效的施工测量方法。 公路桥涵施工技术规范( JTJ 041-200 )的 3.2.1 条要求:桥墩中心线在桥轴线方向上的位置中误差不应大于? 15mm 。根据桥梁长度的不同，其相对中误差也不一样。平面控制网的测量等级按桥长的不同分为五个级别的测量等级。 等级 二等三角 三等三角 四等三角 一级小三角 二级小三角 20005000m 10002000m 5001000m 桥位控制 5000m 500m 的 测量 的特大桥 的特大桥 的特大桥 的特大桥 大、中桥 3km 2km 1km 0.5km 0.3km 平均边长 ? 1.0” ? 1.8” ? 2.5” ? 5.0” ? 10.0” 测角中误差 起始边边长 ? 1/250000 ? 1/150000 ? 1/100000 ? 1/40000 ? 1/20000 相对中误差 最弱边边长 ? 1/120000 ? 1/70000 ? 1/40000 ? 1/20000 ? 1/10000 相对中误差 - 6 - 郑州工业安全职业学院 测量精度高于放样精度，在放样后，需更换基站点和后视点对放样点进行测量，检核放样点位。 第三章 桥梁工程施工放样方法与方向交汇法 第一节 控制网点位中误差与精度要求 极坐标放样法各个阶段的误差对放样点位的影响值可以按如下方法分别计算(采用测角精度 2” ，测距精度 3mm +2ppm 的全站仪): 1、 控制网点位中误差对放样点位的影响值 m 。 1设测站 A 的点位中误差为 MXA 、 MYA 。若不考虑 MXA 、 MYA 的互协差，则其对放样点位的影响值为: ? 2、 用全站仪测设角度，主要误差来源包括仪器的对中误差 mr 和角度测设中误差 m 。由于主要平面控制点一般采用强制对中，故对点精度可以取? 1.0mm ，加上角度测设中误差 m 对放样点位的影响，可按下式计算: - 7 - 郑州工业安全职业学院 ? 式中: ”: 以秒为单位的角度; m 单位为秒; L :为测站点到放样的水平距:离。 3、 放样距离 L 的测量误差对放样点位的影响值，通常采用全站仪的标称精度(bmm+amm ， 1ppm=1mm/km )来计算距离放样误差对放样点位的影响，具体计算公式如下: ? 式中: a- 固定误差， mm ; -6-6b- 比例误差系数，以 10 为单位或以ppm(百万分率)代替 10 ; L- 距离值， km 。 当空气温度测定精确到 1 ?，大气压测量精确到 300Pa ，相对湿度测定精确到 20% ，则距离测量的精度可达到 3mm +2ppm ，因此取 a=3 ， b=2 代入?式计算此项影响。 综上所分析，根据测量误差传播定律，放样点的点位误差可按下式计算: ? 由式?可知放样点离开测站点愈远，则放样的误差愈大，根据一般桥梁放样最大边长 700m 及最不利因素，可推算平面点位总误差 m 。 总m 总 =因此采用常见的测角精度 2” ，测距精度 3mm +2ppm 的全站仪按最不利因素考虑都可以满足公路规范要求:桥墩中心线在桥轴线方向上的位置中误差不应- 8 - 郑州工业安全职业学院 大于? 15mm 。如需更高精度，可以提高测量控制网精度(减少测站的点位中误差和提高起始边的精度)和使用更高精度的测量仪器。 在同样测量设备和测量条件下，坐标法与极坐标法只是计算公式的差异，精度基本上与极坐标法一致。 第二节 方向交汇法在施工放样中的使用方法 两点方向交会法的定位方法及精度作简单的分析。 假设现有两已知点 A 、 B ，须定位待定点 C 。(如下图图1) C 点坐标已知，先进行内业计算，用余切公式 :图2 反算出? A 、? B 的值，或直接用坐标反算公式，算出边 AC 、 BC 的方位角。在外业实际操作中，在两已知点同时架设经纬仪，相互后视定向，然后将经纬仪分别旋转? A 、? B ，或将经纬仪拨至边 AC 、 BC 的方位角，此时两经纬仪视线的交点就是待定点 C 。 方向交会法的定位误差与待定点 C 相对于已知点 A 、 B 的位置有关。根据计算待定点坐标的计算过程来分析定位精度，(从两已知点 A 、 B 及夹角? A 、? B 来计算待定点 C 的坐标，与已知待定点 C 的坐标反求出夹角? A 、? B 再在现场定出待定点 C ，其计算原理与公式是一样的。所以放样与求待定- 9 - 郑州工业安全职业学院 点的精度求算是一样的。)已知 AB 的边长 S 及? A 、? B 的值，先求 AC 的长度 b 及坐标方位角 , 然后按坐标正算公式求 C 点的坐标，即 图3 AC式中 b 、 不是直接观测值，可由下式计算 图4 AP将( b )式代入( a )式并对? A 、? B 取微分并转 为中误差为 : 图5 设 m =m =m, 表示测角中误差，待定点点位中误差为:(不考虑两已知?A?B点的点位误差) 图6 现在就上式分析待定点相对于已知点的位置不同时，交会待定点的精度变化情况。分两种情况加以分析。 第一种待定点在过 A 、 B 、 C 三点所作圆的圆周上，此时所有在圆周上交会点的交会角均相等，即点位中误差公式中分母不变， mc 的大小只与分子有关，将其求导分析后得知，在 AB 已知边 S 和测角中误差 m 一定的条件下，当? A= ? B 时，交会角? C , 90 ?时， mc 最大;交会角? C , 90 ?时， mc 最小;交会角? C=90 ?时， C 点在圆周上的任何位置 mc 值都不变。 第二种待定点 C 在 AB 连线的垂直平分线上(即对称交会)，此时? A= ? - 10 - 郑州工业安全职业学院 B ，进行求导分析后，得 图7 当满足上式时，求得 mc 的值必将是最小值。求得? A= ? B=3 5 ? 15 52 ，即在交会角 ? C=109 ? 28 16 时 mc 值最小，待定点在这个位置的精度最高。综合两种情况，交会点的位置最宜与选在与已知点构成等腰三角形，且交会角要大于 90 ?，最佳位置为 109 ? ; 当交会角小于 90 ?时，靠近已知点的位置较好，而不宜与已知点构成等腰三角形。 第三节 实际施工测量中方向交汇法的具体应用 以上分析的理论条件下的定位精度情况，在实际生产中，往往不能达到这种条件要求，不同的情况下对定位要求也不一样。譬如在桥梁施工测量中，用方向交会法定位水中墩时，分为两种情况。一种是置镜点位于同一河岸桥中线上下游两侧的对称交会，另一