自定义平面直角坐标系在异型空间结构测量应用

自定义平面直角坐标系在异型空间结构测量应用

张军 马亮 姜志峰  吕求栋 胡建卫

中建八局科技建设有限公司 上海市 200000

1、摘要：随着社会快速发展，建筑的外形也变得越来越多样，结构形式也变得越来越复杂，施工难度也相应地增加。我们会经常有很多复杂的双曲造型、圆形造型、空间多变的异型结构等，施工中在处理这些结构时对测量的精度、变形及准确率要求也会更高。使用自定义平面直角坐标系、AutoCAD的三维数据模型可以有效地简化空间结构相对位置计算、简化数据流程、提高测量效率、缩小精度误差等。

关键词：自定义坐标系、AutoCAD、异型结构、施工测量

0引言

随着建筑与基础设施的发展，目前各个城市中都有着不同设计、不同造型的标志性建筑。各种高大、异型的建筑的增多的同时，工业水平也日益提高，办公软件设施也越来越多，规格不同、尺寸多样的定制型的材料也日益增多并且不断融入到现在建筑中。伴随社会的发展施工测量也面临越来越多地挑战，作为新一代的建筑工作者除了要掌握更多的基础知识与施工经验，更要学会使用新的测量方法、测量工具。异型建筑施工测量放线精度要求也必须越来越高。本次对上海市浦东新区张江镇张家浜九年一贯制学校项目工程实例中通过自定义平面直角坐标系在异型空间结构测量应用进行实际测量应用，既提高了精度同时也提高了效率，对此研究成果供大家参考。

1、工程概况及特点

上海市浦东新区张江镇张家浜九年一贯制学校项目北临银柳路,西侧为马家浜，东侧为规划住宅区，南邻牛桥港。学校为整体式建筑,包含综合楼、初中部、小学部、创新中心及体育馆。

小学部、初中部综合楼为异型连廊结构、剧场及排球馆为独立异型结构、创新中心为圆形结构。

特点及难点：建筑结构单体多，建筑结构复杂多为异型结构，各个单体结构都有自己独立的轴线，轴线关联较差，屋顶多采用异型三维空间结构。

创新中心采用钢框架圆形结构，钢结构尺寸大，跨度大、施工测量难度大空间定位精度要求高，预埋扣减构件定位偏差允许值小。

在施工放样中数据计算工程量很大，施工测量过程中需要大量计算坐标方位角和轴网坐标，测量工作任务重，不得出错。

张家浜楔形绿地九年一贯制学校项目周边环境较差，项目部两侧临河，用地区域狭窄，地质基础多为河浜淤泥，控制点及轴网的网型布置较差，精度控制难，施工中沉降及位移变形大，工期长、测量周期长，保证测量进度更是工作的重点。

2、测量方案确定与比较

  根据平面测量当距离长度为10KM时，根据椭球参数计算测量中误差为1/1220000，张家浜九年一贯制学校项目的长度为500米远小于10KM，所以用平面直角坐标系代替大地椭球坐标系完全满足精度要求。

根据建筑平面图分析各施工阶段多为不垂直相交轴网，在轴网中有较多圆弧及各种不规则折线与轴线相交，地下室及各单体轴线相关联又独立，为提高施工测量效率、放样精度提出不同测量方案并进行比较分析。

  方案一：手动测量计算法：利用坐标正反算，根据已知轴线点及图纸中相对关系计算两坐标点之间的坐标方位角和长度，再利用每条轴线与参考轴线相对关系得到不同轴线的坐标方位角及距离，如此重复利用坐标正反算公式推算出满足现场需求待测点坐标，再使用全站仪测量功能进行坐标放样。

方案二：AutoCAD图形转换法：利用CAD的矢量计算功能和坐标标注功能，从设计图纸中的相对轴线坐标关系与已知点坐标关系，把CAD中平面轴网转换至与上海独立坐标系，利用CAD中坐标提取功能，标注任意点坐标数据。坐标转换过程为①调整图纸比例②绘制实际坐标参考线③利用平移旋转功能校正上海独立坐标系④复核坐标轴网误差⑤提取图纸轴线坐标、待带测点坐标⑥使用全站仪进行测量放样工作。

方案三：自设独立坐标系:在施工测量中根据控制点相对位置与图纸中轴线之间的相对关系，在轴线中指定坐标原点，并且沿着轴线方向设立X、Y方向。利用图纸轴线的相对垂直关系与X、Y矢量增量重合方式，减少坐标数据及方位角计算。自定义平面直角坐标系步骤①自定义平面坐标系，指定坐标原点②按照轴线方向自定义X/Y坐标矢量方向③计算已知控制点相对于自定义坐标系的转换坐标④计算待测点自定义平面直角坐标系坐标（计算相对简单）⑤使用全站仪对转换后坐标系进行测量放样工作。

对比以上三个方案，结合各自特点和优缺点。方案一对测量人员基本功要求较高对坐标正反算要熟练运用，并且异型结构的相对位置关系复杂多变，位置与尺寸关系计算难度较大，坐标计算工程量很大。人为计算由于由于数量大、并且不易于数据的检验复核，错误率相对较高。

方案二：使用者要借助使用软件AutoCAD，借助AutoCAD矢量计算功能和坐标提取功能，可以提取出转换后图纸上任意点位置坐标，坐标计算由电脑计算机取代人工计算，简化数据。在施工现场只需根据提取坐标数据进行放样，现场调整放样点位置发生变动，仍需要转换成手动计算。

方案三：自定义平面坐标系的XY增量关系与轴线方向重合，

省略坐标方位角计算，将坐标正反算数据变成轴线方向上X、Y的加减运算，大量简化计算过程，并且易于检查与复核。

3、控制点布设

根据项目周边情况，选取相对固定不易发生移位的位置埋设控制点，为了保证控制点的稳固可靠控制点采用1米水泥墩，预埋连接件，采用强制对中

4、建筑物平面控制测量

4.1地下室轴网测量

分析地下室轴网结构，九年一贯制学校项目轴网中小学部、初中部、中心体育馆区域位置轴网为互相垂直部分，占到总图的60%,而剧场和创新中心轴网与主轴网夹角为30度，占比为30%,北侧区域与主轴网角度夹角为335度和205度，总共占比10%。

现场分两个区域分别建立平面直角坐标系，分别取M-H轴与A-1轴交点为坐标原点，M-J轴线为为X轴增量方向，A-1轴为Y轴增量方向。其中用坐标原点（0,0）代替M-J、A-1轴交点原上海坐标系（X=13121.086  Y=-1134.838），用轴线上(59.4,0)来代替M-H、M-12交点原上海坐标系（X=13183.327  Y=-1111.139）通过利用两个点的平面坐标来确定整个平面直角坐标系，从图纸中几何尺寸与各轴线之间的距离可以直观的得到各轴线交点的平面坐标，比如M-L、A-1轴线坐标为（15.6,0）M-E/M-5轴线的交点坐标为（33,41.4）通过转换坐标系可以很轻松的得到放样所需要各个轴线的平面直角坐标系。

设计院提供的控制点使用的是上海独立坐标系，利用设计院提供设计坐标点与原轴向网相对位置关系，将控制点转换成自定义的平面直角坐标系。

全站仪测量放样：全站仪测量放样一般有平面直角坐标法、角度交会法、距离交会法与极坐标法，本项目采用的是极坐标法。用自定义的平面直角坐标系代替上海独立坐标系，简化测量过程。调整后测量放样由原来的点放样转换为线放样，X坐标代表为与横轴平行数据，Y坐标代表与纵轴平行数据，根据图纸轴线与坐标原点的相对位置关系，直接测得轴线位置，原来坐标放样直接可以用全站仪坐标测量方式代替。

对于地下室结构轴线中与自定义坐标系不平行或垂直的轴线，我们可以借助CAD的矢量计算功能直接提取出轴线点的测量坐标，使用全站仪进行放样。根据自定义坐标系大大提高放样效率，降低计算工程量，便于数据的复核与检验。

4.2单体轴网测量

单体建筑轴线测量的放样原理与地下室轴线放样原理一样，通过建立自定义坐标系来减少放样数据的计算过程。以C-1与C-G交点作为坐标原点，C-G方向为X增量方向，C-1作为Y的增量方向。利用这两个点来建立一个自定义的平面直角坐标系统。建立好坐标系统后，再利用设计院提供的控制点与原上海独立坐标系的关系转换到控制点与自定义建立的平面直角坐标系的相对坐标。

内业处理完成后及可以开展全站仪的极坐标测量放样程序，对各个单体轴线坐标进行测量放样工作。利用相同的方式来处理小学部、初中部、剧场体育馆等单体结构的轴线测量放样。

6、参考文献                                                                                                                                                                                                             

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