西安西北航空中心工程施工測(cè)量技術(shù)

摘要：以西安西北航空中心工程為例，論述了大型復(fù)雜建筑工程中的施工測(cè)量技術(shù)，著重介紹了航空中心工程中復(fù)雜的主體及旋轉(zhuǎn)餐廳、南裙房大弧度造型的施工測(cè)量技術(shù)，以及在施工測(cè)量工作中計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與探討。

關(guān)鍵詞：航空中心工程施工測(cè)量主樓旋轉(zhuǎn)餐廳

西安西北航空中心工程是由西北航空中心有限公司投資興建，中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)。位于西安市勞動(dòng)南路東側(cè)，緊靠西北民航管理局辦公樓。地下二層，最大埋深12.14m；平面呈多邊形（主樓水平投影類似于烏龜殼），東西向軸長(zhǎng)約100 m，南北向150 m（其中主樓約45 m），最高點(diǎn)108 m，自然地坪標(biāo)高402.3 m，±0.000標(biāo)高402.9 m.工程由北裙樓、主樓、南裙樓三部分組成。北裙樓主要為地下二層地上四層服務(wù)區(qū)；中部為主樓部分，內(nèi)設(shè)賓館、寫(xiě)字間、游樂(lè)中心、餐飲等；南裙樓主要為商場(chǎng)、保齡球館并且屋頂有游泳池。

主樓位于本工程的正中間，地下有兩個(gè)標(biāo)高層，地上有8 個(gè)標(biāo)高層（其中有20層的標(biāo)準(zhǔn)層），平面尺寸為100×45 m，結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高108 m，基礎(chǔ)埋深－9 m，最大埋深－12.14 m.作為具有深基礎(chǔ)、大凌空、高程落差大、曲線類型多、結(jié)構(gòu)平面形式復(fù)雜的大型建筑，且工期緊、任務(wù)重、圖紙多，促成施工測(cè)量工作內(nèi)業(yè)計(jì)算量超常。因此，如何控制本工程測(cè)量放樣的精度，如何進(jìn)行系統(tǒng)地、高效地、全面地圖紙審核和快速準(zhǔn)確的提供施工測(cè)量數(shù)據(jù)，是測(cè)量工作的重中之重，直接關(guān)系著最終工程的質(zhì)量。從測(cè)量工作的逐級(jí)控制原則出發(fā)，嚴(yán)格執(zhí)行“項(xiàng)目部測(cè)量組→施工測(cè)量復(fù)核→監(jiān)理檢核”的三級(jí)管理程序，高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、高精度，為確保工程質(zhì)量獲結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供基本保障。

1 總體控制

1.1 平面控制

場(chǎng)地控制測(cè)量，按照由整體到局部、先控制整體后控制碎部的逐級(jí)控制的測(cè)量原則，結(jié)合場(chǎng)地、工程建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通視條件以及現(xiàn)場(chǎng)施工的需要，以城市導(dǎo)線點(diǎn)為高級(jí)控制點(diǎn)，沿場(chǎng)地周圍布設(shè)了一條閉合導(dǎo)線，作為首級(jí)控制導(dǎo)線網(wǎng)。導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)中誤差高于1／35000，方位角閉合差小于±5″√n（n為導(dǎo)線點(diǎn)個(gè)數(shù)），平差后精度指標(biāo)：測(cè)角中誤差小于±2.5″，邊長(zhǎng)相對(duì)誤差高于1／40000.

由于曲線類型多、通視條件差、占地面積大、平面形狀復(fù)雜等施工特點(diǎn)，外控制點(diǎn)的布設(shè)困難大，布設(shè)導(dǎo)線邊長(zhǎng)差異大，首級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)之間精度不均勻，且在施工過(guò)程中的使用率也會(huì)受到很大程度的限制。因此，在施工測(cè)量的總體控制采取內(nèi)控為主，外控為輔，內(nèi)外控相結(jié)合的的控制方法，但始終保持內(nèi)、外聯(lián)測(cè)。測(cè)設(shè)現(xiàn)場(chǎng)方格網(wǎng)做為軸線控制時(shí)，邊長(zhǎng)不宜過(guò)長(zhǎng)（如取≤100m），并以此作為工程的二級(jí)導(dǎo)線，為減少由于工程高差太大產(chǎn)生I角的影響，避免地下、地上兩部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)測(cè)量放樣的超差，事先在基礎(chǔ)護(hù)坡周圍布設(shè)“十”字軸線控制點(diǎn)，并與地上Ⅰ、Ⅱ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)聯(lián)測(cè)，檢核，以確保施工測(cè)量控制精度的要求。

軸線控制點(diǎn)的測(cè)放，按常規(guī)正倒鏡投點(diǎn)法投測(cè)，并經(jīng)平差、復(fù)核后，采用內(nèi)分法或直角坐標(biāo)法測(cè)放出其他線及墻體控制線等細(xì)部線。如基坑開(kāi)挖進(jìn)行邊坡上、下口線控制時(shí)，應(yīng)根據(jù)坡度計(jì)算邊坡外放量。

為便于層間的檢核，在各流水段內(nèi)應(yīng)以適當(dāng)密度設(shè)置預(yù)留點(diǎn)：軸線控制點(diǎn)，主樓每層預(yù)留點(diǎn)九個(gè)），以此進(jìn)行層間放線的復(fù)核，對(duì)于大凌空層間較復(fù)雜的點(diǎn)位采用激光鉛直儀法進(jìn)行投點(diǎn)檢核。

平面細(xì)部測(cè)量一般分為初測(cè)和歸化2步進(jìn)行，放樣定點(diǎn)后要對(duì)各點(diǎn)做校核條件的檢查或在一點(diǎn)架設(shè)儀器重復(fù)檢查。對(duì)于一些不連線的或與周邊結(jié)構(gòu)相對(duì)關(guān)系不很明確的獨(dú)立結(jié)構(gòu)（如獨(dú)立柱），在放樣后必須用另外的控制點(diǎn)或軸線進(jìn)行檢查，以保證其位置正確。

1.2 豎向標(biāo)高控制

本工程的高層控制，采取二等水準(zhǔn)測(cè)量和四等水準(zhǔn)測(cè)量法控制。

1.2.1 ±0.000以下

由于工程結(jié)構(gòu)基坑深，采用水準(zhǔn)儀高程測(cè)量向基坑度進(jìn)行標(biāo)高傳遞，獲得基底高程，經(jīng)檢查、復(fù)檢、復(fù)核進(jìn)行閉合差調(diào)整后將標(biāo)高基準(zhǔn)樁妥善保護(hù)起來(lái)（標(biāo)高基準(zhǔn)樁不少于三個(gè)），對(duì)于基底均以2－3m設(shè)控制樁帶水平線來(lái)控制開(kāi)挖平整度。

1.2.2 ±0.000以上

為了避免標(biāo)高傳遞出現(xiàn)上、下層標(biāo)高超差，經(jīng)常對(duì)標(biāo)高控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)、復(fù)測(cè)、平差，檢查核對(duì)后方可進(jìn)行向上層的標(biāo)高傳遞，在適當(dāng)位置設(shè)標(biāo)高控制點(diǎn)（每層不少于三點(diǎn)），精度在±3mm以內(nèi)，總高±15mm以內(nèi)調(diào)整閉合差，結(jié)構(gòu)標(biāo)高主要采取測(cè)設(shè)﹢1m標(biāo)高控制線，作為高程施工的依據(jù)。

1.3 非常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的測(cè)量控制

西北航空中心工程中，主樓平面中軸以斜10°11″線為主。東西端輔以圓弧。旋轉(zhuǎn)餐廳為半懸空?qǐng)A形，南裙房交叉圓弧等。因此，控制曲線放樣精度及中軸斜線精度，直接關(guān)系到建筑物的成形效果。

1.3.1 外業(yè)控制

受通視等條件制約較大，常規(guī)的測(cè)量方法已無(wú)法滿足該工程的精度和質(zhì)量要求，現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量主要采用全站儀極坐標(biāo)測(cè)量法，局部放線也可適當(dāng)采用直角坐標(biāo)放樣法。全站儀的選擇和精度指標(biāo)控制是制約施工測(cè)量的因素之一，如本工程中全站儀（精度指標(biāo)在2＋2ppm）和棱鏡，要求能精確測(cè)距和極坐標(biāo)放樣乃至進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量，其精度在±3mm.

1.3.2 內(nèi)業(yè)控制

測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)工作是進(jìn)行一切施工測(cè)量的重要前提和保障，尤其對(duì)于本工程而言包括施工圖紙的準(zhǔn)確核對(duì)、以不同種方法進(jìn)行圖紙?jiān)紨?shù)據(jù)和推算數(shù)據(jù)的計(jì)算與核對(duì)、復(fù)核以及資料編制等，為此，利用計(jì)算機(jī)編程和電子板制圖方法進(jìn)行測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)工作在本工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.3.2 新方法的探討與改進(jìn)

在高精度要求的復(fù)雜建筑工程結(jié)構(gòu)施工中，受到現(xiàn)場(chǎng)通視等條件影響，當(dāng)在控制點(diǎn)的布設(shè)和使用率受到限制時(shí)，采用GPS進(jìn)行控制點(diǎn)的隨機(jī)布設(shè)，既可避免由于不通視所帶來(lái)的困擾，且可免除控制點(diǎn)間聯(lián)測(cè)等工作，從而一步定點(diǎn)，既可確保點(diǎn)位精度，又可節(jié)省時(shí)間提高工作效率，每定一點(diǎn)時(shí)間不超過(guò)40min，點(diǎn)位精度可達(dá)到±3mm，但使用GPS定點(diǎn)應(yīng)確保有一個(gè)固定點(diǎn)做為永久性控制點(diǎn)用于相對(duì)定點(diǎn)。

2 施工測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

在西北航空中心工程中，除了大范圍的斜線，復(fù)雜的平面曲線，螺旋曲線也是本工程的重點(diǎn)與難點(diǎn)，以下將分別從平面斜線、二維曲線（旋轉(zhuǎn)餐廳），異形曲線樓梯等結(jié)構(gòu)的測(cè)量控制加以探討。

2.1 復(fù)雜平面斜線的測(cè)量控制

本工程的結(jié)構(gòu)平面為非對(duì)稱性平面，且無(wú)主軸定位線，對(duì)測(cè)量控制標(biāo)準(zhǔn)要求更高（本工程的內(nèi)控制標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)家提高一級(jí)），考慮到施工中其他分項(xiàng)工程（如鋼筋、模板工程）的相互制約。施測(cè)步驟如下：

①在1 點(diǎn)處架設(shè)經(jīng)緯儀，觀測(cè)2（2），旋轉(zhuǎn)90°0″之后取3點(diǎn)及4點(diǎn)，滿足√3，√4的距離；（此時(shí)正南北、正東西控制線已施測(cè)出來(lái)了）

②在3（4）點(diǎn)處架設(shè)經(jīng)緯儀，向內(nèi)轉(zhuǎn)10°11（a值）；至此本工程主樓的平面方位控制線均已明確。（說(shuō)明：原施工組織設(shè)計(jì)為四角控制點(diǎn)，本人對(duì)此作了修改，同時(shí)滿足分成左右兩段施工及測(cè)量的要求，為主體的提前竣工搶得了寶貴的時(shí)間）

2.2 旋轉(zhuǎn)餐廳的施工測(cè)量控制

2.2.1 基本特征

旋轉(zhuǎn)餐廳位于主樓28層頂，且偏西方向，呈半懸挑狀態(tài)，平面為一半徑為6.8m的圓弧圖形，內(nèi)弧半徑為6.8 m，外圓弧半徑為10m，懸挑3.8m.旋轉(zhuǎn)餐廳有三層，包括設(shè)備層、餐廳、水箱間三部分。

2.2.2 測(cè)量控制

根據(jù)施工餐廳與主樓屋面有高低差，故旋轉(zhuǎn)餐廳的測(cè)量分為：高程傳遞與平面控制兩大部分。本文著重介紹平面控制測(cè)量方法：將儀器架設(shè)于2點(diǎn)處，將2、2??線移至標(biāo)高H1處，再在2??處架儀器，2??2″線即可出來(lái)。

2.3 南裙房

2.3.1 基本特征

入口門(mén)廳為一半徑為35m的弦，在其南方由一空中游泳池。

2.3.2 測(cè)量控制

主要介紹入口門(mén)廳弦的平面定位：已知OM＝a，CM＝m，AO＝R.

易知：OC＝√a2＋ m2，DC＝R－√a2＋ m2，n＝DC／OC×m，即b／a＝n／m，則：b＝n／m× a，x1＝m＋n＝MR／√a2＋ m2，D1＝b＝R－√a2＋ m2／√a2＋ m2× a.I測(cè)量時(shí)，知x1即1M，y1即1D，調(diào)整為x1，H－y1，此D點(diǎn)即為已知OM、R及CM時(shí)的圓弧上的點(diǎn)。此法我們稱之為平行移弦法。避免了需要圓心時(shí)的測(cè)量變通法。

3 施工測(cè)量中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

在大型工程的施工測(cè)量中，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算量大，尤其是對(duì)于平面不規(guī)則的施工放樣與數(shù)據(jù)計(jì)算（包括二維曲線和三維曲線），使用傳統(tǒng)的計(jì)算方法已不能滿足工程的需要。因此，利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行計(jì)算也越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在大量的測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算中，不但計(jì)算精確、高效，而且能快速完成復(fù)雜、大量的計(jì)算，人而大地提高工作效率。

3.1 曲線放樣計(jì)算程序

根據(jù)曲線特征要素，為施工放樣的方便起見(jiàn)，以一定弧長(zhǎng)為等分圓弧起始步長(zhǎng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算圓弧中間加密點(diǎn)坐標(biāo)，輸入已知數(shù)據(jù)即可算出該段圓弧中所加密點(diǎn)數(shù)和各點(diǎn)在當(dāng)前坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值。對(duì)于隨圓曲線，可以一確定距離為限定界限等分拖延來(lái)計(jì)算加密點(diǎn)坐標(biāo)。程充編制流程如圖所示。

3.2 計(jì)算機(jī)電子模似制圖應(yīng)用

施工測(cè)量工作中，電子版模擬制圖的廣泛應(yīng)用，在處理復(fù)雜部位施工上起到了明顯的效果，如曲線、不規(guī)則斜線、基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡控制、汽車坡道三維實(shí)體模擬等。除此，應(yīng)用電子版制圖模擬法還可快速求點(diǎn)坐標(biāo)和量取距離及圖形面積、實(shí)體體積、圖紙校對(duì)等。但值得注意的是使用電子版制圖應(yīng)與施工坐標(biāo)系統(tǒng)相統(tǒng)一，以及與其他方法的正確復(fù)核。