CN110646159A - 现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，在控制点柱子上安装强制对中装置，控制网点整体布设采用最稳定的三角网建立，对控制网点稳定性及可靠性进行过检测并采用相应的保障措施，形成了稳定性及可靠性极强的测量控制网，在每步结构施工过程中，均采用两种以上施工控制测量方法，及一种保证措施，包括坐标法，悬线法，光速法，三维激光扫描法，BIM建模法等，形成了多种测量方法相互校核的稳定体系，提高了传统放样控制点、控制线的使用精度、稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及风洞施工技术领域，具体涉及一种现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法。
背景技术
随着建筑行业的蓬勃发展，越来越多的标志性建筑物采用清水混凝土设计施工。清水混凝土是建筑现代主义的一种表现手法，因其极具装饰效果也称装饰混凝土，在混凝土浇置后，不再有任何涂装、贴瓷砖、贴石材等材料，表现混凝土的一种素颜的手法。相较于传统建筑工程在一次成型上提出了更高的要求，控制测量作为施工阶段的核心工作，也就成为了决定清水混凝土施工质量的重中之重。
近几年全球范围内测量仪器的硬件及软件行业急速发展，在高精度测量领域不断探索与创新，我国在高精度测量方面的硬件设备和施工工艺上虽有长足进步，但与世界领先水平还有一定差距，尤其在清水混凝土测量领域内没有系统的施工工艺，本工法对现浇清水混凝土风洞建设过程中的施工控制测量系统进行研究，从施工测量系统中的每个环节进行改进减小误差，将此施工工艺进行提炼总结。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，解决传统施工控制测量，其控制点在使用过程中会出现不同程度的微小移动，导致控制网不稳定，可靠性低，恢复控制点工程量大，影响施工进度和施工质量的问题，提高控制测量过程中的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，包括以下步骤：
S1：布设控制网点，控制网点包括平面控制网点和高程控制网点；
S2：设置测量控制点，根据平面控制网点和高程控制网点的设计，对每一个控制网点设置测量控制点；其中，测量控制点采用带有强制对中装置的测量墩台，并对测量控制点设置保护措施；
S3：洞体轴线测量及控制，洞体轴线测量包括洞体主轴线测量和风洞各部段同轴度控制，风洞轴线控制网点与风洞单体控制网点进行联测，建立风洞洞体BIM模型，利用风洞单体控制网点对风洞主轴线进行校核；
S4：预埋件定位测量调节，通过预埋件粘贴反射光片，获得三维坐标，并与BIM模型进行测量对比，根据对比偏差进行预埋件的调节；
S5：施工模板的定位测量；施工模板的定位测量包括模板安装过程中的定位放样和混凝土浇筑前的模板定位复核，一段施工完成后，重复步骤S2～S5，进行下一段施工的控制测量；
S6：所有混凝土浇筑完成后对洞体内型面进行精确监测，采用全站式三维激光扫描技术进行风洞内型面的精度检测，将全站式三维激光扫描仪测得的每段标靶坐标数据进行整合，形成点云数据，建立与BIM模型同一坐标系下的点云三维模型，精确分析点云三维模型与BIM模型的相对精度，完成施工控制测量。
进一步地，所述步骤S1中，平面控制网点包括场区首级控制网点、单体工程控制网点和轴线控制网点；场区首级控制网点的建立以业主提供的基准点为基准，采用全站仪测量布设，单体工程控制网点以场区首级控制网点为基准对单体建筑物布设控制网点，轴线控制网点以单体工程控制网为基准对建筑物进行控制点加密；高程控制网点以业主提供的场区水准基准点为依据，高程控制网点的位置与平面控制网点位置相同，利于全站仪进行三维坐标测量及放样，高程控制点形成闭合环形，采用电子水准仪进行往返闭合测量。
进一步地，所述步骤S2中，测量控制点选在通视条件好、安全、易保护的地方，并对控制点采用混凝土保护，四周用钢管进行维护，并刷红白油漆作测量警示标识。
进一步地，所述步骤S3中，洞体主轴线测量中的风洞轴线控制网点与风洞单体控制网点进行联测，利用风洞单体控制网点对风洞轴线控制网点进行校核，进行坐标精密平差，主轴线采用高精度全站仪LeicaTS60进行放样，主轴线交点点位标记预埋钢板，并在钢板上刻画十字标记，钢板表面与混凝土完成面相平。
进一步地，所述步骤S3中，风洞各部段同轴度控制时，洞体施工前先精确复核主轴线及控制点偏差；风洞结构施工时，利用激光扫平仪光束法进行轴线有形标识，建立风洞洞体的BIM模型，准确得到各部段洞体截面的尺寸，以洞体轴线中一点为坐标原点，建立洞体各截面平面直角坐标系，从BIM模型上快速获取洞体截面上各关键节点与坐标原点的位置关系，根据洞体截面上各节点与坐标原点的位置关系数据，通过激光测距仪或钢板尺丈量距离配合激光扫平仪控制母线位置，同时从BIM模型上快速获取洞体截面上各关键节点的三维坐标，并利用高精度全站仪坐标测量对各母线位置进行复核。
进一步地，所述步骤S4中，预埋件定位测量时，在将预埋件有效安装固定后，在预埋件固定胎架及模板上粘贴反射光片，利用全站仪测量反射光片得到预埋件位置的三维坐标，将坐标数据与BIM模型中预埋件数据进行对比得出位置偏差量，根据偏差量通过调节预埋件固定螺杆或胎架使预埋件到达设计位置，调节完成后利用全站仪再次测量检查，若再次测量仍不合格要继续进行调节，直至预埋件偏差符合要求为止。
进一步地，所述步骤S5中，施工模板定位放样时，将各柱子处的截面下底板、下八角、上八角、上顶板延长线投影至柱子上，并在柱子前后立面的投影位置做标记，以此作为模板安装定位依据；混凝土浇筑前的模板定位复核时，将全站仪架设在洞体内的控制点上，从BIM图上测得模板框架各主要控制节点的坐标值，用全站仪坐标放样法放样出模板各关键节点，模板框架就位后，将反光片的中心贴在主要控制点上，用全站仪读取反光片上的坐标值，指挥框架安装人员进行调整，将模板框架固定在准确位置。
进一步地，进行全站仪坐标控制的同时，利用悬线法布设不锈钢丝将洞体轴向控制线标定出来，作为控制、调整模板的依据，悬线法测量挂线前先从风洞BIM模型中量取施工部位模板框架关键控制点与轴线的位置距离关系数据，通过控制框架关键控制点的位置实现洞体内模板的控制，测量主轴线时若主轴线位置有架体遮挡，采用偏心法进行轴线控制。
进一步地，所述步骤S6中全站式三维激光扫描具体操作为：将风洞分为多个扫描段，每个扫面段内部满足通视条件，利用全站式三维激光扫描仪通过识别、提取目标物体的关键几何特征快速获取风洞内型面的空间位置三维点数据，形成一个扫面的三维实体点云，借助点元数据处理软件Cyclone9.1进行数据处理，得到洞体的完整空间几何尺寸，逆向建立高精度的三维模型与BIM模型进行对比分析，从而得出每一测量部位偏差。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明从施工测量系统中的每个环节进行改进减小误差，在控制点柱子上安装强制对中装置，控制网点整体布设采用最稳定的三角网建立，对控制网点稳定性及可靠性进行过检测并采用相应的保障措施，形成了稳定性及可靠性极强的测量控制网，在每步结构施工过程中，均采用两种以上施工控制测量方法，及一种保证措施，包括坐标法，悬线法，光速法，三维激光扫描法，BIM建模法等，形成了多种测量方法相互校核的稳定体系，提高了传统放样控制点、控制线的使用精度、稳定性和可靠性。
(2)本发明设置强制对中装置的测量墩台，大大减小了对中误差，加快了全站仪建站速度，有效的减少了测量放样的时间。
(3)本发明所使用的高精度工具式测量控制标靶，有效提高了测量控制线的稳定性和可靠性，避免了因控制线移动所造成的工程返工，减少了工程的整体造价，取得良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明的测量工作流程框图。
图2为本发明测量控制点结构示意图。
图3为本发明测量墩台结构示意图。
图4为本发明模板投影至柱子上的定位控制点示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1～4所示：
现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，包括以下步骤：
S1：布设控制网点，控制网点包括平面控制网点和高程控制网点；平面控制网点从整体上考虑，遵循先整体后局部，高精度控制低精度的原则，包括场区首级控制网点、单体工程控制网点和轴线控制网点；场区首级控制网点的建立以业主提供的基准点为基准，采用全站仪测量布设，单体工程控制网点以场区首级控制网点为基准对单体建筑物布设控制网点。
轴线控制网点的布设根据设计总平面图、首层平面图、基础平面图、施工段的划分机现场条件进行，轴线控制网点以单体工程控制网为基准对建筑物进行控制点加密。
高程控制网点以业主提供的场区水准基准点为依据，高程控制网点的位置与平面控制网点位置相同，利于全站仪进行三维坐标测量及放样，高程控制点形成闭合环形，采用电子水准仪进行往返闭合测量，经平差合格后才可用于施工测量。
S2：设置测量控制点，根据平面控制网点和高程控制网点的设计，对每一个控制网点设置测量控制点，测量控制点选在通视条件好、安全、易保护的地方，并对控制点采用混凝土保护，四周用钢管进行维护，并刷红白油漆作测量警示标识(如图2所示)，风洞测量控制点采用带有强制对中装置的测量墩台(如图3所示)，全站仪、棱镜等设备，通过螺栓与强制对中基座连接，通过三槽定位原理对设备进行强制对中，保证测量工程中通过强制对中装置有效控制设备的对中误差，误差控制在0.05mm之内。场区首级控制网点和单体工程控制网点采用二等三角形网测量方法进行施测，轴线控制网点采用归化法精确放样，多次重复放样进行归化改正，直至精度满足要求为止。测角采用LeicaTS60高精度全站仪多测回测角系统进行，平面控制网平差采用南方测绘平差易软件进行，高程控制网采用电子水准仪二等水准测量方法进行闭合测量。
S3：洞体轴线测量及控制，洞体轴线测量包括洞体主轴线测量和风洞各部段同轴度控制，洞体主轴线测量中的风洞轴线控制网点与风洞单体控制网点进行联测，利用风洞单体控制网点对风洞轴线控制网点进行校核，进行坐标精密平差，主轴线采用高精度全站仪LeicaTS60进行放样，主轴线交点点位标记预埋钢板，并在钢板上刻画十字标记，钢板表面与混凝土完成面相平。
由于风洞各部段截面形式同、变化多样、同轴度精度要求高，洞体施工前先精确复核主轴线及控制点偏差；风洞结构施工时，由于各部段洞体的轴线实际上是一条空间不可见的直线，无法直接控制，因此，利用激光扫平仪光束法进行轴线有形标识，建立风洞洞体的BIM模型，准确得到各部段洞体截面的尺寸，以洞体轴线中一点为坐标原点，建立洞体各截面平面直角坐标系，从BIM模型上快速获取洞体截面上各关键节点与坐标原点的位置关系，根据洞体截面上各节点与坐标原点的位置关系数据，通过激光测距仪或钢板尺丈量距离配合激光扫平仪控制母线位置，同时从BIM模型上快速获取洞体截面上各关键节点的三维坐标，并利用高精度全站仪坐标测量对各母线位置进行复核。
S4：预埋件定位测量调节，为了将预埋件位置偏差控制于3mm之内，预埋件安装固定后，在预埋件固定胎架及模板上粘贴反射光片，利用全站仪测量反射光片得到预埋件位置三维坐标，将坐标数据与BIM模型中埋件数据进行对比得出位置偏差量，根据偏差量通过调节预埋件固定螺杆或胎架使预埋件到达设计位置，调节完成后利用全站仪再次测量检查，测量数据满足要求后才可进行下道施工工序，若再次测量仍不合格要继续进行调节，直至预埋件偏差符合要求为止。
预埋件因受混凝土浇筑影响，位置会出现不同程度位移，为了精准控制埋件位移量并及时对预埋件位置进行调整，利用全站仪对埋件螺杆及胎架进行实时监测，消除混凝土浇筑对预埋件定位影响。
S5：施工模板的定位测量；施工模板的定位测量包括模板安装过程中的定位放样和混凝土浇筑前的模板定位复核，由于洞体截面形式变化多样，截面与柱相对位置均不相同，为保证施工放样精度和模板定位准确，将各柱子处的截面下底板、下八角、上八角、上顶板延长线投影至柱子上(如图4所示)，并在柱子前后立面的投影位置做标记，以此作为模板安装定位依据。
洞体模板支撑架体较为密集，测量通视条件较差，洞体的同轴度、内型面平整度、对接面阶差要求高，尤其是收缩段洞体为曲面洞体，这些对模板定位测量精度提出了很高的要求。利用坐标法、悬线法对不同形式截面模板进行精确控制。
具体地，坐标法测量是将全站仪架设在洞体内的控制点上，从BIM图上测得模板框架各主要控制节点的坐标值，用全站仪坐标放样法放样出模板各关键节点，由于洞体模板测量架设常规棱镜操作较为困难且精度较低，因此采用反光片作为全站仪前视点，测量时反光片参数要于全站仪中进行提前修正。模板框架基本就位后，将反光片的中心贴在主要控制点上，用全站仪读取反光片上的坐标值，指挥框架安装人员进行调整，将模板框架固定在准确位置。
由于模板支撑体系架设过程中，支模架排布较为密集，全站仪观测过程中会有部分控制点无法通视，全站仪大量转站会使测量精度误差逐渐累计，致使观测数据不准确，因此进行全站仪坐标控制的同时，需利用悬线法布设不锈钢丝将洞体轴向控制线标定出来，作为控制、调整模板的依据。悬线法应使用高强度不锈钢丝，丝径不大于0.5mm，操作时要将弦线拉紧。利用高精度工具式测量控制标靶拉线。为了防止悬线弯曲，在悬线最外侧两端悬挂大锤球等重物作为配重。悬线法测量挂线前要从风洞BIM模型中量取施工部位模板框架关键控制点与轴线的位置距离关系等数据，通过控制框架关键控制点的位置达到控制洞体内模板的目的。测量主轴线时若主轴线位置有架体遮挡，采用偏心法进行轴线控制。
混凝土浇筑过程中的模板变形监测凝土浇筑过程中，混凝土对模板增加荷载，模板加固不到位都会使模板产生不同程度位移，从而导致整个洞体结构内型面产生偏差，因此，混凝土浇筑过程中要利用高精度全站仪LeicaTS60及反光片对洞体模板主要控制点进行实时观测，并对观测数据进行整理，通过与BIM模型数据比对，分析模板整体位移量，对模板位置进行实时调整。
该段施工完成后，重复步骤S2～S5，在进行下一段施工的控制测量，直至整个施工完成。
S6：所有混凝土浇筑完成后对洞体内型面进行精确监测，采用全站式三维激光扫描技术进行风洞内型面的精度检测，将全站式三维激光扫描仪测得的每段标靶坐标数据进行整合，形成点云数据，建立与BIM模型同一坐标系下的点云三维模型，精确分析点云三维模型与BIM模型的相对精度，完成施工控制测量。
具体地，三维激光扫描操作为：将风洞分为多个扫描段，每个扫面段内部满足通视条件，利用全站式三维激光扫描仪通过识别、提取目标物体的关键几何特征快速获取风洞内型面的空间位置三维点数据，形成一个扫面的三维实体点云，借助点元数据处理软件Cyclone9.1进行数据处理，得到洞体的完整空间几何尺寸，逆向建立高精度的三维模型与BIM模型进行对比分析，从而得出每一测量部位偏差。三维激光扫描仪为全站式三维激光扫描仪，具有全站仪功能，因此将全站式三维激光扫描仪精确架设于三维坐标控制点上进行扫描，所扫描坐标即为坐标系统下的精确数据，无需再进行坐标配准，有效避免了因坐标配准产生的误差。将全站式三维激光扫描仪测得的每段标靶坐标数据进行整合，形成点云数据，建立与BIM模型同一坐标系下的点云三维模型，达到更精确分析点云三维模型与BIM模型相对精度的目的。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：布设控制网点，控制网点包括平面控制网点和高程控制网点；
S2：设置测量控制点，根据平面控制网点和高程控制网点的设计，对每一个控制网点设置测量控制点；其中，测量控制点采用带有强制对中装置的测量墩台，并对测量控制点设置保护措施；
S3：洞体轴线测量及控制，洞体轴线测量包括洞体主轴线测量和风洞各部段同轴度控制，风洞轴线控制网点与风洞单体控制网点进行联测，建立风洞洞体BIM模型，利用风洞单体控制网点对风洞主轴线进行校核；
S4：预埋件定位测量调节，通过预埋件粘贴反射光片，获得三维坐标，并与BIM模型进行测量对比，根据对比偏差进行预埋件的调节；
S5：施工模板的定位测量；施工模板的定位测量包括模板安装过程中的定位放样和混凝土浇筑前的模板定位复核，一段施工完成后，重复步骤S2～S5，进行下一段施工的控制测量；
S6：所有混凝土浇筑完成后对洞体内型面进行精确监测，采用全站式三维激光扫描技术进行风洞内型面的精度检测，将全站式三维激光扫描仪测得的每段标靶坐标数据进行整合，形成点云数据，建立与BIM模型同一坐标系下的点云三维模型，精确分析点云三维模型与BIM模型的相对精度，完成施工控制测量。
2.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中，平面控制网点包括场区首级控制网点、单体工程控制网点和轴线控制网点；场区首级控制网点的建立以业主提供的基准点为基准，采用全站仪测量布设，单体工程控制网点以场区首级控制网点为基准对单体建筑物布设控制网点，轴线控制网点以单体工程控制网为基准对建筑物进行控制点加密；高程控制网点以业主提供的场区水准基准点为依据，高程控制网点的位置与平面控制网点位置相同，利于全站仪进行三维坐标测量及放样，高程控制点形成闭合环形，采用电子水准仪进行往返闭合测量。
3.根据权利要求1所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中，测量控制点选在通视条件好、安全、易保护的地方，并对控制点采用混凝土保护，四周用钢管进行维护，并刷红白油漆作测量警示标识。
4.根据权利要求3所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中，洞体主轴线测量中的风洞轴线控制网点与风洞单体控制网点进行联测，利用风洞单体控制网点对风洞轴线控制网点进行校核，进行坐标精密平差，主轴线采用高精度全站仪LeicaTS60进行放样，主轴线交点点位标记预埋钢板，并在钢板上刻画十字标记，钢板表面与混凝土完成面相平。
5.根据权利要求4所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中，风洞各部段同轴度控制时，洞体施工前先精确复核主轴线及控制点偏差；风洞结构施工时，利用激光扫平仪光束法进行轴线有形标识，建立风洞洞体的BIM模型，准确得到各部段洞体截面的尺寸，以洞体轴线中一点为坐标原点，建立洞体各截面平面直角坐标系，从BIM模型上快速获取洞体截面上各关键节点与坐标原点的位置关系，根据洞体截面上各节点与坐标原点的位置关系数据，通过激光测距仪或钢板尺丈量距离配合激光扫平仪控制母线位置，同时从BIM模型上快速获取洞体截面上各关键节点的三维坐标，并利用高精度全站仪坐标测量对各母线位置进行复核。
6.根据权利要求5所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S4中，预埋件定位测量时，在将预埋件有效安装固定后，在预埋件固定胎架及模板上粘贴反射光片，利用全站仪测量反射光片得到预埋件位置的三维坐标，将坐标数据与BIM模型中预埋件数据进行对比得出位置偏差量，根据偏差量通过调节预埋件固定螺杆或胎架使预埋件到达设计位置，调节完成后利用全站仪再次测量检查，若再次测量仍不合格要继续进行调节，直至预埋件偏差符合要求为止。
7.根据权利要求6所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S5中，施工模板定位放样时，将各柱子处的截面下底板、下八角、上八角、上顶板延长线投影至柱子上，并在柱子前后立面的投影位置做标记，以此作为模板安装定位依据；混凝土浇筑前的模板定位复核时，将全站仪架设在洞体内的控制点上，从BIM图上测得模板框架各主要控制节点的坐标值，用全站仪坐标放样法放样出模板各关键节点，模板框架就位后，将反光片的中心贴在主要控制点上，用全站仪读取反光片上的坐标值，指挥框架安装人员进行调整，将模板框架固定在准确位置。
8.根据权利要求7所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，进行全站仪坐标控制的同时，利用悬线法布设不锈钢丝将洞体轴向控制线标定出来，作为控制、调整模板的依据，悬线法测量挂线前先从风洞BIM模型中量取施工部位模板框架关键控制点与轴线的位置距离关系数据，通过控制框架关键控制点的位置实现洞体内模板的控制，测量主轴线时若主轴线位置有架体遮挡，采用偏心法进行轴线控制。
9.根据权利要求8所述的现浇清水混凝土风洞高精度控制测量的施工方法，其特征在于，所述步骤S6中全站式三维激光扫描具体操作为：将风洞分为多个扫描段，每个扫面段内部满足通视条件，利用全站式三维激光扫描仪通过识别、提取目标物体的关键几何特征快速获取风洞内型面的空间位置三维点数据，形成一个扫面的三维实体点云，借助点元数据处理软件Cyclone9.1进行数据处理，得到洞体的完整空间几何尺寸，逆向建立高精度的三维模型与BIM模型进行对比分析，从而得出每一测量部位偏差。
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