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一。 工程背景
隨著建筑市場的發(fā)展以及建筑水平的提高，高層和超高層鋼結(jié)構建筑逐步增多。在鋼結(jié)構工程安裝過程中，測量是一項專業(yè)性較強又非常重要的工程，測量精度的高低直接影響到工種質(zhì)量的好壞，是衡量鋼結(jié)構工種質(zhì)量的一個重要指標。
上海浦東國際金融大廈是一座高達226M的超高層鋼結(jié)構工程，地處東方明珠附近，是目前上海僅次于經(jīng)貿(mào)大廈的超高層鋼結(jié)構建筑，該工種地下3層，地上53層，中央核心筒為勁性鋼筋混凝土結(jié)構，外圍是由19節(jié)鋼柱組成的鋼結(jié)構。工程采用"天圓地方"的設計方案，造型新穎。美觀，但結(jié)構復雜、施工難度大，安裝精度要求高。 來源：考試大
高層建筑鋼結(jié)構測量時首先根據(jù)底層的控制點向施工層面投點，然后根據(jù)投點進行各鋼柱的放樣。放樣的精度一方面取決于投點的精度，另一方面取決于施工放樣的方法。為提高鋼結(jié)構測量的精度，對從底層引上來的點進行邊角測量，再進行平差處理，提高控制點的精度；施工放樣時若使用常規(guī)儀器如經(jīng)緯儀。鋼尺按常規(guī)放樣方法，由于受施工現(xiàn)場條件的限制，外業(yè)放樣人員須進行大量繁鎖的計算工作，實際測量要求的作業(yè)人員很多，因此不僅精度低、速度慢、容易出錯。鑒于此種情況，開發(fā)一套適用主高層鋼結(jié)構建筑安裝的實時測量系統(tǒng)是非常的，利用便攜式計算機直接讀取全站儀的測量數(shù)據(jù)，通過軟件自動進行處理，簡化外業(yè)測量工作，并能提高精度。
二。 引點
通過預埋孔，從底樓基準控制點運用萊卡ZL天頂儀配合DL2激光議依次投測到所需施工樓層，并用激光接收板接收。慢慢旋轉(zhuǎn)鉛直儀（0o、90o 、180o 、270o 、360o），便在接收板上得到一個激光圓，圓心即為該控制點的接收點。對接收點組成的控制網(wǎng)進行角度、距離測量，由于投點存在誤差，因此測量的角度和邊長與已知存在一定的差異，需進行平差處理，以提高控制點的精度。由于每個點都可能存在投點誤差，因此本工程采用 逆自由網(wǎng)平差，下面闡述具體的模型及計算過程。
首先按邊長和方向列誤差方程式：
式中，n為觀測值個數(shù)，m為未知數(shù)個數(shù)。
坐標近似值采取底層控制點的已知坐標，在偽逆平差時保持了這些點的重心坐標以及各點到重心坐標的±１mm向徑加權方位角以該向徑距離平方為權的帶權平均數(shù)保持不變。實際平差時獲得的各點精度均小于，從而保障了施工測量放樣的精度，以此作為本樓層細部平面放線的依據(jù)。由于引上來的點為空心，無法測定其高程，高程標志一般放置于核心筒的封面上，用鋼尺傳遞高程時，在進行放樣時，安置儀器于控制點上，儀器橫軸的高程可以由全站儀視線水平讀取標尺的讀數(shù)獲得，這樣就可以進行三維坐標的放樣。若引點不夠多，或樓層形狀改變時可由已有的控制點加密出一些新的控制點，然后再進行引點。
三。 鋼結(jié)構安裝
實時測量系統(tǒng)針對常規(guī)測量存在的問題，采用VB和ACCESS數(shù)據(jù)庫相結(jié)合開發(fā)了Windows95下的實時鋼結(jié)構測量系統(tǒng)，系統(tǒng)采用便攜式計算機與全站儀相連，通過放樣程序操縱全站儀進行測量，自動取得測量數(shù)據(jù)，計算顯示出點位和糾偏信息，當偏差滿足要求時就可以將測量的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫進行管理、繪圖打印報表等。下面分別對實時鋼結(jié)構測量系統(tǒng)中的幾個問題進行闡述。
1. 臨時控制點的測定方法與精度樓層施工時，縱橫鋼梁較多，視線經(jīng)常被擋，因此僅在幾個引測的控制點上難以滿足施工測量的需要。根據(jù)現(xiàn)場情況選定合適的位置，既能看到已知點又適合施工放樣。首先控制點坐標可以由以下幾種方法測定：一是極坐標法，需在已知點上設站測量邊長和角度，該種方法其誤差一般不受控制點網(wǎng)形的影響，誤差主要來自角度和邊長的測量誤差，一般其點位的誤差可達到2－3mm.二是采用前方交會方法，需在兩個已知點上放置儀器，且待定點的點位誤差受網(wǎng)形的影響較大。三是儀器直接放在待定點上進行距離交會，其點位誤差同樣受網(wǎng)形的影響很大，當待定點位于以兩個已知控制點為直徑的圓周上時，其誤差
2.鋼柱中心坐標的計算上海浦東國際金融大廈的鋼結(jié)構有兩種，一種是空心的圓柱鋼管，一種是H型鋼柱。無論是空心圓柱還是H型鋼柱一般都無法直接觀測柱頂與柱底中心，因此只能通過觀測其他位置來計算中心點的坐標，下面分別闡述空心圓柱鋼管H型鋼柱中心坐標測定和計算方法。
對于圓柱鋼管觀測左右兩側(cè)邊緣的水平角并在同一截面上貼上一個反光貼片，如圖1所示， k為測 站點，p為方向控制點，鋼管中心為o ，b較均勻而當網(wǎng)形不好時其誤差較大，表1計算了待定點位于不同位置其誤差的不同結(jié)果，其中已知控制點坐標A（0，100），B（100，0），P 為未知點，邊長觀測精度為±（1mm+10-6D ）當P點坐標為（47，52）時其誤差橢圓長半徑達到7cm.四是在距離交會時加測一個角度，即測站放在未知點上，在測距離的同時觀測該點到兩個已知點的夾角，這樣其誤差可得到有效的控制，對同樣的距離交會數(shù)據(jù)加測一個角度，角度觀測中誤差為 ± 5秒，設計計算的結(jié)果同樣列于表1，該結(jié)果表明加測一個角度的距離交會方法精度較好。與其他方法相比該方法不僅保證了精度，而且測站直接放置于待定點上，在測定本身坐標的同時便可進行施工放樣，因此實用方便，在上海浦東國際金融大廈工程中主要是使用了該方法，在軟件中也設置了便攜機與全站儀直接連接的測量與坐標計算功能。
為反光光貼片，在測站上觀測鋼管左右邊緣m 、n 的角度為a1 和a2，則由已知方位akp及 a1 、 a2可計算測站至鋼管中心的方位ako
Ｚ為儀器橫軸高程。
Ｈ型鋼柱放樣如圖２所示，b c為反光貼片，與Ｈ型鋼柱線相對稱放置，其距離S可在貼片上測得，d點在與b c相垂直方向延伸Ｈ型鋼柱寬度的一半Ｓdo即為鋼柱的中心位置，Ｓdo可根據(jù)Ｈ型鋼柱的尺寸來定，是可以得到的已知數(shù)據(jù)。
以上得到了圓鋼柱和Ｈ型鋼柱在反光貼片處的中心點坐標和高程，要得到柱面與柱底高程，只需在上述點的Ｚ坐標上加或減相差距離即可。
系統(tǒng)的工作的流程如圖３所示。使用該系統(tǒng)首先應在室內(nèi)建立控制點樣點數(shù)據(jù)庫，主要是輸入各點的坐標，在外業(yè)測量時可以直接調(diào)用，外業(yè)測量時首先 安置儀器并啟動全站儀，后視已知點定向，用通信線連接好便攜機各站儀，打開便攜機進入鋼結(jié)構實時放樣軟件系統(tǒng)，便可進行圓柱和方柱的放樣測量工作。
在放樣時計算機屏幕上有四種數(shù)據(jù)，第一種是控制點的資料，包括點名、坐標等信息，可直接從數(shù)據(jù)庫中得到，即選擇控制點及方向點點名即可調(diào)出其坐標，第二種數(shù)據(jù)需人工輸入，如儀器高、貼片距圓柱頂面距離Ｓ、圓柱半徑Ｒ、Ｈ型鋼柱的寬度do以及兩貼片距離bc ，第三部分是全站儀測量數(shù)據(jù)，如全站儀瞄準圓柱的左邊、右邊、貼片的相對方向控制點的水平角及貼片觀測的豎直角等，第四部分是放樣點的坐標和觀測結(jié)果等，其中放樣點的坐標可通過選擇放樣點的點名，由數(shù)據(jù)庫直接調(diào)出，實測坐標由程序自動計算得到，并給出偏差數(shù)據(jù)，進而指揮施工安裝，當偏差符合要求，便可將數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)庫，該點的放樣即告完成。在放樣一個鋼柱時通常要測定頂點和底部的坐標，測量時，一般在距鋼柱的底部和頂部各一定距離設置反光貼片，根據(jù)反算的兩點坐標可計算鋼柱的垂直傾斜度。
3、實時鋼結(jié)構放樣測量軟件的特點與常規(guī)測量模式相比，利用實時鋼結(jié)構放樣軟件進行施工測量具有以下特點：（１）實現(xiàn)了全站儀與計算機的雙向通訊。一般的測量放樣計算是由人工將觀測結(jié)果輸入到計算機或計算器進行計算，本系統(tǒng)利用了計算機與全站儀直接連接的雙向通訊，由便攜機發(fā)指令給全站儀進行測量，全站儀的測量數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)存中。系統(tǒng)中全站儀測量主要利用了模式：一種是測量斜距、垂直角、水平角，該種模式需要用反光貼片，面在測量圓鋼管柱的左右邊緣的方向時沒有反光貼片，因此只能用水平角測量模式。圓鋼管柱放樣用到兩種模式，Ｈ型鋼柱只要第一種模式即可。測量人員只需要按計算機屏幕的提示，將全站儀瞄準相應目標，點取相應的按鈕即可。避免了數(shù)據(jù)抄記、輸入過程中的錯誤，簡化了外業(yè)步驟。
（２）實時計算出點位坐標和偏差信息。在計算出測點坐標的同時，結(jié)合放樣點理論坐標進行反算，馬上得出建議、糾正量，便于指揮放樣工作。
（３）建立了控制點、放樣點以及擴實測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，能方便地進行點位坐標以及實測資料的查詢、管 理，能進行圖表的自動生成。
（４） 適用于復雜形狀、復雜環(huán)境的鋼結(jié)構安裝測量。
四、結(jié)束語
鋼結(jié)構施工中，很重要的一點就是要將鋼柱的頂部和底部高精度地放樣在設計的點位上，而且要求迅速、可靠，不影響施工進度。經(jīng)典的經(jīng)緯儀加鋼尺測量法是目前鋼結(jié)構測量校正所采用的普遍方法，其原理簡單、直觀，容易被大多數(shù)人所接受，但細部放線工作較多，工作較大，對現(xiàn)場的通視條件要求較高，不僅耗費大量的人力、物力，而且效率較低。在高新技術日益發(fā)展的今天，全站儀和電子計算機得到了廣泛的應用，運用接口技術使二者相連，建立一套完整的全站儀實時測繪系統(tǒng)對鋼柱進行測量校正是非常必要的，上海浦東國際金融大廈進入標準層（３９層）施工階段時，對常規(guī)方法與鋼結(jié)構實時測量系統(tǒng)進行了比較，結(jié)果說明該系統(tǒng)不僅提高了工作效率，而且提高了鋼結(jié)構放樣的精度。
一。 工程背景
隨著建筑市場的發(fā)展以及建筑水平的提高，高層和超高層鋼結(jié)構建筑逐步增多。在鋼結(jié)構工程安裝過程中，測量是一項專業(yè)性較強又非常重要的工程，測量精度的高低直接影響到工種質(zhì)量的好壞，是衡量鋼結(jié)構工種質(zhì)量的一個重要指標。
上海浦東國際金融大廈是一座高達226M的超高層鋼結(jié)構工程，地處東方明珠附近，是目前上海僅次于經(jīng)貿(mào)大廈的超高層鋼結(jié)構建筑，該工種地下3層，地上53層，中央核心筒為勁性鋼筋混凝土結(jié)構，外圍是由19節(jié)鋼柱組成的鋼結(jié)構。工程采用"天圓地方"的設計方案，造型新穎。美觀，但結(jié)構復雜、施工難度大，安裝精度要求高。 來源：考試大
高層建筑鋼結(jié)構測量時首先根據(jù)底層的控制點向施工層面投點，然后根據(jù)投點進行各鋼柱的放樣。放樣的精度一方面取決于投點的精度，另一方面取決于施工放樣的方法。為提高鋼結(jié)構測量的精度，對從底層引上來的點進行邊角測量，再進行平差處理，提高控制點的精度；施工放樣時若使用常規(guī)儀器如經(jīng)緯儀。鋼尺按常規(guī)放樣方法，由于受施工現(xiàn)場條件的限制，外業(yè)放樣人員須進行大量繁鎖的計算工作，實際測量要求的作業(yè)人員很多，因此不僅精度低、速度慢、容易出錯。鑒于此種情況，開發(fā)一套適用主高層鋼結(jié)構建筑安裝的實時測量系統(tǒng)是非常的，利用便攜式計算機直接讀取全站儀的測量數(shù)據(jù)，通過軟件自動進行處理，簡化外業(yè)測量工作，并能提高精度。
二。 引點
通過預埋孔，從底樓基準控制點運用萊卡ZL天頂儀配合DL2激光議依次投測到所需施工樓層，并用激光接收板接收。慢慢旋轉(zhuǎn)鉛直儀（0o、90o 、180o 、270o 、360o），便在接收板上得到一個激光圓，圓心即為該控制點的接收點。對接收點組成的控制網(wǎng)進行角度、距離測量，由于投點存在誤差，因此測量的角度和邊長與已知存在一定的差異，需進行平差處理，以提高控制點的精度。由于每個點都可能存在投點誤差，因此本工程采用 逆自由網(wǎng)平差，下面闡述具體的模型及計算過程。
首先按邊長和方向列誤差方程式：
式中，n為觀測值個數(shù)，m為未知數(shù)個數(shù)。
坐標近似值采取底層控制點的已知坐標，在偽逆平差時保持了這些點的重心坐標以及各點到重心坐標的±１mm向徑加權方位角以該向徑距離平方為權的帶權平均數(shù)保持不變。實際平差時獲得的各點精度均小于，從而保障了施工測量放樣的精度，以此作為本樓層細部平面放線的依據(jù)。由于引上來的點為空心，無法測定其高程，高程標志一般放置于核心筒的封面上，用鋼尺傳遞高程時，在進行放樣時，安置儀器于控制點上，儀器橫軸的高程可以由全站儀視線水平讀取標尺的讀數(shù)獲得，這樣就可以進行三維坐標的放樣。若引點不夠多，或樓層形狀改變時可由已有的控制點加密出一些新的控制點，然后再進行引點。
三。 鋼結(jié)構安裝
實時測量系統(tǒng)針對常規(guī)測量存在的問題，采用VB和ACCESS數(shù)據(jù)庫相結(jié)合開發(fā)了Windows95下的實時鋼結(jié)構測量系統(tǒng)，系統(tǒng)采用便攜式計算機與全站儀相連，通過放樣程序操縱全站儀進行測量，自動取得測量數(shù)據(jù)，計算顯示出點位和糾偏信息，當偏差滿足要求時就可以將測量的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫進行管理、繪圖打印報表等。下面分別對實時鋼結(jié)構測量系統(tǒng)中的幾個問題進行闡述。
1. 臨時控制點的測定方法與精度樓層施工時，縱橫鋼梁較多，視線經(jīng)常被擋，因此僅在幾個引測的控制點上難以滿足施工測量的需要。根據(jù)現(xiàn)場情況選定合適的位置，既能看到已知點又適合施工放樣。首先控制點坐標可以由以下幾種方法測定：一是極坐標法，需在已知點上設站測量邊長和角度，該種方法其誤差一般不受控制點網(wǎng)形的影響，誤差主要來自角度和邊長的測量誤差，一般其點位的誤差可達到2－3mm.二是采用前方交會方法，需在兩個已知點上放置儀器，且待定點的點位誤差受網(wǎng)形的影響較大。三是儀器直接放在待定點上進行距離交會，其點位誤差同樣受網(wǎng)形的影響很大，當待定點位于以兩個已知控制點為直徑的圓周上時，其誤差
2.鋼柱中心坐標的計算上海浦東國際金融大廈的鋼結(jié)構有兩種，一種是空心的圓柱鋼管，一種是H型鋼柱。無論是空心圓柱還是H型鋼柱一般都無法直接觀測柱頂與柱底中心，因此只能通過觀測其他位置來計算中心點的坐標，下面分別闡述空心圓柱鋼管H型鋼柱中心坐標測定和計算方法。
對于圓柱鋼管觀測左右兩側(cè)邊緣的水平角并在同一截面上貼上一個反光貼片，如圖1所示， k為測 站點，p為方向控制點，鋼管中心為o ，b較均勻而當網(wǎng)形不好時其誤差較大，表1計算了待定點位于不同位置其誤差的不同結(jié)果，其中已知控制點坐標A（0，100），B（100，0），P 為未知點，邊長觀測精度為±（1mm+10-6D ）當P點坐標為（47，52）時其誤差橢圓長半徑達到7cm.四是在距離交會時加測一個角度，即測站放在未知點上，在測距離的同時觀測該點到兩個已知點的夾角，這樣其誤差可得到有效的控制，對同樣的距離交會數(shù)據(jù)加測一個角度，角度觀測中誤差為 ± 5秒，設計計算的結(jié)果同樣列于表1，該結(jié)果表明加測一個角度的距離交會方法精度較好。與其他方法相比該方法不僅保證了精度，而且測站直接放置于待定點上，在測定本身坐標的同時便可進行施工放樣，因此實用方便，在上海浦東國際金融大廈工程中主要是使用了該方法，在軟件中也設置了便攜機與全站儀直接連接的測量與坐標計算功能。
為反光光貼片，在測站上觀測鋼管左右邊緣m 、n 的角度為a1 和a2，則由已知方位akp及 a1 、 a2可計算測站至鋼管中心的方位ako
Ｚ為儀器橫軸高程。
Ｈ型鋼柱放樣如圖２所示，b c為反光貼片，與Ｈ型鋼柱線相對稱放置，其距離S可在貼片上測得，d點在與b c相垂直方向延伸Ｈ型鋼柱寬度的一半Ｓdo即為鋼柱的中心位置，Ｓdo可根據(jù)Ｈ型鋼柱的尺寸來定，是可以得到的已知數(shù)據(jù)。
以上得到了圓鋼柱和Ｈ型鋼柱在反光貼片處的中心點坐標和高程，要得到柱面與柱底高程，只需在上述點的Ｚ坐標上加或減相差距離即可。
系統(tǒng)的工作的流程如圖３所示。使用該系統(tǒng)首先應在室內(nèi)建立控制點樣點數(shù)據(jù)庫，主要是輸入各點的坐標，在外業(yè)測量時可以直接調(diào)用，外業(yè)測量時首先 安置儀器并啟動全站儀，后視已知點定向，用通信線連接好便攜機各站儀，打開便攜機進入鋼結(jié)構實時放樣軟件系統(tǒng)，便可進行圓柱和方柱的放樣測量工作。
在放樣時計算機屏幕上有四種數(shù)據(jù)，第一種是控制點的資料，包括點名、坐標等信息，可直接從數(shù)據(jù)庫中得到，即選擇控制點及方向點點名即可調(diào)出其坐標，第二種數(shù)據(jù)需人工輸入，如儀器高、貼片距圓柱頂面距離Ｓ、圓柱半徑Ｒ、Ｈ型鋼柱的寬度do以及兩貼片距離bc ，第三部分是全站儀測量數(shù)據(jù)，如全站儀瞄準圓柱的左邊、右邊、貼片的相對方向控制點的水平角及貼片觀測的豎直角等，第四部分是放樣點的坐標和觀測結(jié)果等，其中放樣點的坐標可通過選擇放樣點的點名，由數(shù)據(jù)庫直接調(diào)出，實測坐標由程序自動計算得到，并給出偏差數(shù)據(jù)，進而指揮施工安裝，當偏差符合要求，便可將數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)庫，該點的放樣即告完成。在放樣一個鋼柱時通常要測定頂點和底部的坐標，測量時，一般在距鋼柱的底部和頂部各一定距離設置反光貼片，根據(jù)反算的兩點坐標可計算鋼柱的垂直傾斜度。
3、實時鋼結(jié)構放樣測量軟件的特點與常規(guī)測量模式相比，利用實時鋼結(jié)構放樣軟件進行施工測量具有以下特點：（１）實現(xiàn)了全站儀與計算機的雙向通訊。一般的測量放樣計算是由人工將觀測結(jié)果輸入到計算機或計算器進行計算，本系統(tǒng)利用了計算機與全站儀直接連接的雙向通訊，由便攜機發(fā)指令給全站儀進行測量，全站儀的測量數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)存中。系統(tǒng)中全站儀測量主要利用了模式：一種是測量斜距、垂直角、水平角，該種模式需要用反光貼片，面在測量圓鋼管柱的左右邊緣的方向時沒有反光貼片，因此只能用水平角測量模式。圓鋼管柱放樣用到兩種模式，Ｈ型鋼柱只要第一種模式即可。測量人員只需要按計算機屏幕的提示，將全站儀瞄準相應目標，點取相應的按鈕即可。避免了數(shù)據(jù)抄記、輸入過程中的錯誤，簡化了外業(yè)步驟。
（２）實時計算出點位坐標和偏差信息。在計算出測點坐標的同時，結(jié)合放樣點理論坐標進行反算，馬上得出建議、糾正量，便于指揮放樣工作。
（３）建立了控制點、放樣點以及擴實測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，能方便地進行點位坐標以及實測資料的查詢、管 理，能進行圖表的自動生成。
（４） 適用于復雜形狀、復雜環(huán)境的鋼結(jié)構安裝測量。
四、結(jié)束語
鋼結(jié)構施工中，很重要的一點就是要將鋼柱的頂部和底部高精度地放樣在設計的點位上，而且要求迅速、可靠，不影響施工進度。經(jīng)典的經(jīng)緯儀加鋼尺測量法是目前鋼結(jié)構測量校正所采用的普遍方法，其原理簡單、直觀，容易被大多數(shù)人所接受，但細部放線工作較多，工作較大，對現(xiàn)場的通視條件要求較高，不僅耗費大量的人力、物力，而且效率較低。在高新技術日益發(fā)展的今天，全站儀和電子計算機得到了廣泛的應用，運用接口技術使二者相連，建立一套完整的全站儀實時測繪系統(tǒng)對鋼柱進行測量校正是非常必要的，上海浦東國際金融大廈進入標準層（３９層）施工階段時，對常規(guī)方法與鋼結(jié)構實時測量系統(tǒng)進行了比較，結(jié)果說明該系統(tǒng)不僅提高了工作效率，而且提高了鋼結(jié)構放樣的精度。