周召兵 譚孝程

摘要：隨著城市化集群和城市規(guī)?；l(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目逐年增加，眾多山地城市隧道越來越多。測繪技術(shù)保障工作貫穿于規(guī)劃設(shè)計、施工和后期管理全過程，對項目建設(shè)質(zhì)量、工期、成本具有非常重要的指導作用。本文以華巖隧道竣工測繪為實例，通過對實施過程中運用的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)運用成果進行分析介紹，以促進隧道建設(shè)項目工程測繪技術(shù)水平的提升和測繪科學新技術(shù)在工程建設(shè)中的運用推廣。

關(guān)鍵詞：隧道項目；測繪技術(shù)；激光；BIM技術(shù)；多技術(shù)融合

Analysis on the application of key technologies in the completion surveying and mapping of Huayan tunnel project

Zhou Zhao-bingTan Xiao-cheng

Chongqing Survey Institute， Liangjiang New District， Chongqing 401121

Abstract： with the development of urbanization cluster and urban scale， transportation infrastructure construction projects are increasing year by year， and many mountain urban tunnels are more and more. The technical guarantee work of surveying and mapping runs through the whole process of planning and design， construction and later management， and plays a very important guiding role in the quality， duration and cost of project construction. Taking the completed surveying and mapping of Huayan tunnel as an example， this paper analyzes and introduces the key technology and technology application results used in the process of implementation， in order to promote the improvement of engineering surveying and mapping technology level of tunnel construction project and the application and popularization of new surveying and mapping science technology in engineering construction.

Key words： Tunnel project； Mapping technology； Laser； BIM technology； Multi-technology integration

隧道工程是道路建設(shè)中的重要節(jié)點工程，對于項目投入使用能否達到投資預(yù)期起關(guān)鍵作用。選擇綜合性的測繪技術(shù)手段，快速、高效提供準確的測繪成果，保障項目竣工驗收、運營管理等對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的信息需求，是項目實施的首要目標。隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)、計算機技術(shù)和測繪裝備的發(fā)展，多技術(shù)的融合運用使測繪工作的數(shù)據(jù)采集方式往高精度、快速、無接觸方向在發(fā)展，數(shù)據(jù)處理過程更加自動化、智能化，成果形式更加豐富、直觀，用戶體驗感更強。

1.項目概況

華巖隧道東距成渝高速公路中梁山隧道8.1km，南距華福隧道5.1km。作為城區(qū)開工建設(shè)的第15座特大型穿山隧道，華巖隧道的建成將緩解成渝高速中梁山隧道交通壓力，進一步完善主城區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改善道路交通運行狀況，對城市交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有十分重要的意義。同時將有效加快西部新城的開發(fā)進程，進一步推動渝西地區(qū)與主城核心區(qū)的融合發(fā)展。

華巖隧道線路全長7.1km，包括超長隧道1座（長度約4.9km）、大型橋梁1座，中型橋梁1座，下穿鐵路橋1座，下穿鐵路隧道1座。為滿足竣工驗收和運營管理的需要，完成主要工作內(nèi)容包括：竣工地形圖測繪、地下管網(wǎng)測量、隧道斷面測量、BIM模型制作等。

2.主要技術(shù)特色

在華巖隧道竣工測繪實施過程中，主要采用了“重慶北斗地基增強系統(tǒng)”“車載移動測量系統(tǒng)”“內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測繪系統(tǒng)”等技術(shù)。多種技術(shù)措施的綜合運用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取方式由點到面的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的點點到位到快速、非接觸方式的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)采集效率提升極大。獲取的數(shù)據(jù)也不再是單一的點位xyz，而是高密度的三維激光點云和高分辨率彩色影像融合而成的數(shù)據(jù)集，為數(shù)據(jù)成果的多元化和立體可視化奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

車載移動測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在三維激光點云數(shù)據(jù)處理上逐步走向智能化，基于精密耦合數(shù)據(jù)，建立點云柵格化轉(zhuǎn)換模型；實現(xiàn)點云自動提?。皇褂脙?nèi)外業(yè)一體化技術(shù)快速進行數(shù)據(jù)生產(chǎn)。豐富的數(shù)據(jù)資源形成不同需求的測繪產(chǎn)品，數(shù)字地形管線圖、縱橫斷面圖、BIM模型等，為項目竣工驗收、后期維護和運營管理提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。

3.關(guān)鍵技術(shù)

在本實例中，根據(jù)項目需求和現(xiàn)場作業(yè)條件結(jié)合作業(yè)單位的技術(shù)實力，選用的關(guān)鍵技術(shù)包括：車載移動測量、BIM技術(shù)、點云數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)RTK測圖技術(shù)。

3.1車載移動測量

車載移動測量是現(xiàn)階段測繪科技的前沿技術(shù)之一，在交通便利、GNSS信號穩(wěn)定、視野開闊的作業(yè)條件下使用車載移動測量技術(shù)對測繪工作的數(shù)據(jù)采集工作，其生產(chǎn)效率具有非常明顯的絕對優(yōu)勢。使用于本項目的車載移動測量系統(tǒng)是由重慶市勘測院和重慶數(shù)字城市科技公司共同研發(fā)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型測繪裝備，系統(tǒng)集成了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、慣性導航系統(tǒng)（INS）、激光雷達（LiDAR）、全景相機、里程計（DMI）等多種高精度傳感器。該技術(shù)將硬件平臺安裝在移動車輛上，車輛高速行駛過程中，采集沿線的海量點云、實景影像以及各種傳感器數(shù)據(jù)，使用GNSS測量數(shù)據(jù)后處理方式，獲取激光點云和實景影像的空間位置和屬性數(shù)據(jù)。經(jīng)多次試驗和相關(guān)權(quán)威機構(gòu)認證，點云精度達厘米級，能夠滿足大比例尺測圖的要求。

3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)是一種多維模型信息集成技術(shù)，現(xiàn)目前建筑行業(yè)主要使用者為一些大型勘察設(shè)計單位和工程咨詢單位，因其具有信息關(guān)聯(lián)性、可視化、模擬性、精細化等技術(shù)特點，突現(xiàn)了巨大的發(fā)展空間。對于項目從概念至實現(xiàn)整個生命周期都能夠在模型中進行展現(xiàn)，改變了需要強大專業(yè)知識功底才能讀懂的藍圖，非常逼真的仿真模型給予了管理者和決策者直接感受，對于減少錯誤和決策失誤降低了極大的風險。車載移動測量隧道內(nèi)點云間距約2cm～3cm，使用三維激光點云數(shù)據(jù)采用BIM系統(tǒng)建立隧道數(shù)字信息模型，其精度和仿真度極高，完全能反映隧道的實際建成情況，并與設(shè)計數(shù)據(jù)建立的BIM模型進行比對，能真實反映隧道施工水平，并為隧道投入使用后的后期管理和維護提供詳盡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3基于點云數(shù)據(jù)的隧道斷面獲取

移動測量獲取的海量點云信息豐富，但數(shù)據(jù)量大，其處理過程對設(shè)備和軟件要求比較高。為進一步提高點云數(shù)據(jù)的使用效率，降低測繪成本，優(yōu)化傳統(tǒng)斷面測量的方法。本項目以Eps地理信息工作站為基礎(chǔ)，從地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，綜合CAD與GIS技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫為核心，將圖形和屬性關(guān)聯(lián)為一體，采用Microsoft Visual C++ 6.0進行二次開發(fā)，二次開發(fā)的點云數(shù)據(jù)提取模塊實現(xiàn)了根據(jù)給定斷面里程自動提取斷面圖形，其主要包括中軸線擬合、點云分割、斷面提取等三個步驟，也可以手繪剖面線自動獲取對應(yīng)位置的斷面圖形。

3.4基于“重慶北斗地基增強系統(tǒng)”的EpsCE網(wǎng)絡(luò)RTK測圖技術(shù)

“重慶北斗地基增強系統(tǒng)”是基于重慶山地特征建立的城市CORS系統(tǒng)，擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，可以有效地消除GNSS測量的系統(tǒng)誤差和周跳，增強GNSS測量數(shù)據(jù)可靠性和準確性，并且用戶不需架設(shè)參考站，真正實現(xiàn)單機作業(yè)。本項目使用的終端設(shè)備為GNSS接收機和RTK測量手簿，軟件部分使用測繪工程之星RTK測量軟件、坐標轉(zhuǎn)換模塊、EpsCE-RTK測量定制版。坐標轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊主要集成了網(wǎng)格化的地表高程模型，在進行RTK測圖時，將GNSS接收機開機，打開RTK測量手簿后，同時啟動坐標轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊和南方測繪工程之星RTK測量軟件，當GNSS收機鎖定衛(wèi)星信號后，打開EPS-RTK測量定制版中的GNSS測量界面，當解狀態(tài)為“固定解”時，實時解算的測點三維坐標，解算精度極高。使用EpsCE-RTK測圖可以進行實時編輯和圖形繪制，對于生產(chǎn)效率的提高和成圖的可靠性有很好的促進作用。

4.主要技術(shù)運用成果

4.1車載移動測量

車載移動測量精度受測距精度、系統(tǒng)標定參數(shù)和POS數(shù)據(jù)精度的綜合影響，前兩者在設(shè)備設(shè)計和制造時已固定，但POS數(shù)據(jù)精度和GNSS信號強弱有關(guān)。根據(jù)相關(guān)測試GNSS信號失鎖3min，平面位置誤差為0.108m，高程誤差為0.05m，隧道總長度為約5km，按30km/h速度行駛，需時10min，數(shù)據(jù)可靠性和準確性無法保證。為解決長隧道GNSS信號失鎖時間長的問題，以隧道出入口的基準控制點為起算點，在雙向隧道內(nèi)按500m間距布設(shè)精密導線網(wǎng)，并在雙向互通的應(yīng)急通道口設(shè)置導線結(jié)點以便于結(jié)網(wǎng)測量和計算。移動測量時在導線點上架設(shè)“三維激光掃描反射標靶”，測量完成后使用后處理軟件對兩條隧道的數(shù)據(jù)進行分別處理。使用“標靶”的絕對坐標糾正隧道內(nèi)的POS數(shù)據(jù)，而后根據(jù)糾正后的POS數(shù)據(jù)進一步糾正隧道激光點云，再次提取“標靶”中心坐標的與精密導線測量成果進行精度比較，并對雙向隧道應(yīng)急通道的點云的進行拼接和精度評定，經(jīng)驗證左右隧洞的相同位置的點位中誤差為±3.4cm，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2山地高精度定位

實例中隧道的高差較大，部分區(qū)域受地形地貌限制，信號接收困難，定位慢，精度不高，給測繪成果的質(zhì)量保障帶來了阻礙。本項目中利用“重慶北斗地基增強系統(tǒng)”通過地面站網(wǎng)的增強以及轉(zhuǎn)換參數(shù)的模塊化和柵格化處理，在高山峽谷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速、準確定位，其可靠性和點位測量的平面、高程精度都得到了保障，同時測量的效率也大幅提高，相比傳統(tǒng)作業(yè)方式工作效率提高60%以上；系統(tǒng)采用NETS8+C接收機、網(wǎng)絡(luò)參考站系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收、處理等相關(guān)軟硬件全面國產(chǎn)化，不但降低了建設(shè)成本，也擺脫了對國外衛(wèi)星導航系統(tǒng)軟、硬件產(chǎn)品的長期依賴。

4.3 RTK測圖

實例中隧道的測繪面積大，工期緊，在保證測繪成果質(zhì)量的前提下，以投入較少的人力、物力以及提高作業(yè)效率是測繪工作開展的關(guān)鍵所在。在實際運用中，全站儀測圖觀測成圖人員距目標點遠，對現(xiàn)場熟悉度不夠；RTK測圖較全站儀測圖體驗感強、效率高，但內(nèi)外業(yè)分離，未能實現(xiàn)野外電子數(shù)據(jù)采集一體化。因此，本項目采用網(wǎng)絡(luò)測圖技術(shù)，打破了測圖先控制后碎部的傳統(tǒng)，無需逐級布設(shè)控制網(wǎng)，節(jié)約了時間和工程費用；外業(yè)攜帶設(shè)備少，方便單人快速操作，改變了原來的小組作業(yè)模式，節(jié)省了大量人力物力，效率成倍提高；野外實時成圖，“所見即所得”避免了漏測、錯繪等差錯的出現(xiàn)，從而保證了成圖的準確性、高效性。

4.4測量成果精度驗證

在隧道項目竣工測繪的實際運用中，為進一步驗證點云數(shù)據(jù)的可靠性，彌補因無法滿足車載移動測量車輛和RTK測量條件的地方，使用全站儀數(shù)字化測圖對其進行補充測量并對其重要建構(gòu)筑物進行數(shù)據(jù)精度驗證，經(jīng)實際驗證，數(shù)據(jù)學精度完全滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5.技術(shù)運用綜合效益

針對本項目的實際情況，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)中，測繪精度和效率都有著一定的不足，工作量也較大，耗時較長，外業(yè)工作環(huán)境復雜，技術(shù)難度比較大。為了確保在合同約定的工期內(nèi)完成了全部的測繪任務(wù)，本項目經(jīng)過精心策劃，既采用了傳統(tǒng)作業(yè)手段，也采用了較多高新技術(shù)，大大提升了生產(chǎn)效率，取得了較好的直接經(jīng)濟效益；再者多項新技術(shù)的應(yīng)用助推測繪作業(yè)模式的革新，積累了寶貴的同類項目生產(chǎn)經(jīng)驗，提升了測繪應(yīng)用技術(shù)水平和測繪服務(wù)于社會的綜合能力，推動了行業(yè)科技進步，產(chǎn)生了較廣泛的社會影響。

6.結(jié)束語

工程項目竣工驗收是整個建設(shè)項目完工的里程碑，在項目實施中測繪新技術(shù)的運用，有效地提高了隧道竣工驗收工作的質(zhì)量和效果，同時對隧道的施工質(zhì)量的評判和隧道實際建成情況都提供了科學詳實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。測繪成果實現(xiàn)了與BIM技術(shù)的融合，為隧道后續(xù)的運行管理和維護建立了直觀的信息模型，在整體上具有較高的實用性和可靠性，其關(guān)鍵技術(shù)的運用，為復雜地形條件下的竣工測繪工作，開創(chuàng)了新的作業(yè)模式。

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