田海勇

(洛陽規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，河南洛陽 471000)

大型壁畫放樣方法與實(shí)踐

田海勇?

(洛陽規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，河南洛陽 471000)

從項(xiàng)目特點(diǎn)、實(shí)施方法、作業(yè)步驟等多個(gè)方面，對(duì)大型壁畫測(cè)量放樣方法進(jìn)行分析論述，提出了應(yīng)用測(cè)量技術(shù)處理空間圖形放樣問題的簡便方法。

復(fù)雜建筑；大型壁畫；放樣；空間圖形點(diǎn)；數(shù)學(xué)模型；放樣參數(shù)；劃線模板

1 引 言

隨著城市的發(fā)展，復(fù)雜造型的建筑物越來越多，對(duì)建筑物的觀賞性要求也越來越高，其中，在大型復(fù)雜建筑物外表面繪制巨型壁畫是近年來非常流行的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)壁畫的制作一般由美工設(shè)計(jì)后，采用比例放大的方法，先設(shè)計(jì)好方格網(wǎng)，按比例將方格網(wǎng)繪制到墻壁上，再由專業(yè)美工分塊完成。這種方法有兩個(gè)明顯的缺陷:一是對(duì)作業(yè)人員要求高，不僅要懂美術(shù)，而且要有高空作業(yè)的技術(shù)，作業(yè)成本高，作業(yè)周期長；二是受空間局限較多，臨摹的效果不十分理想。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)，由測(cè)繪人員代替美工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣效果比較好，不僅能夠精確地進(jìn)行細(xì)部放樣，完美地反映和體現(xiàn)設(shè)計(jì)的構(gòu)思，而且可以降低高空作業(yè)的成本，大大節(jié)約工期，并且受空間約束較少。測(cè)量放樣的基本出發(fā)點(diǎn)是空間坐標(biāo)定位技術(shù)的應(yīng)用，采用全站儀可以方便快捷地放樣各種復(fù)雜的空間圖形和曲線，精度可以實(shí)時(shí)控制。

本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)大型壁畫的測(cè)量放樣方法進(jìn)行分析和論述，提出處理該類問題的基本思路和簡便方法。

2 工程概述

寶龍城市廣場(chǎng)是洛陽市新區(qū)的標(biāo)志性建筑，由大型商業(yè)中心、豪華寫字樓、高層商住樓、大型公寓等幾部分組成，總建筑面積100多萬平方米。其中，大型公寓由2棟高層建筑組成，平面呈圓弧形對(duì)稱布置，是整個(gè)廣場(chǎng)的門臉，鳳凰圖案的大型壁畫是整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思的點(diǎn)睛之筆，壁畫放樣測(cè)量是大型壁畫繪制的關(guān)鍵技術(shù)，如圖1所示。

設(shè)計(jì)有壁畫的公寓高20層，東西兩棟樓對(duì)稱布置，每棟樓建筑尺寸為104 m×18 m，平面呈扇形。南側(cè)、北側(cè)墻面設(shè)計(jì)為鳳凰圖案，對(duì)稱分布，共4幅圖案。鳳凰圖案采用外墻涂料繪制，底色為白色，圖案以藍(lán)色為主，中間有黃色彩帶，上部“羽毛”為卷曲圖案。圖案基本布滿整個(gè)墻面，圖案高度60 m，展開長度104 m。鳳凰圖案詳圖及其細(xì)部放樣涉及特殊工藝，要求保證放樣后圖案不變形，保持原設(shè)計(jì)的觀瞻效果。

圖1 壁畫設(shè)計(jì)效果圖

3 放樣原理及流程

3.1 圖紙分析

設(shè)計(jì)單位提供了單體平面圖、立面圖和平面布置圖，其中，立面圖上標(biāo)出了“鳳凰”圖案底稿。

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，公寓內(nèi)墻面圓弧半徑為392.28 m，外墻面圓弧半徑為410.12 m。兩棟公寓結(jié)構(gòu)對(duì)稱，細(xì)部尺寸完全一致。4面墻體上的“鳳凰”圖案大小一樣，均沿弧形墻面由大門一側(cè)向外延伸。

設(shè)計(jì)方提供的圖件中，沒有對(duì)“鳳凰”圖案提出明確具體的坐標(biāo)、標(biāo)高、角度和細(xì)部尺寸，所需尺寸均須從電子圖件上量取。從電子平面圖上可以查到外墻平面尺寸的數(shù)據(jù)，以及墻面的平面數(shù)學(xué)關(guān)系。立面圖為展開圖，長度尺寸為圓弧長。平面圖和立面圖沒有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，細(xì)部點(diǎn)位不能直接對(duì)應(yīng)起來，如圖2所示。根據(jù)圖紙，需要進(jìn)行解算，將要放樣的點(diǎn)位三維坐標(biāo)確定下來。

圖2 設(shè)計(jì)樣圖

3.2 放樣方法及流程

根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸建立數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)圖案特點(diǎn)設(shè)計(jì)細(xì)部放樣模板。采用全站儀掃描和放樣特征點(diǎn)，放樣點(diǎn)位置偏差應(yīng)≤±50 mm。特征點(diǎn)放樣后，利用不同的模板實(shí)地繪制輪廓線，完成圖案底稿。外墻裝飾施工時(shí)根據(jù)繪制好的圖案輪廓線進(jìn)行涂色，完成圖案(具體流程如圖3～圖7所示)。

圖3 壁畫放樣基本流程

圖4 數(shù)學(xué)模型建立

圖5 測(cè)量控制基準(zhǔn)建立

圖6 圖案特征點(diǎn)放樣

圖7 圖形繪制

3.3 測(cè)量要素及主要技術(shù)精度指標(biāo)

(1)建立數(shù)學(xué)模型

包括圖紙分析、實(shí)地檢測(cè)、三維坐標(biāo)模型建立、放樣參數(shù)計(jì)算、測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、劃線模板設(shè)計(jì)。為保證數(shù)字化測(cè)量的嚴(yán)密性，數(shù)學(xué)模型精度應(yīng)該嚴(yán)格得到控制。實(shí)際建模精度按±1 mm控制，所有計(jì)算全部在計(jì)算機(jī)上完成。

(2)建立測(cè)量控制基準(zhǔn)

包括臨時(shí)控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與測(cè)量、實(shí)際建筑位置及尺寸檢測(cè)、控制點(diǎn)三維坐標(biāo)設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)換、控制基準(zhǔn)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算、基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置、控制網(wǎng)檢測(cè)、放樣參數(shù)復(fù)核等。

控制點(diǎn)測(cè)量采用導(dǎo)線和三角網(wǎng)相結(jié)合的復(fù)合網(wǎng)，測(cè)量精度為:邊長測(cè)量中誤差≤±5 mm，水平角測(cè)量中誤差≤±6″，豎直角測(cè)量中誤差≤±5″。

(3)圖案特征點(diǎn)放樣

根據(jù)圖案特征，將圖案分A、B、C、D、Y共5層，每幅圖案特征點(diǎn)約400個(gè)，4幅圖案共需要放樣約1 600個(gè)空間點(diǎn)位?？紤]到圖案在實(shí)地的不連續(xù)性，以及劃線方便，相鄰特征點(diǎn)間距均不超過2 m，放樣點(diǎn)均以點(diǎn)對(duì)的形式出現(xiàn)。

放樣時(shí)采用測(cè)設(shè)方位角和豎直角的方法控制投點(diǎn)位置，用實(shí)測(cè)距離和高差的方法與理論值進(jìn)行比對(duì)，采集放樣點(diǎn)三維坐標(biāo)作為檢查結(jié)果。

實(shí)際放樣精度按點(diǎn)位中誤差≤±20 mm進(jìn)行控制，考慮到各種因素，放樣后最大點(diǎn)位誤差可以控制到±50 mm以內(nèi)。

(4)圖形繪制

根據(jù)放樣好的特征點(diǎn)，采用特制的模板劃線，組成圖案輪廓。經(jīng)初步檢查連線無誤后，沿藍(lán)色區(qū)域一側(cè)用藍(lán)色涂料將圖形輪廓線勾畫出來，劃線寬度為5 cm。從遠(yuǎn)處對(duì)圖案形態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，滿足要求后再進(jìn)行粉刷施工。圖形繪制有誤，或者需要變更時(shí)，在最終上色前進(jìn)行修改。

劃線模板為特制的大型曲線板，對(duì)應(yīng)于每種曲線制作大小兩種型號(hào)的模板。采用劃線模板可以精確地畫出輪廓線，只要區(qū)分清不同的曲線段，采用相應(yīng)的模板即可。

4 數(shù)學(xué)模型建立

4.1 平面坐標(biāo)系選擇

根據(jù)圖形特征建立施工坐標(biāo)系。如圖8所示，以圖形對(duì)應(yīng)的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)O1，D、E區(qū)對(duì)稱中心線為A軸，向右垂直方向?yàn)锽軸。D、E區(qū)坐標(biāo)數(shù)值相同，B坐標(biāo)符號(hào)相反。放樣時(shí)，只要計(jì)算出一側(cè)的坐標(biāo)參數(shù)，就可以直接推算出另一側(cè)的坐標(biāo)參數(shù)。

坐標(biāo)系設(shè)計(jì)好后，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，保證設(shè)計(jì)與實(shí)地一致。由于存在施工偏差，實(shí)際尺寸及點(diǎn)位位置會(huì)有變化。理論上4個(gè)面應(yīng)為一個(gè)統(tǒng)一坐標(biāo)系，實(shí)際上并不能附合很好。為了簡化計(jì)算，使四個(gè)面參數(shù)統(tǒng)一，在實(shí)際操作時(shí)，以每個(gè)面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，分別獨(dú)立建立控制模型，即建立4個(gè)坐標(biāo)系:D－O1AB、DO2AB、E－O1AB、E－O2AB。其中，O1、O2理論上為同一設(shè)計(jì)點(diǎn)位，實(shí)際上存在施工偏差，應(yīng)區(qū)別對(duì)待，例如:D－O1AB坐標(biāo)系定位以D1D2面實(shí)際位置確定，D－O2AB坐標(biāo)系定位以D3D4面實(shí)際位置確定。

圖8 施工坐標(biāo)系

4.2 控制模型建立

以選定的平面坐標(biāo)和設(shè)計(jì)的施工標(biāo)高為坐標(biāo)系的3個(gè)軸，建立三維坐標(biāo)系。坐標(biāo)分別以A、B、H表示。其中，H坐標(biāo)從施工標(biāo)高±0.00 m起算。

在室內(nèi)進(jìn)行放樣設(shè)計(jì)時(shí)，以理論值進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，坐標(biāo)系實(shí)際位置經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)后根據(jù)建筑物實(shí)際位置確定。具體實(shí)施步驟如下:

(1)先任意假定一個(gè)坐標(biāo)系O－XY，統(tǒng)一測(cè)定D1～D4、E1～E4點(diǎn)的坐標(biāo)，并在實(shí)地以假定坐標(biāo)系建立首級(jí)控制網(wǎng)。如圖9所示，L1～L6為首級(jí)控制點(diǎn)。

圖9 首級(jí)控制網(wǎng)

(2)根據(jù)實(shí)測(cè)的D1～D4、E1～E4點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y)以及圓弧半徑驗(yàn)算圖形參數(shù)，檢查各弧線段弦長與理論值是否一致。

(3)分別以D1、D3、E1、E3點(diǎn)在O－AB坐標(biāo)系中的理論坐標(biāo)為基點(diǎn)，以理論圓心和理論半徑為圖形參數(shù)，根據(jù)各弧線段實(shí)際弦長解算出D2、D4、E2、E4點(diǎn)的施工坐標(biāo)(A，B)。

(4)根據(jù)D1～D4、E1～E4點(diǎn)的施工坐標(biāo)(A，B)，采用距離前方交會(huì)的方法，反算出對(duì)應(yīng)弧線段位置的首級(jí)控制點(diǎn)的施工坐標(biāo)(A，B)。如圖9所示，L1－E3－E4、L2－D4－D3、L5－E2－E1、L6－D1－D2分別對(duì)應(yīng)于4個(gè)施工坐標(biāo)系。

(5)利用首級(jí)控制點(diǎn)，在各個(gè)施工坐標(biāo)系中分別放樣擬定位置的施工基準(zhǔn)點(diǎn)。以D－O1AB坐標(biāo)系為例，在L6點(diǎn)上設(shè)站，后視D1點(diǎn)，放樣出弧線段D1－D2對(duì)應(yīng)的施工基準(zhǔn)點(diǎn)K1、K2。

(6)各個(gè)弧線段的施工基準(zhǔn)點(diǎn)放樣完成后，在實(shí)地做好標(biāo)志。

(7)采用三角高程測(cè)量方法，以施工±0.00 m為基準(zhǔn)，按四等高程測(cè)量的精度，連測(cè)施工基準(zhǔn)點(diǎn)的高程。

圖10施工基準(zhǔn)點(diǎn)平面布置圖

圖10 為施工基準(zhǔn)點(diǎn)布置圖，表1為施工基準(zhǔn)點(diǎn)在各自坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

施工基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)成果 表1

4.3 圖形點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)計(jì)算

原設(shè)計(jì)圖給定的圖形點(diǎn)坐標(biāo)為弧長S和標(biāo)高H，需要轉(zhuǎn)換為測(cè)量坐標(biāo)。

如圖11所示，已知圓心O點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0)，基點(diǎn)M坐標(biāo)為(A0，B0，H0)，基點(diǎn)M到圓心距離為R0，起算方位角為OM邊方位角E。主要參數(shù)計(jì)算公式如下:

圖11 參數(shù)解析關(guān)系

以上參數(shù)采用Excel程序表格自動(dòng)計(jì)算，計(jì)算時(shí)要注意弧度轉(zhuǎn)換和方位角正負(fù)值。對(duì)于不同的弧段，計(jì)算方法相同，只需輸入不同的基點(diǎn)坐標(biāo)、圓弧半徑和起算方位角即可。

4.4 放樣參數(shù)計(jì)算

放樣參數(shù)以測(cè)站點(diǎn)為起算依據(jù)，主要有放樣點(diǎn)方位角、水平距離、豎直角(天頂距)、垂距。儀器高度預(yù)先設(shè)計(jì)好，儀器中心坐標(biāo)為已知參數(shù)。根據(jù)圖形點(diǎn)的坐標(biāo)(AP，BP，HP)和儀器中心點(diǎn)的坐標(biāo)(AK，BK，HV)，可計(jì)算出各種放樣參數(shù)。計(jì)算公式如下:

其中，儀器標(biāo)高HV＝HK＋i(i為儀器高，HK為測(cè)站點(diǎn)標(biāo)高)。

采用Excel程序表格將各測(cè)站對(duì)應(yīng)的所有圖形點(diǎn)放樣參數(shù)全部計(jì)算出來，現(xiàn)場(chǎng)只需按設(shè)計(jì)高度架設(shè)好全站儀，即可按數(shù)據(jù)表逐一放樣點(diǎn)位。

放樣點(diǎn)間距以能夠?qū)嵉禺嬀€為準(zhǔn)，以不超過2 m為宜。設(shè)計(jì)點(diǎn)位時(shí)，不僅要考慮間距，還要考慮窗口、陽臺(tái)、飄窗、檐板等影響畫線的因素。

根據(jù)圖形設(shè)計(jì)，每幅圖案放樣點(diǎn)分5個(gè)層次布設(shè)，分別為A、B、C、D、Y。表2為部分點(diǎn)位的放樣數(shù)據(jù)。

圖形點(diǎn)放樣參數(shù) 表2

4.5 劃線模板設(shè)計(jì)

圖案由各種大小的圓弧組成，為了減少放樣工作量，準(zhǔn)確方便地劃線，采用五合板制作成各種大小的弓形模板，對(duì)應(yīng)于弧線編號(hào)，對(duì)模板也進(jìn)行編號(hào)，以方便實(shí)地辨別和使用。

使用劃線模板時(shí)，只需將弧線上2點(diǎn)對(duì)齊模板曲線一側(cè)，沿著模板畫出曲線即可，如圖12所示。

圖12 劃線模板使用

5 圖形特征點(diǎn)實(shí)地放樣

放樣時(shí)，按層次分別進(jìn)行，一層一層逐點(diǎn)放樣。主要作業(yè)步驟如下:

(1)按設(shè)計(jì)位置設(shè)置儀器，并保證儀器設(shè)在固定高度。

(2)設(shè)置測(cè)站參數(shù)，進(jìn)行已知特征點(diǎn)符合(坐標(biāo)、標(biāo)高、邊長、方位、豎直角)，檢查參數(shù)符合要求再開始放樣其他點(diǎn)。

(3)報(bào)點(diǎn)號(hào)，設(shè)置方位、天頂距，固定儀器。

(4)指揮投點(diǎn)、作標(biāo)記、寫編號(hào)。

(5)每隔一定間隔(5點(diǎn)～10點(diǎn))采用棱鏡測(cè)距檢查，記錄平距、垂距，并與設(shè)計(jì)值比較。

(6)每隔一定間隔(10點(diǎn)～20點(diǎn))回起始方位檢查，記錄符合方向，超過60″該回合返工重測(cè)。符合差小于30″，可以不調(diào)儀器繼續(xù)放樣；符合差大于30″，調(diào)整儀器后再測(cè)。

(7)用彩色油性筆投點(diǎn)標(biāo)記，先作點(diǎn)狀標(biāo)記，然后畫“＋”字及圈“○”標(biāo)記，并將測(cè)站所報(bào)編號(hào)寫在旁邊，如“A30”等。

(8)移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)位。

(9)隨時(shí)觀察，核對(duì)圖形和位置，及時(shí)糾正錯(cuò)誤。

6 放樣檢查

放樣精度主要受角度影響，距離影響不明顯。因此檢查應(yīng)以角度符合為主，距離符合為輔。

北面放樣距離約100 m，南面放樣距離約150 m，點(diǎn)位按±50 mm精度，相應(yīng)的角度允許偏差分別為: m1＝0°01′43″，m2＝0°01′09″。放樣時(shí)角度控制精度為30″，角度最大允許偏差為60″。

放樣檢查工作包括以下4部分:

(1)檢測(cè):放樣前檢測(cè)已知點(diǎn)，記錄、比較，確認(rèn)儀器設(shè)置正確。

(2)回報(bào):放樣后瞄準(zhǔn)點(diǎn)位，讀取實(shí)際方位角、天頂距，記在數(shù)據(jù)表右側(cè)空位置。

(3)抽查:間隔抽查部分點(diǎn)位垂距、平距，記錄并與原值比較。

(4)歸零:間隔方向歸零，記錄、比較歸零差。

7 圖形畫線

(1)畫線模板制作

根據(jù)設(shè)計(jì)圖形制作畫線模板，用于現(xiàn)場(chǎng)快速畫線。劃線模板包括直線板共10塊，其中:直線板1塊；B模板2塊；羽外模板2塊；羽內(nèi)模板2塊；羽尾模板2塊；羽內(nèi)第一個(gè)內(nèi)圓模板1塊。

畫線模板采用5合板制作，模板上書寫類型和編號(hào)。

(2)模板畫線

實(shí)地畫線時(shí)，按線型一條一條畫。對(duì)應(yīng)于A、C、D層，曲率較小，采用直線板直接畫線；B層采用B模板畫線；Y(羽毛)層分羽外、羽內(nèi)、羽尾、羽內(nèi)第一個(gè)內(nèi)圓4種型號(hào)7塊模板。

曲線畫線時(shí)，選用對(duì)應(yīng)型號(hào)的模板，將邊沿對(duì)上2個(gè)圖形點(diǎn)，固定后沿曲線邊沿畫線即可。

畫線后，核對(duì)圖形，保證曲線流暢，符合要求。如有連接錯(cuò)誤，查找是模板、連線、投點(diǎn)哪一種原因造成的，并予以更正。

圖形全部劃線完成后，在上涂料前，先用50 mm寬藍(lán)線沿設(shè)計(jì)的藍(lán)線涂層一側(cè)勾畫出圖形輪廓，進(jìn)行外觀檢查。符合要求后再進(jìn)行外墻涂刷。

8 結(jié) 語

采用全站儀放樣空間復(fù)雜圖形是一種簡便的方法，適用于各種大型壁畫的繪制。采用特制的劃線模板可以精確繪制各種復(fù)雜的曲線，減少全站儀放樣投點(diǎn)的工作量，從而有效提高作業(yè)效率。

全站儀放樣空間點(diǎn)需要預(yù)先建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行放樣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮實(shí)測(cè)方便，精度可靠，整個(gè)程序要能夠控制，檢核條件應(yīng)充分。

根據(jù)實(shí)際需要，全站儀可以和筆記本電腦組成實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，方便現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并及時(shí)進(jìn)行修正。本項(xiàng)目施工中建立了實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，但在實(shí)際工作中由于數(shù)據(jù)完整，不需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)計(jì)算，采用數(shù)據(jù)表的形式更加便捷。

全站儀空間放樣的精度主要由測(cè)站控制，對(duì)投點(diǎn)、劃線的操作要求不高，技術(shù)人員可以在地面指揮，減輕了高空作業(yè)的難度。

[1] GB50026－2007.工程測(cè)量規(guī)范[S].

[2] 鄧學(xué)才.復(fù)雜建筑施工放線[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007，1～10

The Layout Method and Practice of Large－scale Mural

Tian HaiYong
(Luo Yang Planning＆Architectural Design Co.，Ltd.Luoyang 471000，China)

First this paper analyzed the method and practice of large－scale mural，and elaborated the project feature，the method of enforcement and the course of works，then a simple and convenient method of space figure layout according to surveying technology is raised.

Complex Building；Large－scale mural；Surveying；Point of Space figure；Mathematical model；Surveying parameter；Drawing board

1672－8262(2010)06－129－05

P258

B

2010—01—19

田海勇(1966—)，男，高級(jí)工程師，主要從事城市測(cè)量、工程測(cè)量、變形測(cè)量等技術(shù)應(yīng)用與研究工作。