核电厂模块垂直度测量的应用

 核电厂模块垂直度测量的应用

王芝尧 魏法军 董辉 赵子江 刘虹  景世杰

中国核工业二四建设公司海阳核电项目部  山东海阳  265100

摘要：随着我国经济的迅速发展，我国的核电事业也得到了空前的发展。近年来，越来越多的大规模核电厂不断地投入到建设和使用当中，模块化建设成为一个新的发展趋势，模块垂直度的测量也变得更加重要。若可以选择合适的垂直度测量方式，不仅可以保证模块拼装及安装的的工作质量更可以提高模块拼装及安装的工作效率。

在核电厂施工中，模块的垂直度是模块安装的重要指标，如果不能根据实际情况去分析，去精确计算垂直度偏差，那么就会造成一定的质量问题，影响后期施工的正常进行。

关键词：核电厂  施工测量  垂直度测量  误差

引言

在核电厂施工中，为了保证厂房内部各部结构符合设计和规范要求，更快的完成核电厂各厂房的建设，“可模尽模”的进程十分重要作用，模块化使得大量建设工作可以在拼装场地进行，与核岛其他建设进度呈并行关系，可以极大的节约工期。但模块的质量就成了核电厂建设的一个重心，而模块垂直度是评估模块拼装及安装就位的一个重要指标，测量人员需要在模块拼装阶段及模块安装阶段进行模块垂直度的测量，大体积、异形等特点为模块垂直度的测量增加了很大的难度。要保证模块垂直度的质量要求，又不影响模块拼装及安装就位的时间，需采用合适可靠的测量技术，对应模块拼装及安装就位的不同阶段。

1  模块垂直度测量

1.1  模块垂直度概念

模块垂直度指的是，模块偏离重垂线的差值。部分模块体积较大，需要多个子模块进行拼装，如要保证模块拼装完成后的整体垂直度，就需要在拼装过程中对子模块的垂直度进行精准把控，从而保证其模块整体的垂直度满足要求。其中模块本身的加工工艺质量和后期调测过程会是影响模块垂直度的重要因素。

1.2  模块垂直度测量

结合实际施工测量工程，模块垂直度测量共有以下几种方式：

1.铅垂线测量；2.全站仪扫视测量；3.模块DP点测量；4.三维激光扫描测量；

2  模块垂直度测量的方式

2.1 铅垂线测量

2.1.1  原理

铅垂线测量的方法利用，同一铅垂线上，高度不同的各处平面投影坐标相同。首先选取模块在垂直状态下顶部与底部在水平面投影一致的点位分别为D与D′。将铅垂线从D点使其自然下坠，铅垂所在位置为D″，直接测量D″与D′之间的距离，若模块处于垂直状态，则D′与D″距离应为0mm。如模块并非处于垂直状态，其水平面投影，以D′为中心点，南北方向与东西方向建立坐标系，通过计算即可得出模块垂直度偏差。

2.1.2  优缺点

优点：操作简单，测量成本低。

缺点：数据可靠程度较低，数据受操作者影响较大；由于需要人员登高至模块上端进行悬挂铅垂线，故存在一定的危险性；悬挂铅垂线的方式受自然因素影响较大，如大风会影响铅垂线的稳定，进而影响数据的精确程度。

2.2 全站仪扫视测量

2.2.1  原理

全站仪扫视测量方式利用，全站仪水平制动后垂直视线上所有点的单方向（南北方向或东西方向）投影坐标相同。

首先选取模块在垂直状态下顶部与底部在水平面投影一致的点位分别为D与D′。分别将仪器架设于TP1（正北方）及TP2（正东方）进行观测。仪器架设在TP1处，仪器架设完成后，首先照准模块顶部的D点，将水平制动固定，使用垂直螺旋使十字丝向下移动，移动至模块底部与D′点水平后，利用钢尺测量十字丝中心点与D′之间的距离，该距离就是模块垂直度的东西偏移量，同理，仪器架设TP2处所测距离，为模块垂直度的南北偏移量。

2.2.2  优缺点

优点：受环境因素影响小，可以在有风天气进行测量工作；操作简单，数据可靠程度好；可跟随施工人员进行调测。

缺点：仪器架设位置有一定局限性，两次仪器架设位置与待测点交角需为直角关系。

2.3 模块DP点测量

2.3.1  原理

模块DP点测量方式利用，模块生产时就在不同高度段选定投影坐标相同的作为模块的DP点。

采用模块DP点测量方法，需要提前在测量工作的场地布设控制网，控制网的精度直接影响后期模块垂直度的测量。假设模块测量工作的场地中已建立控制网且各控制点之间通视情况良好，仪器架设完成后，对模块上不同标高段的DP点进行坐标采集。用采集的数据与DP点设计坐标进行对比。X值Y值则分别代表模块的东西偏差及南北偏差。

2.3.2  优缺点

优点：仪器架设位置局限性小；操作简单，可以进行跟踪调测；受天气影响因素较小。

缺点：测量成果受模块本身形变影响较大；测量定向所用控制网的精度也影响测量成果的好坏程度。

2.4 三维扫描建模

2.4.1  原理

三维激光扫描技术具有非接触测量、数据采样率高、采样速度快、精度高、能全景化扫描等特点[1]。三维扫描建模方法利用，三维激光扫描仪对模块整体进行三维激光扫描，采集点云数据再利用软件对点云数据进行处理，最终得到三维模型。在模型中测量模块垂直度的偏差。

进行三维激光扫描前需要在模块测量的场地中建立控制网，确保三维激光扫描仪定向的准确。三维激光在不同位置进行数据采集工作，将采集到的点云数据导入软件进行降噪建模处理后，即可在模型直观的测量模块垂直度的南北偏差及东西偏差，也可通过在模型上识取模块不同标高段投影坐标相同的DP点的坐标信息，来计算模块的垂直度偏差。

2.4.2  优缺点

优点：所获取的模块垂直度数据信息更加精确。

缺点：测量成本高，不能进行实时反馈，无法进行跟踪调测工作。

3  模块不同阶段垂直度测量的应用

3.1  拼装阶段

大体积模块大部分由多个子模块拼装而成，若需要进行拼装，则对每个子模块的垂直度都会有一定要求，需要保证所有子模块垂直度都符合要求，且由于拼装过程周期较长，需要进行跟踪测量。

结论：结合以上特点，模块拼装初期阶段，可以采用铅垂线测量的方式来对子模块的垂直度进行粗调，用少量投入就可以将子模块快速调整到位。

粗调结束后，即可采用DP点测量的方式结合全站仪扫视的方式对子模块进行精调。由于子模块在制作及运输过程中可能会产生形变，而单一的DP点测量方式对于模块本身的要求高，且DP点测量方式测量完成后需要内业对数据进行处理，相较与另一种全站仪扫视的方式效率较低，故采用两种测量方法结合的形式进行精调，以确保测量成果的质量。

3.2  拼装完成验收阶段

拼装完成后，需要对整个模块整体进行测量。这个阶段对于数据的准确程度要求较高，需采用精度要求较高的测量方式。

结论：可采用三维激光扫描的方式，对模块整体进行扫描，建立实景模型。

对实景模型与模块的设计模型进行对比，即可得出模块垂直度偏差、模块形变等数据，指导现场进行调整测量。

3.2  就位阶段

模块在就位后要对其垂直度进行一次测量，此次测量涉及到模块吊装就位的整体质量，对于垂直度的要求也较高，需选用可靠程度高的测量方法。

由于现场施工情况较为复杂，存在其他物项如“插筋、墙体、罐体等”，可能会对垂直度的测量存在一定程度的干扰。

结论：选择设站灵活、操作简单、成果可靠的DP点测量的方式对模块就位后垂直度进行测量。

4 结语

结合以上论述，以上垂直度测量方式亦可应用于其他物项的垂直度测量。如大型模版、吊模、飞模等对于垂直度有一定要求的工程，其精度要求较低，施工范围较大，可利用铅垂线测量方式，利用其操作简单，测量成本较低的优势，进行跟踪调测，浇筑过程中施工环境较为紧凑，就可采用全站仪对其进行测量，对其进行过程中的把控，对涨模问题进行及时预警。垂直度测量伴随在工程的各个阶段，作为不可或缺的一个重要指标决定着工程质量的好坏，在严格把控质量的同时，还需要不断创新发展，才能满足生产需求。

参考文献

[1]冯腾. 基于三维激光扫描的建筑物垂直度监测研究. Diss. 华北理工大学.