兰州奥体中心运动员公寓与体育产业用房工程异形结构施工放线技术研究

何文辉，禹 宁，司拴牢，刘 波

（1.中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山 243000；2. 兰州市建设工程安全质量监督站，甘肃 兰州 730030）

0 引言

随着当今社会的发展，人们对建筑的需求逐渐从单一的实用性开始向实用性与美观性并重的方向发展。这使得单一长方体的建筑物外观逐步地不再能够满足大众的审美和使用的需求，因此样式繁多的异形结构的建筑应运而生。但是随着异形结构建筑的发展，建筑物的结构就变得更加复杂和多样化起来，这样的变化使得建筑工程的施工难度逐渐增加，而施工测量工作作为为建筑施工服务的前期施工准备工序，其工作难度也随着不断增加，因此研究新型的适应异形结构的测量技术就显得十分必要。

1 工程概况

本项目选址于兰州市七里河区崔家大滩片区，南滨河西路以南，T 092 # 规划路以东，S 096 # 规划路以西，运动员公寓及体育产业用房位于南区西侧，总建筑面积265 300 m2，建筑高度 99.9 m，为一类高层建筑。地上建筑面积 145 500 mm2，分为 A 栋（共计 21 层）、B 栋（共计 17 层），根据设计图纸的要求运动员公寓在水平方向上有弧形的放线需要，又在竖直方向上有向内收缩的斜柱放样，这给施工放样带来了一定的难度。

2 工程施工测量基本要求

本工程建筑结构高度高，占地面积大，因而造成在进行控制测量的过程中平面控制网及高程控制网的传递距离和设站次数较多，相应地由于误差传递的原因造成的测量累积误差就会较大。另外由于本工程主体结构除了高度高以外结构外围的轮廓成椭圆形且在竖直方向上有斜柱分布，使得高程控制网的稳定性较差。加之高层建筑的高空作业较多，工作面较为复杂，测量条件较差，在测量过程中达到通视条件较为困难，测量仪器的架设也比较困难。这就大大地增加了施工过程中的工程测量难度。

高层建筑的建造对施工测量的精度有着极高的要求。测量工作的精确与否可以直接影响建筑结构的受力情况进而影响建筑功能的正常发挥，甚至严重地会影响建筑的使用寿命及安全。加之在整个工程建造中涉及到钢结构工程、幕墙工程等安装精度较高的工程，更需要测量工作的精度要达到一定的水准。因此，有相应的建筑工程允许偏差的规定（见表 1）。

3 测量技术难点与解决方案

3.1 异型部位施工测量

本工程建筑主体外围的轮廓线由相对复杂的圆弧曲线连接而成，且曲率的变化相对较大，加之建筑物的主体属于逐层退缩的建筑结构，这就更使得本工程的施工放线难度进一步增加。再加之异形的建筑主体使得轴线成放射状分布，不再相互水平或者垂直，传统的钢尺量距定位的方法在一定程度上受到了限制，因此本工程的测量放线采用全站仪、计算机 AutoCAD 软件辅助法对异型建筑物的测量定位，建立施工图数字空间模型配合全站仪的方法。

3.1.1 总体思路

熟读施工图，根据建筑平面形状特点，由于AutoCAD 的矢量计算能力十分的强大，加之有提供虚拟空间的功能。因此只需要在 AutoCAD 软件中绘制出需要的图纸的空间模型，就可以得到施工放线所必须的坐标、距离、角度等条件。这样利用计算机强大的计算能力得出所需数据，在利用极坐标法利用全站仪等测量仪器就可以进行施工放样。下面以本工程椭圆的放样为例讲述该方法的使用步骤。

表1 建筑工程定位允许偏差［1］

3.1.2 步骤方法

1）研究图纸。把握复杂图形的组合特点与异形曲线及面的特征，仔细地检查所需图纸的相关参数如比例大小等。在检查无误后利用 CAD 建立空间模型，之后就可以方便、准确地查询所需图纸上的距离、角度等参数。

2）建立坐标系。获取图纸上的工程所需的绝对坐标值，根据获取的信息将主要的特征控制点的坐标对应。坐标系要确保特征轴线上的控制点的绝对坐标与最初图保持一致。另外在建立过程中图形的大小位置不得改变。否则会影响坐标系的建立。坐标系建立并检核以后就可以利用 CAD 查询和标注所需的点的绝对坐标。并且将需要放样的点编号依次将其坐标输入到全站仪里。

3）全站仪极坐标放样。工作人员在施工现场选择测量条件较好（通视条件好，地形较为平坦等）的一个控制点为设站点，之后使用全站仪作为测量仪器，对布设完成的控制网进行复测，在结果与原控制网无误后，对需要放样的点开始放样。放样完成后随机选择两个或者多个点进行检核，所选点间的距离可由两点间距离公式利用坐标获得，之后再与从 CAD 中获得的距离进行对比，以减小在放线工程中出错的概率。在施工过程中仅仅知道主要特征点远远满足不了施工的需要，因此还需要在曲形轴线上增加点，此时就按照在 AutoCAD 上取得的坐标把所有的点按照极坐标放样法定位到实地的放样方法，对现场异型部位进行放样。

3.1.3 具体测量方案

建立施工图数字空间模型配合全站仪、经纬仪、垂准仪的方法进行异型建筑物的测量放样。由于本工程结构复杂，全站仪并不能通视所有点位进行放样，为保证放线的准确性，对于复杂线形可采用经纬仪配合全站仪进行放线，具体方案如下。

1）利用原有控制点对主楼区域内进行内部控制点布置，每个区域设置不少于四个控制点。

2）将主楼内的控制点布置于数字空间模型中，利用其空间计算功能，计算出控制点与每个所在区域内墙、柱的尺寸及角度的关系。以放样 1-8 轴交 1-C 轴方柱角（点 1）为例，可以采用 2 种方法。方法一（见图 1）利用全站仪将 KZD 1 和 KZD 2 测得其坐标记录并展点在 CAD 图中，由此可见 KZD 2、KZD 1 到点 1 的夹角为 54°48′3″，KZD 1 到点 1 的距离为 6.052 m。同理，将经纬仪架设在 KZD 1 上并瞄准 KZD 2，然后将经纬仪角度归零，并转动至 54°48′3″，照准目标量出尺寸6.052 m，即可得到点 1。同理可得其他柱以及梁的位置。方法二（见图 2）利用全站仪将 KZD 1 和 KZD 2 测得其坐标记录并展点在 CAD 图中，由此可见 KZD 1 到点 1的距离为 6.052 m，KZD 2 到点 1 的距离为 10.85 m，其交点即为点 1 的位置。方法一与方法二均为利用全站仪与 CAD 相结合，通过 KZD 1、KZD 2、点 1，三点之间的角度距离关系来通过已知的两点来求出未知一点的方法。不同之处是方法一需要知道角度与距离两个条件，而方法二只需要知道距离条件既可以测得已知点的位置。但方法一只需要在一点处架设一次仪器，而方法二却需要在两处已知点各架设一次仪器，具体使用哪种方法可以根据现场实际情况而定。

3）KZD 1、KZD 2 将保留至该项目主体结构完成，每层将留放线洞，用激光垂准仪将其投放至上层结构。

3.2 轴线的投测

轴线是这个建筑的参照基准线，建筑结构的定位就由轴线来作为参照物，因此轴线的放样精确与否关系到整个工程的质量。本工程的建筑主体的造型较为复杂，因此对轴线的数量和精度就有了一定的要求。

在基坑的轴线控制桩上架设相应的测量仪器（全站仪或者经纬仪），之后经所需的轴线投测到相应的施工作业面上，根据不同的施工需求投测的轴线的数量也不一样，但一般情况下在同一个施工标段上投测的相关轴线在水平与竖直方向上都多于 2 条（具体的轴线数量根据施工现场的面积、复杂程度等条件确定），以此作角度、距离的校核，合格后，开始该层的施工。为了保证投测质量，使用的仪器都经过了检验校正，安置仪器时严格对中、定平。为了防止投点时仰角过大，经纬仪距建筑物的水平距离严格要求大于建筑物的高度，为满足要求采用正倒镜延长直线的方法将轴线向外延长，然后再向上投点。每个点的投测方法都与以上的方法保持相同，使得每一个作业面的点不少于两个，以此来达到作为距离和角度检核依据的目的。轴线在投测到之后要组成闭合图形，间距不大于所用钢尺长度。

图1 方法一示意图

图2 方法二示意图

3.3 弧形梁、板放线

本工程的圆弧型结构占比大，且圆弧的角度大、半径长。外圈框架梁和部分内连梁曲线线段多，梁周长长，并且每一层的外圈半径都不相同，定位放样难度大。弧形梁、板的施工质量直接影响整个工程的质量，其效果图如图 3 所示。

图3 效果图

3.3.1 放样方法

1）依据 GB 50026-2007《工程测量规范》要求，弧形梁、板放线精度标准如下：①旋转角度偏差＜±5"；②曲面弧度偏差＜±5 mm；③水平距高偏差＜±5 mm；④竖向传递偏差＜±3 mm。

2）具体步骤：①根据城市计划部门提供的基准点坐标（运用EXCEL计算结构控制点极坐标水准点）；②根据建筑物轴网图用 AUTOCAD 建立建筑物极坐标轴线网；③现场放样水准点（导线桩）；④根据水准点放样控制点；⑤放样建筑物极坐标轴网；⑥利用解析几何确定弧长、弦长、圆心角，确定圆弧控制点及现场放样控制点；⑦放线复核（放线图见图 4）。

3.3.2 弧形梁、板测量控制

本工程在施工楼层浇筑完毕形成一定强度后，以内控点位基准，对楼层结构弧形梁进行复测，对复测过程中发现的偏差较大部位，应进行及时的整改。复测过程可采用了下几种方法。

1）对现场结构边随机点进行测量，测出其绝对坐标，并将此坐标反应至 CAD 定位图中，量出实际边线点与图上边线差值，偏外为“正”，偏内为“负”。按设计要求每层抽测一定数量的随机点，再与图纸边线对比。

2）选定一定数量的板边控制点进行二次放样，可以简单地反映出结构边线偏差情况。

图4 主楼二层放线图

3）在图纸上适当增加抽检控制点（是放样过程中控制点之外的抽检用控制点），这些用于抽检的控制点不应反映在第一次的放样过程中。待楼层浇筑完毕后，对这些抽检控制点进行放样，通过对比放样点在结构上的相对位置，确定结构边线的准确性［2］。

3.4 斜柱放样

由于本工程主体建筑属于逐层退缩的异形结构建筑，因此在主体外围的柱子属于柱体平直的斜柱。由于斜柱位于建筑主体的外围，因此既要起到承重的作用，又要美观。这使得斜柱的施工放线的正确与否就尤为重要。

由于斜柱类型是圆柱，且柱体是平直的，加之在斜柱混凝土浇筑时有其专用的圆柱形模板，因此在放线时只要放出柱顶与柱底的圆心与半径即可。在具体放线时，先根据确定好的放线图纸利用全站仪放出同一层的柱顶与柱底的圆心，再根据柱子的半径在柱顶与柱底的模板上画出柱子位置后支设模板，模板支设完成后，利用线锤挂线测量出柱体的实际斜率，与在 CAD 中求出的柱体斜率作对比，对比无误后，再进行浇筑。

4 结语

高层异形结构建筑施工放线是保证其保质保量完成的基础，要合理科学地按照相关规范，灵活地运用相关的测量技术才可以满足复杂高层建筑的施工测量任务并且保证施工质量与工期。