（中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，沈陽市，110000）

1 概述

水利工程形式多種多樣，有大壩、廠房、壓力管道、調(diào)壓井、引水隧洞等，由于工程的設(shè)計(jì)是在總體規(guī)劃下進(jìn)行的，因此建筑物的軸線往往不能與大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行或垂直，依據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)如果只進(jìn)行簡(jiǎn)單的軸線放樣是比較簡(jiǎn)單，但是當(dāng)遇到比較復(fù)雜的建筑物（比如：水電站發(fā)電廠房）時(shí)就比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且難度比較大。為此，針對(duì)建筑物的細(xì)部結(jié)構(gòu)與軸線垂直或平行的特點(diǎn)，我們?cè)诰唧w的工作中可以建立施工坐標(biāo)系統(tǒng)，這樣一來很多問題都能夠迎刃而解，而且比較直觀，大大的提高工作效率。

2 施工坐標(biāo)系統(tǒng)的適用范圍

施工坐標(biāo)系統(tǒng)適用于一些大型綜合性的建筑物，結(jié)構(gòu)形狀都比較復(fù)雜，建筑面積相對(duì)較大，分部工程較多，又需要一體澆注完成，對(duì)于測(cè)量的精度要求較高，普通的軸線控制方法不能達(dá)到具體的施工測(cè)量要求時(shí)我們采用施工坐標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)于直線型的道路同樣適用，使用坐標(biāo)控制軸線的方式能夠更加方便、快捷、準(zhǔn)確的完成施工測(cè)量任務(wù)，使用全站儀放軸線控制點(diǎn)，經(jīng)緯儀放控制線，也充分利用了儀器的最優(yōu)功能。需要注意的是當(dāng)?shù)缆窞榍€時(shí)盡量不要采用施工坐標(biāo)系，如果采用的話一定要注意施工坐標(biāo)系所控制的范圍。

3 建立施工坐標(biāo)系的基本原理

供工程建設(shè)施工放樣使用的平面直角坐標(biāo)系，稱為施工坐標(biāo)系，也稱為建筑坐標(biāo)系。

圖1 施工坐標(biāo)系統(tǒng)與大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的位置關(guān)系

由圖1可知，XOY為大地坐標(biāo)系統(tǒng)，X’O’Y’為施工坐標(biāo)系統(tǒng)，點(diǎn)A在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)為（X,Y），在施工坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)為(X’,Y’)，施工坐標(biāo)系原點(diǎn)O’在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)為(XO,YO)，角α為大地坐標(biāo)系統(tǒng)的縱軸X與施工坐標(biāo)系統(tǒng)的縱軸X’的夾角即施工坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角，那么根據(jù)圖形間的幾何關(guān)系可以推算出它們之間的換算關(guān)系即：

點(diǎn)A由大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)公式為

點(diǎn)A由施工坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)公式為

其中夾角α可以通過設(shè)計(jì)圖紙推算出來。

通過上述公式1可以計(jì)算出各個(gè)控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的施工坐標(biāo)，然后根據(jù)控制點(diǎn)的施工坐標(biāo)對(duì)全站儀進(jìn)行架設(shè)，設(shè)置后的全站儀所置的坐標(biāo)系統(tǒng)就是施工坐標(biāo)系統(tǒng)，與設(shè)計(jì)圖紙一致而且比較直觀。

4 CASIO-5800P計(jì)算器在轉(zhuǎn)換過程中的運(yùn)用

上面我們?cè)敿?xì)闡述了大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)的基本原理，通過公式我們可以計(jì)算出一個(gè)大地坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的施工坐標(biāo)，但是公式比較麻煩而且手算時(shí)容易出錯(cuò)，這時(shí)我們就可以借助工程編程計(jì)算器來解決這個(gè)問題，計(jì)算器編寫代碼輸入后，運(yùn)算時(shí)只需要輸入數(shù)字，得到結(jié)果。

下面我們只以大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)公式為例編寫代碼。

說明：XO/YO為施工坐標(biāo)系原點(diǎn)O’在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)即擬建立施工坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

X/Y為點(diǎn)A在大地坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)。

SGX/SGY為點(diǎn)A經(jīng)過轉(zhuǎn)換后所對(duì)應(yīng)的施工坐標(biāo)。

XZJ為大地坐標(biāo)系統(tǒng)的縱軸X與施工坐標(biāo)系統(tǒng)的縱軸X’的夾角。

以上為大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為施工坐標(biāo)在CASIO-5800P計(jì)算器中的代碼公式，代碼輸入計(jì)算器后，按提示進(jìn)行操作即可得到結(jié)果。

5 施工坐標(biāo)系統(tǒng)在黃河劉家峽洮河口排沙洞及擴(kuò)機(jī)工程中的建立及運(yùn)用

5.1 工程概況

劉家峽洮河口排沙洞擴(kuò)機(jī)工程位于劉家峽水電站左岸，主要建筑物由排沙洞、發(fā)電支洞、調(diào)壓井、壓力管道及岸邊電站廠房等組成。擴(kuò)機(jī)電站裝機(jī)2臺(tái)，總裝機(jī)容量300MW，工程屬二等大（2）型工程。排沙洞、發(fā)電洞、調(diào)壓井、壓力鋼管、廠房系統(tǒng)等主要建筑物為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。擴(kuò)機(jī)工程為排沙洞分岔段下游引水發(fā)電系統(tǒng)（包括發(fā)電洞、調(diào)壓井、壓力鋼管和電站廠房等）。

5.2 建立施工坐標(biāo)系統(tǒng)的目的

由于該工程的廠房開挖及混凝土襯砌工作結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普通的測(cè)量手段難以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要，為加快測(cè)量速度、提高點(diǎn)位精度，所以需要建立施工坐標(biāo)系統(tǒng)。擬建立的施工坐標(biāo)系統(tǒng)主要控制發(fā)電廠房施工區(qū)域，兼顧廠房邊坡、進(jìn)場(chǎng)交通洞等。

5.3 廠房布置與大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的位置關(guān)系

圖2 廠房布置形式與大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的位置關(guān)系

圖2中綠色的軸線表示大地坐標(biāo)系統(tǒng)的軸線，紅色的軸線代表施工坐標(biāo)系統(tǒng)的軸線，紅色軸線與綠色軸線的交點(diǎn)為施工坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件可知廠房施工坐標(biāo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角為16°0′43.23″，施工坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)坐標(biāo)為X=3978961.6499、Y=119976.9322，得到以上數(shù)據(jù)即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換

5.4 廠房?jī)?nèi)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

得到發(fā)電廠房與大地坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系后即可對(duì)廠區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里我們選取比較典型的兩個(gè)控制點(diǎn)S1、S2為例進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算。

表1 兩控制點(diǎn)S1、S2的大地坐標(biāo)數(shù)據(jù)

打開CASIO-5800P計(jì)算器把程序1輸入進(jìn)去，按照步驟提示進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，以S1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為例：

步驟1：X0=? 輸入施工坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)坐標(biāo)X0的數(shù)值3978961.6499

步驟2:Y0=? 輸入施工坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)坐標(biāo)Y0的數(shù)值119976.9322

步驟3:XZJ=? 輸入施工坐標(biāo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)角的數(shù)值16°0′43.23″

步驟4:X=? 輸入待轉(zhuǎn)換的S1數(shù)據(jù)X值3979021.8570

步驟5:Y=? 輸入待轉(zhuǎn)換的S1數(shù)據(jù)Y值119 974.5 372

步驟6:SGX=57.2 107 得到S1施工坐標(biāo)X值

步驟7:SGY=-18.9 095 得到S1施工坐標(biāo)Y值

S2數(shù)據(jù)重復(fù)以上步驟，得到表2數(shù)據(jù)。

這時(shí)我們可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)出現(xiàn)負(fù)數(shù)，那么我們就要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙定義一下正負(fù)數(shù)的實(shí)際含義，這里我們規(guī)定SGX為正時(shí)表示廠下、SGX為負(fù)時(shí)表示廠上、SGY為正時(shí)表示廠右、SGY為負(fù)時(shí)表示廠左，為更加形象的表示各個(gè)象限詳見圖3。

圖3 廠區(qū)施工坐標(biāo)系統(tǒng)象限示意圖

那么轉(zhuǎn)換后S1數(shù)據(jù)的可以稱為：廠下57.2107、廠左18.9095、高程1 628.8 927

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，我們可以根據(jù)圖紙推算數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)相比對(duì)，校核其正確性。然后對(duì)兩種方式數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)就可以發(fā)現(xiàn)其正確與否。

表2 兩種計(jì)算方式結(jié)果比較

通過對(duì)比分析我們可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)程序1轉(zhuǎn)換的施工坐標(biāo)數(shù)據(jù)與由圖紙推算出的施工坐標(biāo)數(shù)據(jù)是吻合的，誤差最大的為1.1mm，那么我們就可以判斷表2中轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是正確的，程序1可以使用。

5.5 全站儀對(duì)施工坐標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)用

我們通過上述步驟已經(jīng)得到控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的施工坐標(biāo)，結(jié)合全站儀，那么以后的測(cè)量工作就變得相當(dāng)容易，全站儀可以直接測(cè)量出一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，這是其最大的優(yōu)點(diǎn)。

利用以上兩控制點(diǎn)的施工坐標(biāo)，設(shè)置全站儀，目前通用快捷的架站方式有后方交會(huì)、坐標(biāo)定向兩種（架站原理這里不做詳細(xì)論述），儀器架設(shè)完成，滿足一定的精度就可以進(jìn)行測(cè)量工作。由于我們是利用施工坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，那么全站儀目前所置的就是施工坐標(biāo)系統(tǒng)，與設(shè)計(jì)圖紙上的廠房布置形式吻合，那么我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)就比較直觀，全站儀測(cè)出來的數(shù)字就是圖紙上的數(shù)字。

比如我們現(xiàn)在要測(cè)量出7#發(fā)電機(jī)組的中心（廠上0.000，廠左19.700），那么我們只需要讓全站儀屏幕上的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示（X:0.000，Y:-19.700）就可以，測(cè)量步驟簡(jiǎn)單，不需要拿著計(jì)算器計(jì)算，可以節(jié)約大量的時(shí)間。需要注意的是這里我們定義的上下左右與廠方布置圖的關(guān)系，這是問題的關(guān)鍵，稍有不慎就會(huì)釀成大錯(cuò)，切記。

6 結(jié)語

將施工坐標(biāo)系統(tǒng)與大地坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)進(jìn)行換算，使其坐標(biāo)統(tǒng)一，便于施工中的軸線控制、計(jì)算及復(fù)核，對(duì)施工整個(gè)過程具有測(cè)設(shè)方便、準(zhǔn)確，減少施工測(cè)量放線的工作量，提高經(jīng)濟(jì)效益和施工質(zhì)量，特別對(duì)復(fù)雜外形，多點(diǎn)建筑物的施工測(cè)量放線工作具有很好的應(yīng)用前景，不單單適用于水利工程，市政、房建、道路等工程領(lǐng)域。

在實(shí)際的測(cè)量工作中我們追求就是把復(fù)雜的工作簡(jiǎn)單化，節(jié)約時(shí)間，提高精度，那么施工坐標(biāo)系統(tǒng)就滿足這一需要，它具有普遍意義，值得推廣，并在今后的實(shí)踐中總結(jié)和提高。