CAD技术结合全站仪在复杂结构测量放线中的应用*
马泉，谢云，陈磊，刘汇东
（1.中建三局集团有限公司西北分公司，陕西西安710065：2.新疆器吉西族自治州建筑工程质量监督站，新疆品吉831100）
[摘要】新疆大剧院工程造型新额，结构复杂，总平面共有4套轴网，24个圆弧轴网，3个正交体系，观众厅弧形看台、双曲面剪力墙施工等在一定程度上增加了施工过程中的测量难度，影响了放线进度.在实地放线过程中，采用全站仪结合CAD图上作业技术投放弧形楼层轴线等测量方法对结构复杂的特殊部位进行测量放线，达到快速完成测量放线的目的.
【关键调】测量；CAD技术；全站仪：弧形结构：应用
[中图分类号】TU198.2 【文献标识码]A
[文章编号】1002-8498（2015)06-0123-04
Application of CADTechnology Combinedwith theTotal Station InstrumentinMeasurementOperation ofComplexStructure
Ma Quan' Xie Yun² Chen Lei' Liu Huidong(1. Contraction ef Three Consruction Projecs in ahe Norhest Branch Co. Lad. Xi* an Shaanxi 710065 Chino;2. Xingfiang Hi Astonomt Prefetre of Chngji Construction Enginering Quality Sapersision Statin Changi Xiyjiang 831100 China)
Abstract;The grand theatre of Xinjiang engineering modeling is novel and the structure is plicated and the total plan has a total of 4 sets of shaft network 24 cireular shaft net and 3 orthogonal system. Arc-shaped audience hall stands hyperboloid shear walls construction and so on to some extent haveincreased the difculy of measuring and setting-out schedule in the construction process. In the proe5of field setting-out authors adopt the total station bined with the measurement method of CAD mapoperation technique on the curved flor axis to do surveying and seting-out the plicated structure of special parts. The goal f measuring and seting-out is rapidly acplished.
Key words monitoring; CAD technology ;total station;arc-shaped structures;applications
测量故线工作是建筑施工中最基础、最关键的下1层，地上7层，总建筑面积约88500m²，建筑高图1). 城文化艺术品展示等为一体的多功能演艺中心（见
造型复杂、外观别致的建筑越来越多，导致建筑施杂、造型新颖独特、为国内最高的弯顶类剧院建筑， 一项工作.随着城市建设速度和规模的不断加大，度78.8m，造型形似含苞待放的雪莲花，其结构复筑，给建筑工作者提出了更大挑战，面将CAD技术能最完善、设备技术最先进、最具现代化的标志性与全站仪结合的测量技术能够更好地解决这些异文化建筑，建成后将成为集会议、民族歌舞艺术、西形结构的测量放线工作.本文以新疆大剧院工程的测量放样工作为实例，对CAD技术结合全站仪在 复杂结构测量作业中的应用作一闸述.
2工程测量重点与难点
2.1控制网的引测及轴网坐标转化是测量工作的重点
1工程概况
新疆大剧院位于新疆维吾尔自治区昌吉市，共投资约12亿元，占地103亩（1亩=666.67m²），地
弧轴网，3个正交体系. 新疆大剧院工程总平面共有4套轴网，24个圆
2.2测量工作进度是施工进度控制的关键
由于本工程造型较为复杂，工期紧，施工分区多，节点多，测量工作进度是施工进度的关键.
图1新疆大剧院Fig.1 Grand theatre of Xinjiang
2.3水平弧形构件的测量放线
新疆大剧院工程内外壳基础部分、耳台库、弧形跑马机轨道、观众厅存在大量的弧形梁板.其中一部分弧形梁板造型由不同曲率的弧形构成，另外 有一部分弧形梁板的投影投射在不同标高的板面上.传统测量放样工作计算繁多，较为复杂，工作效率低，易产生误差.如何快速有效地完成弧形结构测量放样工作，是该工程测量工作的难点之一.图2为新疆大剧院三维模型.
Fig.2 3D model of grand theatre of Xinjiang 图2新疆大剧院三维模型
2.4双曲面剪力墙的测量放线
大刷院耳台库从23.95-39.20m处存在大量双曲面剪力墙，且个别区域由于钢结构内壳钢结构造型导致部分剪力墙曲率加大（图3云线标记范工作，亦是该工程测量工作难点之一. 围），如何解决该区域双曲面孤形剪力墙施工定位
3现场测量技术与方案
为解决上述问题，根据新疆大剧院的设计特点和施工现场实际情况，以建立施工直角坐标系为基8528使用后交测量法进行放样，外控法和内控法相 准，采用CAD电子版图配合全站仪CTS-102N2P结合的施工测量技术，进行新疆大剧院工程的测量放样工作.
3.1建立施工直角坐标系
1）设固定桩利用建设单位和测量大队提供的基准点（F03.F04）坐标与设计单位提供的总平面定位图中的建筑物定位点坐标，进行现场建筑物定位点引测放样，再结合现场实际情况在建筑物周边
图3双曲面剪力墙平面Fig.3 Hyperboloid shear wall plan
埋设8个固定桩Z01 Z02 Z03 Z04 Z05 Z06 Z07，Z08（见图4）.
Fig. 4 Secondary network setting-out and monitoring 图4二级控制网的布设及引测
2）全站仪引测通过建设单位和测量大队提供的基准点（F03，F04）坐标确定现场已布置的固定桩坐标并进行闭合测量和评差，得出固定桩坐标，形成二级控制网（见图5）.
到快速定位的目的，将基准点、二级控制网和建筑 3）建立施工直角坐标系为简化测量程序、达物定位点及轴网的坐标数据录人CAD图形中，形成建筑物的大地坐标系平面图，作为之后测量中的依据.在实际测量工作中，以图纸轴网①轴为y轴，①轴交4为施工坐标系的（0，0）点，将结合的大地 坐标系进行旋转，得出施工直角坐标系，并将大地坐标转换为施工坐标（见图6），各坐标值如表1所示.
3.2采用后方交会法快速测量加快施工进度
点的坐标、高程和测站点与已知点的夹角，由全站 全站仪后方交会法是根据2个或2个以上已知仪自动计算测站点的坐标和高程的方法（观测点越
加快了测量工作进度.
3.3水平弧形结构测量工作
解析几何的方法计算垂直圆弧上任意点到弧长的 在传统的水平弧形结构放线工作中，首先通过距离，再根据得出的数据进行特征点的放样工作.图7中，以圆弧对应的弦的中点为中心，将弦n等分取特征点（如D，，D），并依次找到圆弧上的对应AOB=a，未知变量为CD，=x，AC=nx，D D²=y，x， 点（D，，D），其中已知值为OA=R，CC'=H，y值即为放线工作中需要的坐标数据，计算公式如下：
图5二级控制网示意Fig.5 Secondary network layout
显然传统的坐标计算方法需要人工计算量大，比较繁琐，易出错且在基础部分弧形结构构件的垂直投影不在同一标高的板面情况较多，任务繁重，人员及计量器具投人多，综上所述，在实际的放线工作中需要达到《工程测量规范》GB50026-2007 中的规定，实之不易.
图6二级控制网大地坐标系转化为施工直角坐标系 Fig.6Geodetic coordinate system translated intocoordinate system of secondary network
Fig.7 Arc monitoring 图7圆弧放线简图
多，计算所得的坐标精度也就越高，当测站点超过2个，计算N，E坐标时则采用最小二乘法进行评差，Z则通过计算平均值求取）.全站仪后方交会法可以选择有效的测站，不仅可以有效地解决二级控制网 自由地设置测站点，又叫自由设站法，测量作业时，在不能通视情况下的放样工作，还可以极大地减少换站、转站、投射控制点等问题，提高了工作效率，
标轴网系中，将弧形梁板上特征点（见图7）A，B点 然而利用CAD技术将弧线梁板反映在施工坐进行坐标标注，对图7中的DD'，，DD等特征距离数据标注.在实际放线过程中采用全站仪后交测量技术由二级控制网中可通视的两点后交定向
表1坐标值Table 1 Coordinate system values
大地坐标 施工坐标点号 y A A201 4 873 845. 368 526 459. 941 575. 421 47.029 23.446 575.421202 203 4 873 881. 714 4 873 768. 938 526 668. 914 526 586. 671 574. 332 572. 447 119 088 109.219 6.627 62.461 574.332 573. 447204 205 4 874 002.576 4 874 080. 571 526 732.164 526 663. 251 6005 570.586 89.809 37.832 127.$06 131. 729 570.309 570.586206 4 874 165. 922 526 599. 185 571.008 -14.889 139.961 571.008207 208 4 874 086. 170 4 873 950. 770 526 505. 367 526 370. 655 572. 904 574.991 20.684 21. 721 12.826 78.668 572.904 574.991
际情况中可能碰到洞口或构件，圆弧不在同一标高形点都可在CAD中快速完成，极大地提高了测量放 板面上时，可将圆弧的特征点进行加密，加密的弧线的效率，同时可以快速准确地利用全站仪放样，达到弧形结构的快速定位工作，便于施工.
3.4双曲面剪力墙测量工作
如图8所示，对于双曲面剪力墙Q1定位放样工作，首先需要对墙体不同标高处弧线的1m控制线在施工层的楼面上投影进行放样，再通过确定控制线与各投影线高程差，方可确定该墙体控制线的空间位置，从而完成Q1的定位放样.若利用解析同时需要计算不同标高处弧线投影的偏移值. 几何计算的方法除了需要计算弧线投影的特征值，
其中弧线投影计算同水平弧线结构，偏移值的计算公式如下：
图8双曲面剪力墙测量放线Fig.8 Hyperbolold shear wall monitoring and setting-out
采用数学法计算明显较为复杂，运算较多，易出现错误.如采用CAD技术，可直接在图中标注出墙体的立面弧在不同标高处的1m控制线，较之传统做法更简单、明了、高效，精准度更高.若对图8中Q1进行放样，只需利用CAD技术，分别选取
4结语
参考文献：
对点A，B的坐标进行实地放样.根据图7中标注，31.400，32.400m和33.150m标高墙边线在找到点D'.，D，依次连接即可得出弧线AB.如实30.400m板面上进行投影，将投影线偏移1m作为控制线，如图8a所示.这样就有效地得出墙体的不同标高弧线的1m控制线，结合全站仪在30.400m 的楼板面上对控制线进行放样，结合图8b中ad，b°b，c°c，d"d等数据，对不同标高的弧线墙体进行施工控制及检查，这样就有效地控制了双曲面剪力墙的弧度，保证了施工与设计相一致，确保建筑实体构件的形状结构.
另外，部分双曲面剪力墙受到钢结构内壳影响，出现曲率变化不规则的情况，若通过数学方法计算，计算量大，但利用CAD建立内壳三维模型，通过模型确定双曲面剪力墙的空间坐标信息，再将这工作. 些坐标信息录人全站仪，快速有效地完成测量放样
经过对现场放样点抽测、对轴线复测，坐标放L≤90m）偏差±6mm，细部轴线，墙、柱、梁、门窗洞 样点的误差均在±3mm内，楼层主轴线长L（30m<口边线偏差均在±2mm内，施工放样误差远远小于《工程测量规范》中的要求. 工程实践表明，采用CAD技术结合全站仪的测量方法及后交测量法能够简化弧形平面结构、双曲加快测量施工进度，具有推广应用价值. 面剪力墙等异形结构的测量措施，降低测量难度， [1]朝伍生，潘庆林，黄腾，土木工程施工测量手册[M].北京：人 民交通出版社，2005.[2]中国有色金属工业协会：CB50026-2007工程测量规范[S].[3]邓学才，复杂建筑施工放线（2版）[M].北京：中国建筑工业 北京：中国计划出版社，2008.出版社，2000.[4]吴纯洁，双点后方交会的精度探讨[J].西部探矿工程，2005(10) :85-86. 上海市政“海绵城市”专项技术达国际先进水平 上海市政总院研究院围绕“海绵城市”建设，经理专项技术目前已达到国际先进水平.该项专项 过近十年的潜心研发，创新开发的浅层调蓄生态处技术成果先后4次被编入《室外排水设计规范》《城镇雨水调蓄工程技术规范》和《城镇内涝防治技术规范》等3部国家标准. “海绵城市”是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用. （摘自《建筑时报）2015-03-05）
