大型复杂结构精确测量定位控制技术在佛山市某医院医疗综合楼的应用

目录2.1课题的背景与提出 192.2空间坐标精确定位控制技术 192.3空间坐标精确定位控制技术在佛山市*****院医疗综合大楼的应用 202.3.1佛山市*****院医疗综合大楼空间坐标精确定位控制技术的特点 202.3.2佛山市*****院医疗综合大楼工程施工控制测量 222.3.2.1施工控制点的布设 232.3.2.2施工控制网的观测及精度评定 262.4关键技术、实施效果与创新 272.4.1关键技术 272.4.1.1几何强度高的施工控制网272.4.1.2安全稳定的控制点及控制桩272.4.1.3适当的密度及完全通视272.4.1.4合理的精度要求 282.4.2实施效果 292.4.3创新 292大型复杂结构精确测量定位控制技术2.1课题的背景与提出在工程建设中，施工测量是施工各工序中非常重要的组成部分之一。施工测量是指将图纸上设计好的建筑物（构筑物）的平面位置和高程标定在实地上的工作。建筑物的形状和大小（几何特性）是通过其轴线特征点在实地上表示出来的。因此，轴线点的标定是建筑物施工放样的基础。目前建筑物（构筑物）轴线点的放样方法主要有：极坐标法、直角坐标法、前方交会法和边长交会法。其中，极坐标法应用极为广泛；直角坐标法主要适用于建筑施工坐标系的坐标轴与建筑物主轴线平行或垂直时的情况；前方交会法又称角度交会法主要适用于已知两方向而不便量距时的情况；边长交会法又称距离交会法主要适用于便于量距、地势平坦、定位点距已知点较近的施工场地的情况。以上四种方法均为二维平面(x、y)的定位测量技术，第三维ZH定位通常是通过高程放样实现（即传统的放样方式为：平面放样+高程放样），是一种2+1维施工放样测量技术。随着现代建筑施工技术的发展，建筑物（构筑物）的结构越来越复杂，对施工测量技术和方法要求也越来越高，急需寻求一种新的放样方法和技术，以提高传统的2+1维放样技术，本课题的空间坐标精确定位控制技术正是基于此而提出。空间坐标精确定位控制技术是一种真三维施工测量技术，该技术具有作业简便、精度高、成果可靠等特点。把空间坐标精确定位控制技术应用于工程建设施工过程中，不仅可完成常规测量工作，而且对现代复杂建筑物进行实时监控和空间定位起到不可替代的作用。2.2空间坐标精确定位控制技术空间坐标精确定位控制技术就是先建立三维空间坐标系，利用测量仪器准确观测定位信息，通过计算获取待定点的空间三维坐标。设安置仪器的测站坐标为（、、），待定点P的观测信息为：水平方向的坐标方位角α，铅垂面内的垂直角β和斜距S，通过观测定位点的准确信息，经计算得出待定点P的空间三维坐标，如图2.1所示。图2.1空间三维直角坐标系2.3空间坐标精确定位控制技术在佛山市*****院医疗综合大楼的应用2.3.1佛山市*****院医疗综合大楼空间坐标精确定位控制技术的特点佛山市*****院医疗综合大楼（以下简称医疗综合大楼）工程占地面积达13671㎡，大楼东西向总长152.264m，南北向总长107.464m，总高达89.1m。建筑面积114000平方米，地下室2层，地上23层，其中裙楼5层。地下室面积21000㎡，裙楼单层面积8023㎡。南面与亲仁路平行，西面与汾江路平行，西南角呈半径为17.08m、圆心角为109.34度的圆弧形状；主楼单层面积为2848㎡，平面外形呈夹角为109.34度的“八”字型，开口朝向***路与***路交汇处，向南、向西二个肢端相互对称，并分别与***路、***路相互垂直。医疗综合大楼造型效果、平面示意图如图2.2、图2.3所示。综合大楼体型复杂、平面曲线、折线多，轴网复杂、平面外形极不规则、空间上分布着高低错落的七个标高层的屋面，加之受场地条件的限制，为测量工作带来极大难度。为了保证轴线投测的精度，真正做到空间坐标精确定位控制技术，课题组提出利用真三维施工测量技术，在基础工程平面控制采用外控引测法，主体工程平面控制采用内控引测法来进行空间坐标精确定位。因医疗综合大楼建筑造型复杂，定位坐标系多，相互关系复杂，如何精确控制建筑物的内外形状成为关键。而建筑物内部结构复杂无法固定测控点，必须通过外部测控点进行引测，利用计算机软件计算坐标点，再进行现场投放和闭合复核。图2.2医疗综合大楼造型示意图图2.3佛山市*****院医疗综合大楼平面示意图为保证建筑物测量工作技术可靠、方案可行、精度准确，根据我国《工程测量规范》（GB－50026-93）的要求，结合项目的特点，经分析研究，提出了该建筑物施工放样的主要技术要求（表2.1）。表2.1建筑物施工放样的主要技术要求序号测量误差内容中误差值允许误差值1测距相对中误差1/200001/100002测角中误差5″10″3在测站上测定高差差中误差1mm2mm4根据起始水平面在在施工水平面面上测定高差差的中误差6mm12mm5竖向传递轴线点中中误差4mm8mm按《工程测量规范》（GB－50026-93）规范中提出的限差值（允许误差）是中误差的两倍列出。2.3.2佛山市*****院医疗综合大楼工程施工控制测量佛山*****院医疗综合大楼工程属于大型复杂结构，其形状极不规则，轴网关系复杂，施工精度要求极高。精确可靠的测量定位技术对于该复杂空间结构顺利按设计图纸完成施工起到至关重要的作用。为满足工程施工精度的要求，工程中应用现代化的测量仪器，建立高精度测量控制网。在现场比较安全稳定的地方布设施工控制桩网，通过真三维空间坐标精确定位控制技术确定各结构构件的位置，并加强对关键结构的复核控制。工程轴线平面布置图如图2.3所示。图2.3医疗综合大楼轴线平面布置图2.3.2.1施工控制点的布设1）地下室工程轴线定位(1)控制点及控制线的布置①在地面上设置1－B交2－1轴的交点O1，门诊楼二层墙上设置1－B轴的控制点，玻璃楼二层墙上设置2－1轴控制点，健力宝楼二层墙上设置3－4轴控制点；②在地面上设置1－15轴及距1－B轴6.5m的Ⅰ控制线；③在地面上设置2－K轴及距2－1轴7.5m的Ⅱ控制线；④在地面上设置3－B轴控制线；⑤在地面上设置1－1轴及2－A轴控制线。控制点及控制线平面布置如图2.4所示。图2.4地下室轴线测量控制网（2）控制点及控制线的校核①在地面上设置2－2轴交1－C轴交点O2，门诊楼二层墙上设置1－C轴的校核控制点，玻璃楼二层墙上设置2－2轴控制点。②在地面上设置2－F、1－6、3－E、1－M轴的校核控制线。根据上述控制点、控制线分别放出1－15、1－B、2－1、2－K、3－4、3－B等控制轴线及控制点O。根据1－15和1－B轴放出1－1～1－28轴及1－A～1－S轴；根据2－1和2－K轴放出2－2～2―13轴及2―A～2―T轴；根据3－4、3－B轴和控制点O放出3－1～3－7轴、3－A～3－R轴及西南角圆弧线。根据放出的各轴线测放出建筑物的各种结构尺寸。校核控制点及校核控制线用于放线过程中对轴线的校核，避免出现工作失误及仪器偏差。图2.52-6层轴线控制网图2）主体工程轴线定位（1）内控网的布设①因场地狭窄，故在首层楼面上设置内控网，制作内控基准点，用200×200×5钢板制作，钢板埋设固定在楼板面上，再用钢划针刻出十字线作为基准点。②控制点设置位置：7~屋面层主楼使用A、B、C、D、E、F、G、H控制点，2~6层使用A1、B1、B、C、E、E1、F、G、G1、H1控制点，平面各控制点平面位置见图2.5。③校核控制点设置位置：7~屋面层主楼使用1、2、3、4校核控制点，校核控制点的平面位置详见图2.5；2~6层使用1、2、5校核控制点，校核控制点的平面位置详见图2.6。图2.67~屋面层轴线测控网④校核控制点的使用：利用校核控制点与控制点连线形成各方向的校核控制线，用于放线过程中对轴线的校核，避免出现工作失误及仪器偏差。⑤留置测量口：各层楼面的内控基准点正上方相应位置预留一个200×200孔洞（激光束通孔）。⑥使用工具：GTS-225全站仪，目的是校核控制轴线、标志桩、投测纵轴及横轴等各轴线的控制线、对边、角值进行校测。（2）轴线投测方法①将激光铅直仪架设在首层楼面板面的内控制点上，接收靶放在投测楼层的相应预留洞面，将最小光斑的激光束投到接收靶的“十”字交叉点处。将检定合格的全站仪架设在接收靶上，按基准点对中，依次投测、校核各轴线控制网，然后由施工放线组测定出建筑物的结构尺寸线。②将检定合格的全站仪架设在接收靶上，按基准点对中，依次投测轴线控制网。7~屋面层主楼：根据A、B、C点放出2－4~2－B轴及2－K~2－Q轴的控制线；根据C、D、E、F点放出3－1~3－7轴及3－K~3－R轴的控制线；根据C、G、H点放出1－10~1－20轴及1－D~1－S轴的控制线。各控制线详见图2.6。2~6层：根据A1、B1、B、C点放出2－1~2－13轴及2－A~2－T轴的控制线；根据E、E1、F点放出3－1~3－7轴及3－A~3－R轴的控制线；根据C、G、G1、H1点放出1－1~1－20轴及1－A~1－S轴的控制线。3）高程测量将市测绘处测定的绝对标高“＋3.000m”引测到大楼对面亲仁路和汾江路旁的已有建筑物的墙壁上。每间隔一定时间联测一次，特别是土方开挖至地下室施工阶段应加强观测密度，以作互相检验校核。对检测后的数据成果进行分析，以保证水准点使用的准确性。现场建筑物的高程依据上述基准点进行引测。在引测水准点的过程中进行闭合验算，最后平差。然后在建筑物的主要位置标注红色油漆的“▼”标记作为建筑标高，一般取楼板上＋0.500ｍ为高程点的建筑标高。每层的墙、柱模板和该层顶架拆除后，采用水准仪和水平尺在墙、柱上测弹出该楼层＋0.500m的标高墨线。各层标高利用红“▼”标高基准点，用检定合格的钢尺向上传递，并用红“▼”作好标记，然后使用S2水准仪往返检测合格后（误差﹤2mm）作为该层高程的标准点。各施工放线组依此为标准点，各自用水准仪投测出各需要点（如梁、柱、墙等）的标高，并用黄油漆画“▼”标注，以备测量组验收，验收合格之后，各施工放线班组用检定合格的钢尺向上引测出各梁、柱、墙的标高，并画黄色“▼”标注。2.3.2.2施工控制网的观测及精度评定（1）施工控制网平面观测施工控制网平面观测信息按四等平面控制观测，形成大地四边形，实测值必须完全满足控制要求。（2）观测值的平差计算和坐标成果对观测信息进行大地四边形典型图形全展系数法的严密平差。大地四边形平差后误差满足控制要求。（3）施工控制网的高程控制测量在施工控制网上做高程点的标志，标志顶打磨成半球形，以构成高程施工控制网，然后用精密水准仪，按二等水准观测方法观测。实测值满足二等水准的观测要求。2.4关键技术、实施效果与创新2.4.1关键技术施工控制网对施工测量作业至关重要，施工控制网选取的好坏直接影响放样的精度和要求，从而影响整个建筑物的施工。.1几何强度高的施工控制网空间坐标施工控制网的几何形状对控制网的精度影响重大，在施工控制测量中应该选择几何强度好的图形。佛山市*****院医疗综合大楼采用的网形为大地四边形，其几何强度较高，完全能够满足本课题中网形布设要求。.2安全稳定的控制点及控制桩空间坐标施工控制网中点(外控点)直接用来控制轴线点位的放样，而施工过程周期较长，外控点容易受到施工、地质条件变化等因素影响，产生外点位位置发生平移或沉降等不规则变化，因此对点位的稳定性要求很高。此外，控制点应该选在地质条件较好的地方，对控制桩的制作也有要求，因现场为回填土，为保证控制桩的稳定性，布设的桩为1000mm×1000mm的砼桩，并打下三根长的钢管，然后在面上绑扎钢筋。佛山市*****院医疗综合大楼将外控点设置在已有的建筑物上，外控点安全稳定，不受施工及其它因素的影响，同时对控制桩的制作也很好地满足了稳定性的要求。.3适当的密度及完全通视由于建筑物平面复杂，各个部分施工进度不一，这样在施工过程中极有可能造成因外控点密度分布不恰当而使放样点位无法使用已知控制点，或因施工原因造成不能通视，所以在佛山市*****院医疗综合大楼工程布设控制网时，根据施工组织设计及专项的作业方案，结合施工现场具体情况，在不同区域合理布设控制点，尤其是在可能因施工造成无法通视的地方，适当增加了控制点的布设数量，保证了施工顺利进行。.4合理的精度要求建筑物的建筑限差是指建筑物竣工后实际位置相对于设计位置的极限偏差，设其为，并认为它是建筑物放样点偏离其设计位置的容许误差的两倍，即一般容许误差为两倍点位中误差，即总的来说，点位中误差主要由测量误差、设计工艺计算误差以及建筑安装误差组成，设这些误差相互独立，则有：在设计中通常给出建筑物的容许误差值。上述误差之间的比例关系应根据不同建筑物的结构特征确定。考虑到目前的测量技术水平和测量精度较高，测量误差对总误差的影响可采用忽略不计的原则处理，一般取等于、或，故有：=或=或=又包括控制测量的误差和放样角度、距离或点位的放样误差。即有与之间的关系可按忽略不计原则或等影响原则根据不同情况处理。正确制定放样的容许误差十分重要，限差过宽，可能影响工程质量，反之则浪费人力、物力和时间，而与现代化施工安装的速度不相适应。佛山市*****院医疗综合大楼空间施工控制网就是在考虑了上述原理的情况下布设的，其空间施工控制网的精度达到了建筑施工测量的要求,其中δx=δy＝5.6mmδh=10mm。2.4.2实施效果在医疗综合大楼砼框架施工和安装中，测量基准传递和轴线、垂直度、高程控制是建筑物施工质量控制的重点之一。为了保证工程质量和施工工期要求，提高测量定位工效