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实例详解建筑工程测量控制网的监理复核

2018-04-07
?摘要：测量是监理人员必须掌握的技能之一，监理规范要求监理工程师检查、复核施工单位报送的施工控制测量成果及保护措施。文章通过实例详细讲解了监理工程师如何复核施工单位的测量控制网，并总结分享了有关经验。
关键词：实例?详解?测量?监理
引言
测量是专业监理工程师必须掌握的职业技能，检查、复核施工控制测量成果也是专业监理工程师应尽的职责。《建设工程监理规范》（GB/T50319-2013）第5.2.5条规定：“专业监理工程师应检查、复核施工单位报送的施工控制测量成果及保护措施，签署意见。专业监理工程师应对施工单位在施工过程中报送的施工测量放线成果进行查验。”
可是在实际监理工作中，许多监理机构没有配备懂测量、会操作的监理人员，导致测量环节监理失控。下面，本文作者通过自己的工作实例，详细讲解建筑工程测量控制网的监理复核过程，希望能对监理同行有所帮助。
一、工程测量坐标系的相关术语解释和基础知识
如果监理人员不了解测量坐标系的基础知识，就没有测量语言，复核施工单位的测量控制网就无从谈起，因此在讲解工程测量实例之前，先向读者介绍测量坐标系的相关术语和基础知识。
1、建筑坐标系：即坐标轴与建筑物主轴线成某种几何关系的平面直角坐标系。建筑坐标系由施工单位为了方便测量放线而自行建立，通常以建筑物西南角①轴线和A轴线的交点为原点，其坐标轴通常平行于建筑物主轴线。
2、测量坐标系：系平面直角坐标系，一般有国家坐标系、城市坐标系。公路、铁路、地铁、市政管线等工程通常不须建立建筑坐标系，而直接采用城市坐标系。
特别提醒：在测量坐标系中，X轴和Y轴的方向与我们数学教材中常见的坐标系相反，即x轴指向北，y轴指向东。
3、坐标方位角：即坐标系的正纵轴与测线间顺时针方向的水平夹角，取值区间为[0°～360°]。
4、倾角：直线向上的方向与x轴正方向所成的最小正角，取值区间为[0°～180°]，倾角的正切值即为直线的斜率，但斜率的反正切函数未必是倾角。
坐标方位角和倾角的区别：坐标方位角是测量术语，倾角则是纯粹的几何概念，两者有时相等，有时相差180度。
5、坐标变换：就是将某点的坐标从一种坐标系换算到另一种坐标系的过程。建筑工程最常见的就是把建筑坐标系和城市坐标系互相转换。
坐标转换的方法通常有三种：
1)公式法：用坐标转换的现有公式代入相应数值直接转换。后面将结合工程实例讲解此法。
2) CAD查询法：通过Auto cad绘图软件来查询各点坐标值。CAD查询法被施工单位测量人员广泛采用，这种方法通过移动、旋转、查询等几个cad命令来完成坐标系的转换和查询，非常方便快捷，但需要2个前提：有cad电子图，还需要一定的CAD绘图知识和技巧。这种方法本文不做重点介绍，有兴趣的读者可以参考Cad教程。
3)解析几何法，即用平面解析几何的方法转换各点坐标值，这个方法只需具备高中的解析几何知识，不用记忆繁琐的公式，即使没有电脑和cad也可完成坐标转换。
二、工程实例情况介绍
杭州奥体博览中心位于杭州萧山区，其桩基工程于2009年底开工，共分为5个施工标段，分别由5家不同的施工单位施工。本文作者作为监理方对第4、第5标段的桩基工程的测量控制网进行了复核，现在就以该工程为例讲解具体复核过程。
三、内业复核（坐标转换计算实例）
杭州奥体博览中心的建设单位提供了两个测量控制点K1和K2；为了方便测量放线，两个标段的施工单位都自建了建筑坐标系。现以第4标段为例讲解自己的复核过程。
第4标段的建筑坐标系，极轴Y’为建筑物的B轴线，极轴X’为①轴线，原点O’是①轴线和B轴线的交点，根据杭州奥体博览中心的总平面图可查出原点O’以及①轴和D轴交点在杭州坐标系中的坐标值。上述4点的杭州坐标值以及两个坐标系的示意图如图1：
在施工单位自建的建筑坐标系内，各轴线交点的坐标值可以根据施工图中标注的尺寸进行简单的加减计算而得，这项工作比较简单，不容易出错。但是要把测量控制点K1和K2的杭州坐标值转换为建筑坐标值就有些难度。如果测量控制点的坐标转换出错，那么整个工程的桩位都将偏移，后果非常严重，所以我们监理人员要重点检查施工单位坐标转换的内业成果。
下面，本文先将建筑坐标系和杭州坐标系的旋转角度演算如下：
设建筑坐标系的极轴X’在杭州坐标系中的倾角为α，根据斜率公式可得，极轴X’的斜率：
K =?（YI－Y2）/（X1－X2）
??????????? =（87008.32－86891.392）/（78717.172－78546.36）
??????????? = 0.6845421
α= arctan0.6845421 = 34.39328°
可知建筑坐标系和杭州坐标系相比，顺时针旋转了34.39328°。
接着，本文再用公式法求出点k1(78283.889,87045.876)的建筑坐标值：
公式如下：
x’=（x－a）cosａ+（y－b）sinａ
y’=±[（x－a）sinａ－（y－b）cosａ]
此例中：
x =?78283.889，即为k1点的杭州坐标x值；
y = 87045.876，即为k1点的杭州坐标y值；
a = 78546.360，即为建筑坐标系原点O’的杭州坐标x值；
b = 86891.392，即为建筑坐标系原点O’的杭州坐标y值；
ａ=?34.39328°，即为建筑坐标系相对于杭州坐标系的旋转角度，前文已求。
依次代入公式求得：
x’=?-129.322
y’=?±275.739
根据公式计算，y’有两个值，应在两值之间做个“二选一”的取舍，根据点k1和建筑坐标原点O’的位置关系可以看出k1点在建筑坐标原点O’以东，故y’应取正值，所以测量控制点k1的建筑坐标值应为（-129.322，275.739）。
用相同方法可求出：测量控制点k2的建筑坐标值为（-103.966，35.173）。
本文的计算结果和施工单位的转换结果完全一致，由此可得到内业复核的结论：施工单位坐标转换计算无误。
四、外业复核（现场测量）
在确认施工单位的内业成果无误后，本文作者开始复核施工单位自行增设的测量控制点（注|：先内业计算、后外业测量，然后再内业分析偏差，这是监理人员复核施工单位测量放线成果的基本顺序）。本文作者让施工单位的测量员把全站仪架设到测量控制点K1上，对中整平仪器，选择坐标测量模式，输入测站的建筑坐标值（-129.322，275.739），接着后视测量控制点K2，并输入后视点K2的建筑坐标值（-103.966，35.173），输入之后按照仪器屏幕的提示照准后视点，瞄准棱镜后按键确认照准。然后仪器花很短的时间自动计算直线K1?K2的建筑方位角。之后，转动仪器逐一瞄准施工单位增设的二级测量控制点，并测量它们的建筑坐标值。
在上述外业测量的操作过程中，监理工程师应重点注意以下四点：
1）确保仪器精确对中，对中偏差应控制在1mm之内；
2）确保仪器整平效果，应做到无论仪器如何360°转动，其长水准器的气泡偏离值应控制在1格之内；
3）测站点和后视点的建筑坐标一定要输入正确；
4）必须复测后视点（此例为测量控制点K2）的坐标和距离，以此检验建设单位提供的测量控制点是否可靠。
五、分析偏差、得出结论
经过现场测量，该工程桩基平面测量控制网的复核结果和偏差如下表：
?
点
编号
理论坐标值（m）
实测坐标值（m）
坐标偏差（m）
距离
X
Y
X
Y
△X
△Y
D（理论）
D(测值）
K1
-129.322
275.739
　-
-
　-
-
-
-
K2
-103.966
35.173
-103.963
35.164
0.003
-0.009
241.899
241.908
Z1
-50.695
322.706
-50.693
322.703
0.002
-0.003
-
-
Z2
13.61
355.392
13.606
355.397
-0.004
0.005
-
-
Z3
67.382
301.314
67.379
301.316
-0.003
0.002
-
-
Z4
121.559
337.675
121.562
337.681
0.003
0.006
　-
-
Z5
177.368
302.115
177.37
302.089
0.002
-0.026
-
-
Z6
-108.389
320.779
-108.388
320.781
0.001
0.002
-
-
Z7
7.832
274.053
7.834
274.043
0.002
-0.01
-
-
?
通过上表可以得出结论如下：
1)???建设单位提供的测量控制点K1和K2之间的距离有9mm的偏差（另一标段施工单位用不同仪器测量的结果也可以佐证），此偏差属于可接受的偏差，我们可以视K1、K2两点为值得信任的测量控制点。
2)???该标段施工单位增设的7个二级测量控制点中：点Z5偏差最大，在东西方向偏差达-26mm，原因是经过挖掘机碾压后向西偏移，此点靠近路边容易被扰动，不宜作为测量控制点，施工单位测量人员承诺废弃该点；点Z7在东西方向偏差-10mm，偏差也较大，建议以后采纳当天复测的建筑坐标值；其他5个二级测量控制点的偏差都较小，坐标值偏差的绝对值在1～6mm之间，数据相当理想，监理工程师应认可施工单位这几个点的测量放样结果。
3)???该标段施工单位使用的全站仪有产品合格证，且有检定书，在测量过程中发现其性能和精度皆能满足合本工程的测量需要。
4)????????该标段施工单位的测量人员能够建立建筑坐标系，且坐标转换无误，其测量放样成果经监理工程师复核，偏差较小，该测量人员的水平能够胜任本工程。
六、经验总结
通过上述实例，监理工程师应从以下4方面对施工单位的测量放线成果进行检查、复核：
1)????????检查承包单位专职测量人员的专业水平是否胜任，按照监理规范规定，监理工程师应该审核测量人员的岗位证书；
2)????????检查测量仪器的状态，检查其测量精度是否符合要求，按照监理规范规定，监理工程师应该审核测量仪器的合格证和检定证书；
3)????????审核施工单位的测量方法是否科学，测量控制点（桩）是否有可靠的保护措施、自建的建筑坐标系是否合理、测量控制点的坐标转换是否正确；
4)????????检查复核测量外业环境是否符合要求：大风、大雾、雨雪天气不宜测量；扬尘很大也影响能见度；是否有障碍物影响通视；架设仪器的四周场地土壤是否松软、是否有重型机械振动等等
在具体复核施工单位建立的平面控制网的时候，本文作者有4句口诀供广大监理人员作为参考，那就是：“仪器对中平如水，测站后视输入对，重点复核控制点，坐标转换要学会。”也就是要掌握以下要领：
1）确保仪器精确对中和整平；
2）测站点和后视点的坐标值一定要输入正确；
3）重点复核测量控制点的坐标值，检查测量控制点的保护措施；
4）必须学会城市坐标系和建筑坐标系的互相转换，这是监理人员和施工单位测量员进行专业交流、切磋的技术基础。
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