超大面積異形曲面結構測量控制方法

張志強（上海建科工程項目管理有限公司，上海 200032）

0 引言

2021 年第十屆中國花卉博覽會主場館之一的世紀館主體結構，采用復雜雙曲面混凝土預應力薄殼結構形式。其外形為蝴蝶狀結構，兩翼、核心筒豎向設置的框架剪力墻及展陳墻體均為不規則的異形墻體。這種獨特的造型使得測量放線復核難度較大。本文主要介紹了結合異形空間測量技術的大型復雜異形結構工程測量方法的技術特點、適用范圍、測量過程及操作要點。通過采用更加科學的測量方法，使用精度合格的測量儀器，結合軟件 AutoCAD 的制圖優勢，虛擬建筑實體，測量放樣數據從虛擬實體而出，可以免去復雜眾多的數據計算，避免大量數據輸入和記錄失誤而導致錯誤。經大量實踐證實，本文所介紹的測量方法適用于目前行業中大部分的建設工程，尤其對于結構較為復雜的工程項目，可以節省大量人力物力，以取得更為良好的經濟效益和社會效益。

1 工程概況

花博會世紀館總占地面積約為 20 000 m2，其中建筑面積達到 12 000 m2。其基礎形式為承臺+鉆孔灌注樁，主體結構 1 層，層高 2 m～15 m，北高、南低，狀似一只剛剛飛起的蝴蝶，結構形式采用搖擺柱+剪力墻+預應力鋼筋混凝土屋面薄殼結構，該結構外形復雜，也是該工程項目的建設重點。設計世紀館的目的在于建造一個“展現大國風范的珍惜木本花卉展館”，世紀館是本屆花博會的“鎮園之寶”，在花博會中具有重要地位。在世紀館中，植物實體展示與專業人員的講解通過多媒體展示的形式呈現在人們面前?；ú兰o館工程總平面圖，如圖 1 所示。該館可以將教育、展示等功能融為一體，通過工作人員的互動使觀眾參與其中，最終給觀眾帶來沉浸式的觀感體驗，彰顯人與自然和諧共生的永恒主題。

圖1 花博會世紀館工程總平面圖

2 測量控制方法

2.1 首級平面控制網測量

在構建首級平面控制網時采用業主單位交樁的 HB1、HB2、HB3、HB4、HB5 等控制點，作為二級平面控制網建立和復核的基礎。業主單位交樁的平面控制點必須在進場后進行復核計算誤差，并將成果呈報給監理審查。若復核結果超過限值，應立即以書面形式呈報監理，由監理及時匯同業主和控制網測繪單位協商確定解決方案。在復核達到規范技術要求之后，可定期進行復測。

2.1.1 二級平面控制網測量

為了達到精度更高的目的，在進行二級平面控制網的布網時必須以首級控制網的各個控制點為依據，并以此為基準建立下一級的平面控制網。二級平面控制網各個控制點的布設位置經測量人員現場踏勘后確定設置，與業主提供的控制點形成閉合網。外業測量結束后對測量數據進行閉合和平差，滿足規范要求后報監理進行復核驗收。

2.1.2 控制網測量技術要求

二級和三級平面控制網按照四等導線精度進行布網觀測。水平角觀測采用方向觀測法，按照規范技術要求進行儀器操作并做好記錄，方向觀測法的技術要求應滿足表 1的數據要求。

表1 水平角方向觀測法的技術要求表

采用全站儀進行測距時，必須對儀器進行校正。記錄儀器的各項指標、采用的全站儀等級以及總測回數，應符合相關規定（見表 2）。

表2 儀器等級及測回數精度表

2.1.3 平面控制網數據處理

由于首級加密網(邊角網)中共觀測了 18 個觀測值(其中方向數 12 個，測邊數 6 個)，首級加密網總點數為 5 個，已知控制點數 2 個，故有 7 個多余觀測數，因此在數據處理中采用邊角網嚴密平差，獲取各控制網點的點位坐標最或然值及點位精度，誤差橢圓等精度指標。

2.2 首級高程控制網測量

同樣的，在構建首級高程控制網時采用業主單位交樁的 HB1、HB2、HB3、HB4、HB5 等高程控制點為基準，對業主交樁高程控制點以二等水準測量的技術要求進行復核計算誤差，并將成果呈報給監理審查。若復核結果超過限值時，應立即以書面形式呈報監理，由監理及時匯同業主和控制網測繪單位協商確定解決方案。在復核達到規范技術要求之后，可定期進行復測。

2.2.1 二等高程控制網測量

二等高程控制網設置在施工現場內，作為施工測量所需的高程控制點。在對二等高程控制網進行施測時，應基于首級高程控制網，采用二等水準觀測精度。隨著時間的推移與建筑物的不斷升高，總荷載的不斷增加，建筑物會產生沉降。因此，要定期進行復測，及時進行高程修正，并報監理進行復核驗收。

2.2.2 二等高程控制網測量技術要求

二等高程控制網測量技術要求，如表 3 所示。

表3 水準觀測的主要技術要求

2.3 施工測量放樣

2.3.1 平面測量放樣方法

平面測量放樣以業主單位提供的工程施工設計圖紙和電子版圖紙為依據，采用 AutoCAD 將電子版平面圖利用命令等方式歸化到設計坐標位置，點擊菜單欄“查詢”→“定位點”，在 AutoCAD 界面中使用鼠標點擊標記出需要放樣的碎部點，在命令窗口會顯示指定點的坐標值。按此方法得出所需超大面積不規則平面曲線、異形曲線等細部放樣碎部測量點坐標值，用 Excel 表格匯總整理打印出來，在施工現場采用全站儀極坐標等方法把測設（放樣）點的平面位置放出來。對于放樣點坐標結構形狀復雜可以比較直觀地掌握施工圖紙。除此之外，利用 AutoCAD可以構建三維立體圖形的特點，還可以解決在外業測量中遇到的諸多問題，來減少工作量。

2.3.2 標高測量控制方法

由于屋面為超大面積雙曲面造型，標高控制難度大，為保證標高的控制，在塔吊塔身、結構筒體和鋼柱上每隔一米做上標記，便于鋼管標高的初步調整，最后用卷尺、激光測距儀等對主要的控制立桿進行精確調整。

（1）標高選取。利用施工設計圖紙結合電子版圖紙為依據，根據 Rhino 模型通過軟件，按照排架最大間距800 mm× 800 m 來設置，輸出排架立桿坐標及標高數據，在通過 Rhino 軟件在模型上繪制出等高線，根據等高線的密度將標高劃分為 A、B、C 三個區域（如圖 2 所示）。

圖2 Rhino (等高線)標高分區圖

（2）標高分析。A 區 20 m 范圍內高差約 2 m；B 區20 m 范圍內高差約 1 m；C 區 20 m 范圍內高差約 0.5 m，針對 A、B、C 三區，分別制定不同間距的控制立桿，控制軸線為 20 m × 20 m，排架施工時嚴格按輸出排架立桿坐標及標高數據施工，確?，F場立桿數據與模型一致。A 區20 m范圍內設置 5 根控制立桿；B 區 20 m 范圍內設置 4根控制立桿；C 區 20 m 范圍內設置 3 根控制立桿；三個區域控制立桿及兩區交接處立桿涂上紅漆與其他立桿區分，施工時兩根控制立桿之間綁上控制線，根據各區塊的曲率調節其余立桿的標高，保證立桿標高的順滑連接。

（3）在清水混凝土殼體結構施工前，根據建立的精確的平面控制網和高程控制網，從地基向上逐層檢查調整。在保證軸線垂直、尺寸準確的基礎上，布設清水殼體邊線、模板邊線、孔位線進行水準測量抄平，以保證殼體模板標高和立桿標高的準確性。

2.4 施工測量放樣點理論值計算

通過一般的測量計算方法就可以滿足樁基和承臺等規則整齊的放樣任務。重點問題在于墩柱、底梁、橫梁等復雜構件。對于復雜一些的放樣任務來說，要找出其變化規律，并根據變化規律來計算。假設X樁號已經被確定并且根據測量的Y樁號來計算對應的標高H，可以使用 AutoCAD 軟件中構造的 3D 圖形輔助計算更為簡捷。在經過Z軸的平面上，對不在同一直線的點進行剪切，在命令窗口中輸入查詢高程的命令，以此解決施工放樣中計算復雜構件的坐標和高程，極大地提升了作業效率。

2.5 輔助工程量計算

在施工管理中涉及工程量的計算，不規則形體要精確計算工程量相當煩瑣，且不易做到；我們可以通過建立AutoCAD 三維立體圖，在命令窗口輸入相應的命令，來計算出我們所需要的值，如角度、面積、體積等。不規則的土石方工程量是較難計算的，我們可以通過外業實地測量獲取數據，將坐標值輸入 AutoCAD 中，最終計算出工程量。

3 結語

隨著時代的發展，人們對建筑物的要求越來越嚴格，規劃設計的建筑物不僅要滿足日常生產生活的需要，還要更加的美觀、新穎。相應的，為了滿足客戶的需要，工程測量技術也應該做出革新來適應當前的發展趨勢，可以利用 AutoCAD 構造三維立體圖形、結合 Rhino 等軟件使大面積異形曲面復雜結構施工測量更加便捷高效。