童鵬程，張同波

(1. 中鐵四局集團(tuán)建筑工程有限公司，安徽 合肥 230022； 2. 合肥海拓勘測設(shè)備有限公司，安徽 合肥 230022)

隨著城市化建設(shè)的加快，高層和超高層建筑越來越多。本文針對(duì)傳統(tǒng)的高層建筑施工中利用低下、精度偏低的特點(diǎn)，在保證建筑物安全性、耐久性的同時(shí)，利用GPS RTK和測量機(jī)器人等先進(jìn)的測量技術(shù)和儀器設(shè)備，結(jié)合BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高層建筑施工測量的自動(dòng)化、無紙化、可視化和智能化的三維放樣。

1 工程概況

貴州凱里未來城項(xiàng)目“城市之門”A座由4層地下室、局部3層商業(yè)裙樓、一棟18層SOHO辦公樓及一棟24層五星級(jí)酒店組成，總建筑面積為119 803.325 m2。18層S0H0辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6 m,土建結(jié)構(gòu)高70.2 m,屋面附屬鋼結(jié)構(gòu)高25 m,建筑總高度95.2 m；24層酒店(辦公樓)標(biāo)準(zhǔn)層層高3.8 m,土建結(jié)構(gòu)高度98.7 m,屋面附屬鋼結(jié)構(gòu)高25 m,建筑總高度123.7 m。

2 儀器設(shè)備及技術(shù)介紹

2.1 BIM技術(shù)

BIM模型建立時(shí)無需設(shè)定坐標(biāo)系，需利用現(xiàn)有建模軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)軸線任意確定模型位置。只需保證模型與軸網(wǎng)之間的相對(duì)位置正確，建立建筑物的結(jié)構(gòu)模型即可。

2.2 GPS RTK技術(shù)

減少控制點(diǎn)采集次數(shù)，僅一人操作,每個(gè)放樣點(diǎn)只需停留幾秒的時(shí)間，且不存在誤差積累。

2.3 測量機(jī)器人

測量機(jī)器人在整平后，無需人工輸入坐標(biāo)及各種參數(shù)，可以動(dòng)搜索、確認(rèn)目標(biāo)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)過程中對(duì)儀器的磨損和震動(dòng)都非常小，電能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，不產(chǎn)生磁場，也不會(huì)被磁場干擾。在測量及瞄準(zhǔn)過程中鏡頭不會(huì)抖動(dòng)，保證了測量精度。

3 在高層建筑中應(yīng)用方法

在施工現(xiàn)場較為開闊的地方架設(shè)GPS RTK基準(zhǔn)站，在施工樓層中間位置架設(shè)測量機(jī)器人，并在樓層周邊位置任意采用帶360°全棱鏡的RTK流動(dòng)站，測設(shè)4個(gè)以上的控制點(diǎn)，每個(gè)控制點(diǎn)在采集到坐標(biāo)后，不移動(dòng)基準(zhǔn)站的情況下直接將RTK采集的坐標(biāo)傳輸給測量機(jī)器人完成自由設(shè)站定向工作。通過點(diǎn)擊測量手簿中BIM模型需要放樣的結(jié)構(gòu)位置，即可通過測量機(jī)器人將結(jié)構(gòu)位置的坐標(biāo)進(jìn)行放樣，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行所需設(shè)備

3.1 BIM模型坐標(biāo)和現(xiàn)場施工坐標(biāo)系的統(tǒng)一

由于BIM模型的建立是由建模人員任意繪制的，與工程中的施工坐標(biāo)系無法統(tǒng)一，通過坐標(biāo)系的偏移和旋轉(zhuǎn)可以將坐標(biāo)系BIM任意坐標(biāo)批量轉(zhuǎn)化為工程中的施工坐標(biāo)系，如圖2所示，從而保證BIM坐標(biāo)可以在現(xiàn)場準(zhǔn)確無誤地放樣。

圖2 BIM任意坐標(biāo)系批量轉(zhuǎn)化示意圖

3.2 GPS RTK精度提高

GPS RTK因?yàn)槠錅y量點(diǎn)位的精度偏低，一般其測量的點(diǎn)位數(shù)值不作為控制點(diǎn)使用，但因其測量效率高、速度快、操作簡單、使用方便，可以通過如下方式來提高其測量點(diǎn)位的精度，已達(dá)到滿足控制點(diǎn)使用的要求。

(1) 設(shè)置接收機(jī)“三星”系統(tǒng)能夠同時(shí)接收GPS、GLONASS、BDS信號(hào)，如圖3所示，增加多余觀測衛(wèi)星型號(hào)的數(shù)量，可提高衛(wèi)星觀測精度。

圖3 三星系統(tǒng)示意圖

(2) 提高接收衛(wèi)星信號(hào)的高度截止角，如圖4所示，剔除信號(hào)接收不良的衛(wèi)星，以提高觀測精度。

(3) 增加RTK測量過程的觀測時(shí)間，將控制點(diǎn)時(shí)間觀測由原來的5″提高至60″，以提高測量點(diǎn)的平面和高程精度。

(4) 在RTK測量控制點(diǎn)的過程中，采用帶固定支腿的插銷式對(duì)中桿，防止在測量過程中，因儀器自重下沉或?qū)c(diǎn)不夠垂直而影響測量精度，如圖5所示。

圖4 衛(wèi)星高度截止角的設(shè)置 圖5 RTK控制點(diǎn)采集

3.3 實(shí)測控制點(diǎn)坐標(biāo)與測量機(jī)器人定向一體化

根據(jù)RTK快速定位測量的控制點(diǎn)坐標(biāo)值，在不移動(dòng)對(duì)中桿的情況下，通過測量手簿傳輸將此坐標(biāo)值傳輸給測量機(jī)器人，完成該點(diǎn)的角度、距離定向，如圖6所示。依此方法完成后續(xù)各控制點(diǎn)的角度、距離定向，從而完成測量機(jī)器人的自由設(shè)站工作，如圖7所示。

圖6 測量機(jī)器人的自由設(shè)站示意圖

圖7 測量機(jī)器人的自由設(shè)站示意圖

3.4 BIM模型三維坐標(biāo)生成

只要通過在BIM模型上截取建筑物特征點(diǎn)或任意點(diǎn)時(shí)，其放樣點(diǎn)位置即可清晰地在BIM模型中顯示，如圖8所示。若放樣位置不對(duì)或沒有到位，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提醒正確的放樣方向及距離。在放樣時(shí)，無需計(jì)算建筑物各特征點(diǎn)的坐標(biāo)，也無需向儀器中輸入放樣坐標(biāo)，只要點(diǎn)擊模型中要放樣的位置即可，如圖9所示。

圖8 BIM模型中讀取的放樣坐標(biāo)

圖9 BIM自動(dòng)放樣

4 與傳統(tǒng)方法對(duì)比及優(yōu)勢

為了檢驗(yàn)BIM技術(shù)和測量機(jī)器人放樣點(diǎn)的精確性，現(xiàn)選取A座第16層，采用傳統(tǒng)的激光垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)、經(jīng)緯儀撥角、鋼尺量距方法測量放樣主控軸線，與采用BIM技術(shù)及測量機(jī)器人放樣的主控軸線角度、距離結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，詳見表1、表2。其優(yōu)勢如下：

表1 主控軸線角度對(duì)比

表2 主控軸線距離對(duì)比 m

(1) 施工時(shí)各樓層間不需要預(yù)留激光垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)用孔洞，避免預(yù)留孔洞后的二次施工現(xiàn)象，同時(shí)也避免了通過預(yù)留孔洞的高空墜物傷人等安全隱患問題。

(2) 施工過程中，無需通過激光垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)和經(jīng)緯儀撥角等即可將主控軸線各結(jié)構(gòu)物立模線放出，提高了施工效率。各樓層放樣坐標(biāo)或角度、距離無需進(jìn)行計(jì)算，可通過BIM的點(diǎn)擊直接獲取。

(3) 由于BIM技術(shù)和測量機(jī)器人的放樣誤差不隨樓層的升高而累積，避免出現(xiàn)激光垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)精度隨著投測高度的增加而降低的問題，提高了各樓層放樣的精度。

5 結(jié) 語

通過對(duì)BIM技術(shù)結(jié)合GPS和測量機(jī)器人等在高層建筑施工中的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的投點(diǎn)法控制及軸線法放樣方法，很好地將BIM技術(shù)、GPS、測量機(jī)器人運(yùn)用到控制點(diǎn)測量和快速靈活的任意設(shè)站，真正實(shí)現(xiàn)了測量放樣自動(dòng)化、無紙化、可視化和智能化。