浅谈无人化测量控制系统的开发与应用研究

浅谈无人化测量控制系统的开发与应用研究

温涛，李威，王绪，贾非，吕江林

中建八局新型建造工程有限公司   510000

摘要：结合工程实际，对比传统与无人化测量校正工艺，提出了相应的创新优势，总结出无人化校正步骤。

关键词：智能全站仪、自动校正机、智能焊接机器人

前言：在以往钢结构施工中，大多运用传统的全站仪、水准仪、经纬仪等测量仪器对安装施工进行放样校正，不仅所需人工、测量设备用量大，人工采用千斤顶校正钢柱精度无法把控，施工效率不高。本工程通过采用Tekla软件深化设计、CAD三维模型技术、BIM智能全站仪，达到对整个钢结构工程全过程的高精度测量和定位，大大提高了钢结构工程施工过程中的校正精度、复测精度和施工效率，取得了理想的效果。

工程概况

深圳国际交流中心项目（一期），总占地面积6.4万㎡，总建筑面积21.6万㎡。建筑地上6层，建筑高度44.76m，建筑面积126228.47㎡；地下2层，埋深约11.25m，建筑面积89063.31㎡。

钢结构分布于B1～屋顶，结构类型为钢管混凝土框架-钢筋混凝土剪力墙结构，地下钢构件为型钢混凝土柱，地上为钢柱钢梁组成的钢框架结构，屋盖为大跨度平面桁架结构，大跨度平面桁架分布于南北翼屋盖各8榀，最大跨度达68.4m，其他桁架北翼5榀、南翼3榀，屋盖共计24榀桁架。地上楼板采用钢筋桁架楼承板，项目总用钢量约3.5万t。

深圳国际交流中心项目效果图

无人化测量校正工艺创新优势

传统工艺：钢柱吊装就位，现场架设2台经纬仪，在相互垂直位置投点测量，依次调整标高、轴线、垂直度。每节柱的定位轴线应从地面基准线引出，楼层采用绝对标高或相对标高控制。校正工艺为：钢柱对接口现场焊接上下T形板，板件放置千斤顶，调整到位后，T形板再割除打磨，如果现场工作量较大，则人工及工器具需要大量投入，效率低且精度偏差较大。

无人化测量校正工艺：在三维测量控制网的基础上，利用具有无线传输功能的自动化测量系统【2】,首先钢柱就位，现场仅用1台智能全站仪进行坐标定位、标高控制即（X、Y、Z）三组数据对轴线、高程、垂直度精准把控，可达到“一次测量，三组数据”，数据精度高且减小设备投入，人工仅需测量员1名数据测量、焊工1名进行临时加固点焊，及人工量投入小。

智能校正机构造

无人化校正施工流程：

无人化校正施工步骤：

1、钢柱吊装就位，采用耳板临时固定，首节柱顶和其他节柱两端的标高控制按设计标高、坐标初测，自动校正机轨道采用正面与相邻面布置，即X、Y坐标方向，两个方向同时移动进行校正。

2、自动校正机安装就位后，应与自动全站仪进行连接调试，然后全站仪对准后视点进行控制点设置。

智能钢柱校正机 智能全站仪

3、按照设计图纸要求将坐标、标高在智能全站仪手簿的CAD平面图及3D模型中选取所需测的点位数据，然后，对钢柱顶端粘贴反射片进行测量，将实测数据反馈到自动校正机，进行坐标、标高、垂直度分别以X、Y、Z轴线三个方向调整精度。

CAD二维平面图放样点提取 CAD3D模型钢柱高程提取

4、钢柱坐标、标高、垂直度依据设计图纸为准，符合设计要求后，将进行临时焊接加固，然后，再次采用智能全站仪进行三组数据复测，复测数据以验收规范为准。

钢柱测量放样

钢柱坐标数据复合

5、焊接加固采用智能焊接机器人，然后将自动校正机拆卸，进行下一组钢柱校正调整，焊接机器人完成焊接工作后，采用普通全站仪（徕卡TS09PLUS）三次复测，经过三次测量数据对比（校正前、校正后、焊接完成）来确定误差与设计要求。

6、验收要求：依据钢结构工程施工规范GB50755-2012，对钢柱安装的轴线定位、标高、垂直度进行检验，具体要求符合表6-1

表6-1钢柱安装的允许偏差（mm）

施工质量保证

通常，箱型钢柱高层工艺钢结构的安装几何精度主要包括下列内容：

1）柱底中心线对定位轴线偏移；

2）钢柱的垂直度偏差；

3）钢柱的标高偏差；

钢柱校正质量控制

智能全站仪、自动校正机、焊接机器人以设计图纸及数据为依据，设定准确数据，按照数据进行测量放样、自动校正、自动焊接一系列流水作业。

钢柱安装校正采用单构件安装校正法,以每节柱的柱顶中心线与柱底中心线相重合为原则进行安装校正。校正方法用1台智能全站仪从一个方向进行全面测控,最终将柱顶轴线偏差控制在2mm范围内。对标高的测量控制,保证两节柱整体顶标高偏差在3mm范围之内，柱轴线垂直度从首节柱至二节柱整体为准，整体垂直度偏差依据规范要求为：H/1000,且不大于10.0mm;实际偏差数据小于规范要求。

施工安全保证

坚持安全第一，预防为主的工程安全管理方针，科学的管理建设工程安全生产，根据各项施工安全规范及法律制度。

1、根据安全技术措施要求和现场实际情况，项目经理部由技术负责人（项目生产经理、安全总监监督）分阶段对管理人员进行安全技术书面交底，各施工专业工程师及专兼职安全员必须定期对各班组进行安全技术书面交底。

2、钢柱吊装作业前，应检验吊装机械、吊索具等安全装置是否有破损、验收合格及各项安全指标验收要求。

3、钢柱起吊时起钩、旋转、移动三个动作交替缓慢进行。底部用塔吊辅助起吊。起吊时用缆风绳牵引保持钢柱平稳。

4、钢柱起吊平稳，匀速移动，就位时缓慢下落。

5、上节柱柱底中心线与下节柱柱顶中心线精确对位。通过临时耳板和连接板连接，用安装螺栓固定。

6、通过自动校正机进行钢柱标高调整

7、在上节柱和下节柱的耳板的不同侧面夹入一定厚度的垫板，微微夹紧连接板，进行钢柱扭转的调整。

8、通过上下左右调节使全站仪所控制点位与柱顶选定点位重合之后，拧紧上下柱临时接头的安装螺栓。

9、进行钢柱焊接，焊接完成后将连接耳板割除。

10、钢柱起吊前首先安装上节钢柱柱顶的定型操作平台。其余步骤与上节柱安装相同。

结束语

超高层钢结构安装施工的测量控制精度要求高【3】，与传统钢柱校正法相比，无人化智能校正法可省去大量人工操作环节，明显提高工作效率和经济效益，将人工计算和手动输入导致的差错降至最低。测量结果能直接显示在三维模型上，配合误差报告等功能，能更直观地查看测量结果、误差情况和作业进度等，具有速度快、精度高、作业人员少、提高安装质量等优势【1】。

参考文献

【1】孔伟.BIM放样机器人在钢结构测量放样中的应用[J]中铁建设集团有限公司，100131，北京

【2】余永明.钢结构工程中的智能测量技术[J]北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京100101

【3】郜可忠付宗满李杰.等.超高层钢结构测量控制技术,北京市机械施工公司，100045