编号：
毕业论文（设计）
题目：如何运用测量学对不规则构件进行放样
系 别 ： 建筑工程系 专 业 ： 建筑工程技术 姓 名 ： 成 绩 ： 指导教师 ：
2011年5月21日
目录
如何运用测量学对不规则构件进行放样
目录................................................................. 摘要............................................................... II 前言................................................................ 3 1.浅谈球体结构建筑物的施工放样...................................... 2
1.1案例 .................................................................. 3 1.2该球体结构放样的特点 .................................................. 3
1.3测量的要求 ............................................................ 4 1.4记录与计算 ............................................................ 4 1.5所需测量仪器 .......................................................... 4
2.工程测量的概况.................................................... 5
2.1工程控制测量 .......................................................... 5 2.2建筑物的放样与监测 .................................................... 5 2.3工程数据库和档案信息系统的建立 ........................................ 6
3.阐述测量学对不规则构件进行放样的过程.............................. 8
3.1放样控制网的布设 ...................................................... 8 3.2 三维坐标法放样 ....................................................... 8 3.3 钢结构球体网架安装步骤 .............................................. 10
结束语............................................................. 12 参考文献........................................................... 13
摘要
II
商丘科技职业学院毕业论文(设计)
工程测量的发展是相关技术推动和应用需求牵引共同作用的结果。工程测量不只是一项技术，更重要的是一种服务。单纯的技术发展将会遇到挑战，如何面向用户，为用户提供所需的服务将决定工程测量的未来命运。从应用的角度讨论工程测量的发展需求，提出了若干建议。而球体结构建筑物的施工放样有别于一般建筑物的放样。球体结构具有造型新颖，结构复杂，所以其施工放样造成的难度要远高于一般建筑物。
关键词：工程测量 球体结构建筑物 施工 放样
前言
测绘学是“研究地理信息的获取、处理、描述和应用的学科。其内容包括研
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如何运用测量学对不规则构件进行放样
究测定、描述地球的形状、大小、重力场、地表形态以及它们的各种变化，确定自然和人造物体、人工设施的空间位置及属性，制成各种地图和建立有关信息系统”。最近修订的《中华人民共和国测绘法》将测绘描述为“对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及对获取的数据、信息、成果进行处理和提供的活动”。测绘学古老而年轻。20世纪空间技术、信息技术的突破性发展使测绘学产生了巨大变革，焕发出无穷的生命力。现代测绘学按服务对象可以划分为3大层次。第1层次以建立全球、区域和局部控制骨架和为地球动力学研究服务为使命，可称为大地测量；第2层次以获取、管理和表达城市、区域、国家乃至全球空间基础信息为目的，可统称地形测量（或称景观测绘）；第3层次则以测绘工程和工业目标及其周边环境的形态与变化并为各种工业与民用工程和城市勘察、规划、设计、建设、运营和管理提供服务为己任，即工程测量。
而对于不规则构件的施工放样有别于一般建筑物的放样。如:球体结构具有造型新颖，结构复杂，所以其施工放样造成的难度要远高于一般建筑物。为了保证其施工质量安全，必须建立一个可靠的施工放样控制网及施工方案。施工方案要密切配合土建施工，要具有快捷、精度高的特点。
1.浅谈球体结构建筑物的施工放样
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1.1案例
该国际会展中心是由一个大型球体与建筑连成一体，造型十分新颖别致。球体结构位于17.3m高楼顶。球体网架材料采用特殊的矩形钢管，球体网架下部支撑于3层平台、上部支撑于6层平台并设置水平支座，球体内部有四层，球体与主建筑不规则相交，3—6层间约有3／4个球面镶嵌在建筑物上，6层以上为完整球面。球体边部与剪力墙相交处设置垂直支座；在4、5、6层钢筋混凝土楼板上设有与球体相连接的水平梁。球体为双向正交肋环单层壳，由9根主经杆和63根次经杆，以及22圈纬杆构成，钢结构呈穹隆形，并镶嵌玻璃幕墙。按设计要求，所有杆件结点位置要求误差不得超过土5mm。为确保精度满足设计要求，把此项误差当做极限误差，也就要求所有杆件结点位置的中误差控制在土2.5mm以内。由于工程工期紧，测量工作必须与快速施工要求相一致。又由于球体中心位置需建钢筋混凝土立柱而无法架设仪器等特点，并考虑精度要求以及现场脚手架遮挡等施工干扰因素，拟订以三维坐标法为主的施工放样方案，由袖珍计算机配合全站仪组成实时三维放样测量系统。
1.2该球体结构放样的特点
1.2.1 实现全站仪与袖珍计算机的连接通信，实测数据可直接传输给计算机，避免了数据抄记、输入过程中的错误；
1.2.2 所有计算及平差全由袖珍计算机程序完成，大大减轻了人工计算的复杂性；
1.2.3本项目每层所有的控制点(每层72点，共4层)成果均存入袖珍计算机，使用时只要输入点号就能调出三维坐标；
1.2.4 所有经、纬杆结点的放样坐标均存入袖珍计算机中，放样时，只要输人测站号、后视方向号及放样点号，就能调出相应的放样坐标及放样元素，以供直接放样，大大简化了外业步骤。
1.2.5 此施工放样与土建施工结合密切，所以放样中要求测量人员配合土建施工，加强自检、互检、专检工作，放样定位精益求精，复测检查一丝不苟，切实保证好每一道工序质量。
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如何运用测量学对不规则构件进行放样
1.3测量的要求
1.3.1严格执行仪器说明书中规定的操作程序。
1.3.2测距前应先检查电池电压是否符合要求，信号指示器指针应在最佳回光信号范围内。
1.3.3晴天作业时仪器必须打伞，顺光测距时，应注意避免反光镜反射阳光，严禁将照准头对向太阳，严禁有另外的反光镜位于测线或测线延长线上。步话机亦应暂停通话。
1.3.4应在规定的测程内使用规定的棱镜个数。 1.3.5架设仪器后，测站、镜站不准离人。
1.4记录与计算
1.4.1在测量手簿上书写之前应先熟悉表上各项内容及填写，计算方法，并按标准削好3H绘图铅笔。
1.4.2记录观测数据之前，应将表头各项内容无一遗漏地填写齐全。
1.4.3观测者读数后，记录者应立即复诵回报以资检核，并随即在手簿的相应栏中填写，不得另纸记录后转抄。
1.4.4记录时要求字体端正清晰，数位对齐，数字齐全，表示精度或占位的“0”不能省略，字体高度一般占格高的1/2-1/3，字脚靠近底线。 1.4.5观测数据的尾数不得更改，读错、记错后必须重测、重记。
1.4.6观测数据的前几位出错时，应用横格尺比齐，自左下至右上划去错误的数字（保持原数字清晰可辨），并在原数字上方书写正确数字，不得涂擦、描改已写好的数据，禁止“连环改”。
1.4.7取位修正规则：拟舍去的第一位数字是0-4则舍去；是6-9则进位1；是5时其右面数字并非全是0，则位进1，否则按保留的末位数“奇进偶不进”。
1.5所需测量仪器
1.5.1全站仪，测程 3km ，测距精度：±（ 2mm +2ppm · D ） 测角精度:±2″ 1.5.2 DS3 水准仪 1.5.3 50m 钢尺
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2.工程测量的概况
2.1工程控制测量
控制测量为工程测量提供控制骨架和参考基准，因此工程测量的发展离不开工程控制测量技术的发展。现代空间信息技术特别是卫星定位测量技术的突破性发展已经为工程控制测量增添了新的活力，使工程控制测量手段产生了巨大变革。这种变革体现在个方面，一是传统的三角测量、三边测量、边角测量、导线测量等测量手段正在被卫星定位测量所替代，二是传统的平面和高程控制测量分别布设、分别施测、分别处理的状况正在被建立统一的维控制网所取代。变革导致了工程控制测量成果质量的进一步稳定可靠和作业效率的大幅度提高。
从技术层面上讲，目前差分GPS、实时动态测量（RTKK）技术已经成熟，并成为各等级平面控制测量（包括工程控制测量）的标准方法。我国一些城市或地区已经或正在建立GPS差分基准站网，面向专业应用部门和公众提供高、中精度的GPS定位服务，这将使基于的测绘技术进入全方位应用阶段。
几何水准测量一直是高程控制测量的经典方法，这种方法耗时费力、作业效率低。上世纪六七十年代以来，随着电子测距技术的发展，产生了电子测距三角高程测量，目前电子测距三角高程测量已可以代替三四等甚至二等水准测量，国内一些规范也已采纳了相应成果。数字水准仪的面世，使古老的水准测量正在向智能化和自动化的方向迈进。在工程测量中，数字水准仪比传统的光学水准仪将有着更广泛的应用。GPS高程测量近年来受到广泛关注，一些研究和实践表明，GPS技术在高程控制测量中的应用潜力巨大，前景广阔。
除美国GPS卫星系统外，俄罗斯的GLONASS，特别是欧洲的Galileo系统值得关注。可以预计，在未来相当长一段时间内，卫星定位测量技术将成为高精度、实时、三维定位的主要手段。
我们认为，应用卫星定位系统、全站仪及数字水准仪快速建立高精度维工程控制网，发展先进实用的测量数据处理技术，大力提高工程控制测量的成果质量与作业效率，将继续成为未来工程控制测量发展的基本要求。
2.2建筑物的放样与监测
随着大型工程建设（如大型桥梁、高耸建构筑物、大型剧院、大型体育设施
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等）的不断增加，当前迫切需要发展快速、准确、经济、有效的空间放样测设技术。由于工程建设场地的复杂性、大型工程设施结构的多样性和工程施工时间的紧迫性，要求对结构或构件进行（准）实时的空间放样测设。我们认为，基于智能化全站仪、激光、遥测、遥控和通讯等技术的集成式精密空间放样测设技术将具有良好的应用前景。
智能化全站仪又称高端全站仪（High-end Total Station），是指具有较大
数据存储容量、较丰富的内置软件并可与计算机方便地进行数据通讯甚至自动操作的全站仪。当前全站仪呈现出两种发展趋向[5]：一是在价格降低的同时，测量与处理能力进一步增强；二是产品持续改进，新型号仪器不断问世。许多全站仪都具有两种作业方式，即使用棱镜和不使用棱镜；不使用棱镜的可测量距离一般在:100~200米左右，测量精度达到±（5+2×10-6D）<或±（3+2×10-6D）。一些仪器还具有自动跟踪和照准功能。全站仪的生产商主要包括Lecia Geosystems，Nikon，Pentax，Sokkia，Topcon，Trimble以及我国的南方测绘仪器公司等。
除放样测设外，大型工程在施工过程中及竣工时对其空间形态进行实时或准实时的精确检测和完整记录越来越受到重视，市场需求不断增加。除智能化全站仪外，数字近景摄影测量和地面激光扫描等技术具有良好的应用潜力，但可操作性和作业效率均有待改善。
在变形监测方面，应该进一步研究开发大型或特殊工程设施动态与静态变形监测的自动化技术和方法。国内外有关变形测量技术与变形分析的研究已开展了许多年，变形测量作为工程测量的一个重要组成部分，无论在理论研究还是实践上都取得了实质性的成果，但技术手段和作业方式上仍然期待有新的突破。 同时，应积极发展检测、监测数据的实时处理、智能化分析与可视化表现等技术，以适应形态检测与变形监测对成果获取的及时性和成果质量保障等方面的需要。
2.3工程数据库和档案信息系统的建立
地下管线探测一直是工程测量的重要任务之一。当前，应该全面推广有效的地下管线探测技术，建立地下管线综合信息管理系统。地下管线测量，包括三个部分内容：一是地下管线探测；二是地下管线测绘；三是地下管网数据库及管理系统的建立。目前国内已有几家装备精良的专业管线探测部门，专门从事地下管
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线的探测服务。应用GIS技术建立地下管网管理信息系统是最近若干年来的一个新发展。由于地下管线种类多，资料复杂，传统的管理方式已不能满足要求。建立地下管网管理信息系统势在必行。国内一些城市和大型工矿企业已开始这方面的工作，并从中得到了益处。
工程测量的任务不仅只是获取信息，而且也应该管理和分析这些信息，以在工程建设中发挥更大的作用。基于GIS、管理信息系统、设施管理和办公自动化等技术，收集大型和特殊工程建设与运营过程的空间及属性信息，建立工程数据库和工程档案信息管理系统，为工程维护、维修及管理提供信息支持和辅助决策支持，是工程测量未来新的发展机遇和使命。这方面应该引起足够的重视。
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如何运用测量学对不规则构件进行放样
3.阐述测量学对不规则构件进行放样的过程
3.1放样控制网的布设
平面控制网建立在球体内部。由于本工程是网架安装与建筑土建同时施工，建筑楼板又是分期浇筑，因而，控制网只能分期布设。当土建施工到17.3m平台时，根据土建平台与球体网架基座的关系，测设十字控制线和圆心点，并在17.3m平台上的十字控制线从圆心向两边各量9.5m(因为最上面一层平台半径仅有11.5m)，定出1—4号四个基准控制点，通过传递，这四个控制点也是上面4、5、6层控制网的基准控制点。高程传递采用悬挂经鉴定后的钢尺，由精密水准仪将高程传递到各层，以形成各层的高程控制。
在17.3m平台以上的三层平台土建施工时，要求土建施工单位配合，在1—4号四个控制点正上方的楼板上预留0.3×0.3m的矩形孔，在1-4号基准控制点上用垂直投点仪将平面点位传递到上层，为使各期控制网坐标系统一，就将传递上去的四个点作为上一层施工控制网的基本控制点，并与上一层9个主经杆方向上的安装控制点构成边角网。经平差后，最终算得各控制点的实测值。
3.2 三维坐标法放样
3.2.1 点位放样精度。O为测站点，P为放样点，S为斜距，Z为天顶距，α为水平方位角，则P点相对测站点的三维坐标为： X＝SsinZcosα Y＝sinZsinα Z=ScosZ
上述计算结果立即显示在全站仪的显示屏上，并可记录在袖珍计算机中。按照测量误差理论，从上述计算式可求得三维坐标法放样的精度为: Mx2=ms2sinz2cosα2+s2cosz2cosα2mz2/ρ2+s2sinz2sinα2.mα2/ρ2 MY2=ms2sinz2sinα2+s2cosz2sinα2.mz2/ρ2+s2sinz2cosα2.mα2/ρ2 MH2=ms2cosz2+s2sinz2.mz2/ρ2,ρ=206 265〃
采用精度为mz=mα=2、ms=土1mm+2×10-6s的全站仪，当测站至放样点的距离为10—30m时，MX、MY、 MH的精度均可高于土1mm。
为验证上述分析，对实际放样点的精度进行了检测。采用ME3000高精度测
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距仪，测量了放样点间的相对距离，与理论值比较，验证了放样点的平面位置精度MP≤土2mm；同样对放样点高程与等级水准测量的结果进行了比较，均优于土2mm。
3.2.2 临时控制点的放样 以上已建立了用于放样9根主经杆的控制点，这样就便于控制指挥9根主经杆沿球的切线方向和法线方向安装就位。但除了9根主经杆以外，还需安装63根次经杆，这63根次经杆也同样要求有相应的临时控制点来指挥安装就位。当然，如果再按前面所述的方法来建立63个控制点，其工作量很大，也没有必要
3.2.3规定
以道路中线的前进方向（即里程增大的方向）区分左右；当线元往左偏时， Q=-1；当线元往右偏时，Q=1；当线元为直线时，Q=0。
当所求点位于中线时，L=0；当位于中线左侧时，L取负值；当位于中线右侧时，L取正值。
当线元为直线时，其起点、止点的曲率半径为无穷大，以10的45次代替。 当线元为圆曲线时，无论其起点、止点与什么线元相接，其曲率半径均等于圆弧的半径。
当线元为完整缓和曲线时，起点与直线相接时，曲率半径为无穷大，以10的45次代替；与圆曲线相接时，曲率半径等于圆曲线的半径。止点与直线相接时，曲率半径为无穷大，以10的45次代替；与圆曲线相接时，曲率半径等于圆曲线的半径。
当线元为非完整缓和曲线时，起点与直线相接时，曲率半径等于设计规定的值；与圆曲线相接时，曲率半径等于圆曲线的半径。止点与直线相接时，曲率半径等于设计规定的值；与圆曲线相接时，曲率半径等于圆曲线的半径。
曲线元要素数据库（DAT-M）可根据线型不同分为各个线元段输入到DAT-M中，即分为直线段、缓和曲线、圆曲线等。
正算时可仅输入里程和边距及右交角可实现全线计算，但反算时只能通过首先输入里程K值读取数据库DAT-M，计算器自动将里程K所在线元数据赋给反算主程序GSFS进行试算，试算出的里程和边距须带入正算主程序GSZS中计算坐标，若坐标吻合则反算正确。 3.2.4输入与显示说明 (1)输入部分：
X0线元起点的X坐标 Y0线元起点的Y坐标 K0线元起点里程
F0线元起点切线方位角 KN线元终点里程
R0线元起点曲率半径 RN线元止点曲率半径
Q 线元左右偏标志(左偏Q=-1，右偏Q=1，直线段Q=0) K 正算时所求点的里程
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L正算时所求点距中线的边距(左侧取负值，右侧取正值，在中线上取零) ANG正算边桩时左右边桩连线与线路中线的右交角 X 反算时所求点的X坐标 Y 反算时所求点的Y坐标 M 斜交右角
线元要素数据库中K≥O=>K＜H=>中的O和H分别为该段线元起点里程和终点里程
A、 B、Z是Gauss-Legendre求积公式中的插值系数
B、 C 、E、Z是Gauss-Legendre求积公式中的求积节点 C、 XJ 置镜点X坐标 D、 YJ 置镜点Y坐标 E、 XH 后视点X坐标 F、 YH 后视点Y坐标 G、 X 放样点X坐标 H、 Y 放样点Y坐标
I、 L 实测转点距置镜点距离
J、 P 实测置镜点与转点连线和置镜点与后视点连线的夹角 K、 T 置镜点点号ZJDH L、 N 后视点点号HSDH
M、 HSJL= 后视距离（置镜点与后视点之间距离） N、 ANG = 全站仪归零放样拨角
O、 QSJL= 前视距离（置镜点与放样点之间距离） (2)显示部分：
X=×××正算时，计算得出的所求点的X坐标 Y=×××正算时，计算得出的所求点的Y坐标 K=×××反算时，计算得出的所求点的里程 L=×××反算时，计算得出的所求点的边距
3.3 钢结构球体网架安装步骤
3.3.1 先在地面将经向杆件在胎模上预拼装成大约6.5m长的构件，球体经向杆件分成5—6段。自支座起向上逐条安装。安装时，在6层以下部位以外脚手架为主支撑，用手拉葫芦将预拼的经向杆件吊起、就位。
3.3.2 安装第一根经向杆时，须待4层(+23．90m)砼浇筑完成，在该层砼板侧向设置预埋件，以便经杆安装时作固定支撑点。用脚手钢管、扣件组成空间桁架固定经杆上部。
3.3.3 通过测量仪器确定系统经杆端点的空间位置后，固定经杆，依次烧焊端顶之纬杆。端顶纬杆焊完围成圈后，复测第一层经杆及端顶纬杆之空间位置，合格后可进行端顶至支座之纬杆并开始安装第二根经杆，以后逐层向上安装。 3.3.4 球体构架安装至6层时，需搭设满堂脚手架来临时固定经杆及焊接安装。
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因6层至球体构架距离较远及脚手钢管固定经杆强度及稳定性不够，故采用10#—20#槽钢双拼组成临时支撑杆进行经杆固定。
3.3.5 第三段经杆用槽钢固定在5层钢筋混凝土楼板外沿，第四、五段用槽钢固定在6层钢筋混凝土楼板及外沿处。
3.3.6 球体顶部第一节之经、纬杆在地面进行预拼成形。第六段经杆安装时，与第五段经杆连接采用点焊固定，然后利用塔吊将预拼的球体顶部第一节吊装就位，以球体顶部构件及第五段经杆对第六段经杆进行校正，校正完毕后满焊固定。 3.3.7 每段经向组装构件安装时采用专用夹具初步就位，在测量、复查合格后，用刚性连接零件点焊固定构件。
3.3.8 网壳由下而上逐段安装，内、外钢管脚手架、顶撑及斜撑、拉杆等配合工作同步跟上施工进度。
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结束语
工程测量技术不仅可以为工程和城市勘察、规划、设计、建设、监理、运营管理提供优质服务，而且还应当进一步拓宽应用服务领域，积极服务于社会与公众。同时，迫切需要建立和健全各种工程测量项目的质量安全体系，建立大型和特殊工程测量项目的监理制，大力鼓励和发展工程测量技术咨询业务，以确保工程测量成果的可靠性与完备性。
前已述及，工程测量的发展是相关技术推动和应用需求牵引的共同结果。因此，应该积极跟踪空间信息技术、计算机技术、通讯技术和现代制造技术的新发展，密切关注各种工程应用的新需求，开展工程测量新技术、新设备、新方法和新工艺的研发，并通过继续教育、学术交流等多种方式加强新技术应用的培训与推广。
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参考文献
[1]GB/T 14911-1994,测绘基本术语[S].
[2]宁津生,李德仁,等.中国测绘科技进展综述(2001年)[A].地理空间信息技术与应用[C].成都:成都地图出版社,2002.
[3]张正禄.工程测量学的发展评述[J].测绘通报,2002,(1)2002.
[4]陈永奇,当今测绘服务领域的探索与拓展[A],地理空间信息技术与应用[C].成都:成都地图出版社,2002.
[5]王丹.大比例尺地形测量的现状与前景[J],工程勘察,1999. [6]陈龙飞，金其坤.工程测量.上海.同济大学出版社.1990. [7]潘国荣等.球体网架的精密定位.工程勘察.1999.
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