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简介：湖南省建工BIM中心申报的““BIM+智能全站仪”测绘施工”省级施工办法获批。 目前，梅溪湖城岛项目测量工作已圆满完成，测量结果将进行总结分享。

1 项目概况

长沙梅溪湖国际新城城岛项目标志性结构为双螺旋景观结构，最高点约34m，环路外边界直径最大约86m。 它由内螺旋上升向外扩张，绕过柱顶在外螺旋收缩下降，连接一排密密麻麻的柱廊。 共有32个双螺旋斜柱。 立柱与水平面夹角为62.02°，相邻斜立柱在水平面上的投影角为11.25°。 相邻的斜柱由钢筋连接，保证了结构的整体稳定性。 这种形状目前在国内很少出现，因此准确的结构测量是保证工程质量的关键。

图1 双螺旋钢结构分布图

2 三维空间定位测量控制

重点难点

1）该结构位于梅溪湖城岛上。 高精度高空平面控制网和高程控制点的布置受场地限制，定位测控难度大。

2）钢结构空间变化多样，多为大截面弯扭结构交织成双螺旋状，对测控精度要求高。

3）施工周期短，各子项目、工序交叉作业多，控制点使用频率高。 需要建立长期稳定统一的测控系统。

4) 内部计算和现场测量工作量较大，数据处理、测控方法的选择、放样工具的选择直接影响测量放样的精度和速度。

5）由于阳光引起的温差影响，上部钢结构容易变形。 应选择有利的观察条件和观察时间，这对控制测量精度也很重要。

3 钢结构架空安装定位测量

控制的总体思路

1）双螺旋结构形状复杂，应遵循“先承重结构，后悬臂结构”和“关键部位重点控制”的测控原则。 根据工程航测定位测控难度大、精度要求高的特点，首先要遵循“先承重结构，后悬臂结构”的测控原则。 首先用32根斜立柱开始定位安装，然后按顺时针螺旋方向定位安装内部。 环路逆时针定位安装外环路。 其次，要对关键部位进行重点控制，确保整个钢结构的航测定位测控精度，确保钢结构的安装质量。

2）采用“BIM+智能全站仪”测控技术进行关键控制。 由于双螺旋设计中的许多重要部件都是变截面或异形面，在高空安装现场其倾角和定位难以准确计算。 需要依托BIM技术，利用计算机建立Tekla 3D实体模型，配合BIM 360系列软件计算获取测量所需的精确数据，配合智能全站仪进行定位测量，大大提高了测量精度和测量控制的速度。

3）特殊部位（如双螺旋安装32根斜立柱，立柱顶部环道），需要分段控制，控制措施必须提前制定。

4 基于BIM的三维空间定位

测控技术

4.1 工艺原理

1) 将包含点放样数据（设计坐标和尺寸）的模型导入安装有“测量放样应用”的平板电脑（移动端），使用Wi-Fi或其他无线网络与智能全站仪连接（固定端）连接，建立数据通信关系。

2）采用后方交会法或后视法在施工现场架设智能全站仪，建立真实三维空间坐标系与BIM模型中三维空间坐标系的映射关系。

3）在移动端BIM模型中选择需要放样的点，智能全站仪会自动跟踪棱镜坐标，棱镜位置会显示在BIM模型中并提示坐标（ X,Y,Z）棱镜与放样点值之差，根据提示移动棱镜，直到坐标差为零，此时棱镜的位置即为待放样点的位置. 移动端操作界面如图2所示。

图2 手机端操作界面

4.2 工艺特点

1）在建模过程中，可以及早发现图纸中的各种问题，提前做好技术准备，为钢结构工程的顺利安装做好准备。

2）现场操作简单方便，与钢结构安装人员密切配合，能及时有效地控制现场钢结构安装的高精度要求。

3）由于智能全站仪与移动终端双向通信，测量数据自动传输到智能全站仪内存中，系统实时计算点坐标和偏差信息数据，确保组件安装的准确性。

4) 灵活的站位设置。 智能全站仪可以根据不同的现场条件选择最佳位置设站，减少其他过程对测量工作的干扰，进而减少测量工作对其他过程的影响。

4.3 工艺流程（放样阶段）

建立模型→检查控制点、布置三级控制网→准备数据模型→建立坐标系→创建站控点→创建放样点→上传下载放样数据→搭建放样环境→设置测站→施工测量放样。

4.4 建立三维空间坐标控制系统

检查业主提供的一级控制点，将误差按比例分配给一级控制网各控制点，并在场地周围布置一级三维空间坐标控制系统； 然后根据现场实际情况，在保证测绘精度的前提下，在双螺旋结构外围布置二次三维空间坐标控制系统； 最后采用内控与外控相结合的方法，将三级控制点布置在双螺旋结构内部的合理位置，形成三级三维空间坐标控制系统，从而建立三维空间坐标控制系统。

图3 二级三维空间坐标控制系统

4.5 关键施工工序测量控制

4.5.1 螺旋体斜柱三维定位及测量校正

1）螺旋钢柱地脚螺栓定位

预埋地脚螺栓前，轴控点布置在螺旋体外侧，轴控点均在同一条圆线上且垂直于相交轴，便于安装地脚螺栓和钢柱的校正。

预埋件吊装到承载平台后，先用水平仪测量并找平预埋件板，然后用智能全站仪测量控制点位置的三维空间坐标，指挥班组进行根据移动端显示的三维坐标差放置埋件。 零件被校正到指定位置。

2）斜柱底部定位

立柱底部就位后，用智能全站仪测量控制点的三维空间坐标，用千斤顶和撬棒进行校正。 柱底就位后，轴线偏差不应大于5mm，钢柱的扭转偏差不应大于5mm。

3）斜柱高度校正

钢柱吊装就位后，观察立柱底板上方1m处设置的标高线。 若标高超过允许差值，可通过增加或减小垫板厚度来调整钢柱的标高。

4) 斜柱垂直度修正

在距柱边100mm的斜柱顶部双向中轴处以阳冲点为控制点，在控制点上粘贴激光反射板，在BIM 360Layout软件中设置点并输出其三维坐标（X、Y、Z）。 立柱吊装就位后，将自动准直WinCE智能全站仪架设在一个视野开阔、平整、便于大范围观察的平面上，利用其无棱镜测量功能对每个点进行测量和设置一根接一根，直到柱子的设计坐标与仪器的坐标相符。 测量坐标匹配。 钢柱安装垂直度的允许偏差不应大于H/1000且≤±10mm。

5）两节及以上斜柱的定位与校正

二节以上钢柱的吊装，首先要对正立柱和立柱接头。 塔机松开吊钩后，用智能全站仪测量三维坐标点。 校正上截面钢柱的垂直度时，应考虑下截面钢柱。 列相对于轴的偏差值。 校正后上节柱顶相对下节柱顶的偏差为负值，使柱顶偏斜回到设计位置，以利于钢材顺利吊装立柱，保证钢立柱安装精度。 .

焊接完成后，再次对钢柱进行复试，并做好记录，作为上节钢柱数据及吊装校正焊接的参考。

图4 斜柱三维定位与测量校正

4.5.2 螺旋体环三维定位与测量校正

1）环形单元的装配测量

环路单元装配前，根据详细设计图中给出的各点（已装配轮胎骨架和已装配部件）的相对三维坐标，选择部件的放样点。 在装配过程中，测量待装配部件的三维坐标点，使其一一匹配全站仪标高测量时仪器高设置高些对标高测量的影响，完成装配。

图5 环形单元立体图

2）回路单元安装测量

环路单元上表面的四个角点由阳冲点控制，然后通过智能全站仪控制每个控制点的三维坐标。 环路单元通过连接板连接到斜立柱上。 环路单元安装测量示意图如图6所示。

图6 环形单元安装测量示意图

3）环形单元的测量校正

环路单元临时固定后，利用智能全站仪对每个点逐一核对，根据移动端显示的三维坐标差，利用反向链微调环路的空间位置，直到移动端显示的三维坐标差为零。

5 测量精度控制

1）树立测量工程师的高精度意识，在BIM模型的建立、控制点的设计、放样点的选择、点数据的计算、测量等环节逐层检查。 在现场计量过程中，严格执行计量工作自检互检制度。

2）由于在安装过程中有很多悬垂构件，在自重的作用下会产生不同程度的变形。 为此，在构件的运输、卸载、安装过程中应采取合理的防护措施，如合理布置吊装点、局部加强抗变形能力等，以减少自重变形，提高安装精度。

3）钢构件在安装过程中，由于日照温差和焊接等原因，钢结构会收缩变形，影响结构的安装精度。 因此全站仪标高测量时仪器高设置高些对标高测量的影响，在上一个安装单元安装完成后，通过观察其变形规律，结合具体变形情况，总结出变形量和变形方向，在下一个构件定位测控时，定位轴反向预偏置，即节点定位 实现抗 3D 扭曲，消除安装误差的累积。

4）现场施工过程中，由于太阳光温度高，光线会发生折射。 为减少该误差对测量工作的影响，观测时间主要设置在6:00-10:00和17:00-19:00的低温时段。

6 效益分析

6.1 保证测量精度

智能全站仪精度高于普通全站仪，减少了仪器本身误差对精度的影响； “BIM+智能全站仪”测量技术结合BIM模型中包含的点数据进行放样，三维坐标差在移动终端上实时显示，有效减少测量中的人为误差和施工，安装精度控制在5mm以内。

6.2 提高测量效率

“BIM+智能全站仪”放样测量与传统放样方式相比只需3~4人，仅需1~2人，放样速度200~250个放样点/工作日（大面积放样），节省50%的人工和20%以上的工期。

6.3 减少安全隐患

钢结构安装作业属于高空作业。 采用自动准直WinCE智能全站仪配合激光反射镜进行测量校验，减少了人工高空作业的时间，有利于保障人员安全，减少事故发生的可能性。

6.4 提升BIM应用价值

“BIM+智能全站仪”测量技术，尽可能将人们从施工现场的繁重劳动中解放出来，获取高精度的数据。 未来，将沿着数字化、集成化、自动化、信息化的道路进行。 其发展趋势将是与云技术进一步融合。 通过使用云技术，可以利用网络同步移动端和云端数据，使BIM测量放样数据更快地下载到移动端，将实测放样数据上传到云端； 进一步与项目质量控制相结合，将质量控制和模型修正无缝集成到原有工作流程中，提升BIM应用价值。

7结语

BIM是建筑设施物理和功能特性的数字化表达，是对工程项目设施物理和功能特性的完整描述。 它以三维几何数据模型为基础，整合其他相关的物理信息、建筑设施的功能要求和性能要求等参数化信息，通过开放标准实现信息互操作。 “BIM+智能全站仪”测量技术利用BIM模型中包含的点数据进行定位放线，采集实际施工数据更新BIM模型，利用实际施工数据对比分析BIM模型进行施工验收。 进入施工现场。

梅溪湖城岛双螺旋异型钢结构采用“BIM+智能全站仪”测量技术，确保各构件节点安装在预定精度±5mm的空间定位中。 当顶部钢结构最终安装合拢时，其定位合合差经测控仅为5mm，最终顺利完成所有钢构件的空中安装对接，形成稳定的双螺旋异型钢结构. 该技术方便可靠，保证了测量精度，提高了测量效率； 既减少了安全隐患，又提高了BIM的应用价值； 同时，也为解决复杂异型钢结构空中安装、定位、测控难等问题提供了新的思路，为今后类似工程提供了借鉴。

“BIM+智能全站仪”测量技术适用于异型钢结构、超高层、深基坑、复杂机电管线、幕墙、桥梁、隧道、城市轨道交通等工程。 随着该技术在集团特色项目中的深入应用，后续会陆续更新分享。

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