建立千万吨级石化装置大区域高精度建筑方格网桩

牛根良

(中国石油工程设计有限责任公司华北分公司勘察事业部，062552)

一、引 言

伴随华北石化公司厂区改、扩建，自20世纪80年代开始，陆续布设了多批次的建筑网桩，随即也受到了不同程度的损害，所剩无几。仅存控制点平面坐标采用1954北京坐标系，中央子午线为117°，6°投影分带，投影变形相对较大，无法满足建设需要。为了保障华北石化公司后续建设项目的顺利开展，需要建立一套基于地方独立坐标系下的建筑方格网桩，中央子午线经度为116°06'，3°投影分带，其变形较小，高程采用1985国家高程基准，投影面采用测区平均高程面。

依据《工程测量规范》(GB50026—2007)规定，测区面积大于1 km2应建立Ⅰ级建筑网桩，测区面积小于1 km2建立Ⅱ级建筑网桩，建筑网桩点间隔在100～300m之间。测区总面积近4 km2，分成南、北两个部分，两者相距 6 km，北部测区面积为3．5 km2，建立了Ⅰ级建筑网桩;南部测区面积为0．5 km2，建立了Ⅱ级建筑网桩。北部测区共施测42个建筑方格网桩，其中钢钉22个，水泥石桩20个;南部测区共施测15个建筑方格网桩，其中钢钉6个，水泥石桩9个。

二、执行标准规范

本次大规模高密度建筑网桩施测所依据的规范主要有4个：①《工程测量规范》(GB 50026—2007);②《油气田工程测量规范》(GB/T 50537—2009);③《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T 18314—2009);④《国家三、四等水准测量规范》(GB/T 12898—2009)。

《工程测量规范》和《油气田工程测量规范》在精度指标与施测方法等方面说法不一，其中《工程测量规范》为国家通用强制使用标准规范，最为严格，必须遵照执行，其作业方法相对保守，采用本规范的目的在于主要控制好本次建筑网桩的各项硬性精度指标;《油气田工程测量规范》也是国家标准，为行业推荐使用标准，作业方法相对灵活，采用本规范的目的在于为完成本次建筑网桩所采取的灵活多变的软性作业方式。在建筑网桩施测过程中应从不同侧面上分别对待和使用。

三、测区坐标高程系统精度分析与转化

1．测区现存的系统与基准

目前测区分布着5套平面坐标系统及2套高程系统，见表1。

表1 测区系统与基准

原有系统与基准之间自身就存在着衔接混乱的现象，建筑网桩之间发生了多级分支，整体精度衰减很快，发展到现阶段，已经无法再派生下去。原有建筑网桩也没有得到更好地保护，绝大部分桩位已经不复存在，现存点位精度、等级、数量根本无法满足测区整体建筑控制网桩施测需要，更无法满足后续改、扩建工程的需要。

2．坐标间转化

基于建筑网桩等级与精度需要，以及后期施工统一系统的需要，受测区原有建筑网桩点位稀少因素的影响，本次建筑网桩设计点位放样测量，采用地方独立坐标系为起算标准;后期点位改正后，通过几何换算关系，恢复点位在原坐标系下的建筑坐标。

3．坐标间转化精度分析

利用规划用图解析出建筑网桩点位的建筑坐标(A，B)，利用给出固定转换关系，计算出1954北京坐标。鉴于原有国家控制三角点缺失，现有点位精度低且周围建筑物遮挡，无法利用1954北京坐标系进行实地放样点位。为了便于放样，按照一定关系转换至地方独立坐标系，再利用GPSRTK进行实地放样建筑网桩点位。经过若干次坐标变换，累积了大量偶然误差与系统误差，后期施测时必须消除各种累计误差。

四、作业实施

1．图上设计

依据测区电子版规划用图，根据建筑轴线进行了图上设计，或平行或垂直。为了便于后期使用与保存，点位主要布设在厂区规划路两侧或中心。另外结合现场实际情况进行了适当调整。

2．预制水泥(砼桩)及制作钢钉

根据测区建筑网桩特殊要求要求，结合标准规范，制作了符合规格的水泥石桩及钢钉，满足了施工需要。

3．放样与埋石

1)测区新区建筑网桩水泥石桩依据图上设计及现场实际情况，利用GPS RTK进行实地选点、定点、修改、放样，点位标定下来后，进行现场开挖并埋石，做好第一次临时标志。如图1所示。

图1 中心桩与埋石

2)测区主厂区内建筑网桩钢钉布设在场内已有水泥路上，水泥路稳定且坚固，利用GPSRTK进行实地放样与定点，利用电钻直接将钢钉贯入至水泥路面上。

4．沉降与稳定

石桩埋设完毕后，经过6个月(至少一个雨季)自然沉降，到坐标改正前石桩已经很稳定了。钢钉设置在已有水泥路上，不存在沉降问题。

5．常规测量

(1)钢钉测量

由于钢钉直接贯入水泥路上，不需要沉降与稳定，也不需要进行点位改正，直接利用GPS或常规方法进行联测、计算、平差即可，各项精度指标满足规范要求。

(2)石桩改正测量

经过沉降稳定后，建筑网桩点位坐标改正前，利用TCA2003测量机器人(测角精度±0．5″)，进行了全方位角度、距离测量。

1)对所有石桩第一次临时点位进行常规“四边形”边角网测量。

2)测量方法采用“三联架固定法”，网中结点采用全圆方向观测法，测角两测回;距离往返观测各一测回，各项误差控制在误差范围内。方向观测以正倒镜投影取中数确定，测距为水平距离，加入地表倾斜、温度、气压、仪器常数改正(采用通风干湿温度计、采用高原型空盒气压计)。

(3)精度评定

测角中误差 mβ= ±4．02″，点位中误差 mS=±2．56mm，平均测距相对中误差：1/f=1/90 000，最小值为1/32 000，最大值为1/260 000，满足I级建筑网桩要求。

(4)复 测

对所有第二次临时点位进行全面复测，测角两测回;距离往返观测各一测回，各项误差控制在误差范围内，复查结果满足规范要求。

(5)点位改正

依据第二次临时点位，利用手钻进行钢板钻孔，同时利用仪器指挥，小孔直径3 mm，小孔深5mm，钻出符合标准的小孔，确定为最终点位(如图2所示)。

图2 3次临时点位标识

(6)GPS联测

采用GPS进行整体平面控制测量，测量等级为工程四等，测量作业过程满足四等GPS施测要求。

(7)Ⅳ等水准测量

利用水准仪进行了Ⅳ等几何水准测量，形成闭合水准网，进行平差解算，求解高程，高程闭合差均小于规范要求，满足IV等水准精度要求。

(8)抽 检

利用TCA2003测量机器人(测角精度 ±0．5″)，进行了全方位角度、距离检查，抽检结果如下：

测角中误差 mβ= ±4．38″，点位中误差 mS=±2．20mm，平均测距相对中误差：1/f=1/100 000，最小值为1/46000，最大值为1/260 000，满足I级建筑网桩要求。

五、结束语

1．确定坐标系统与高程基准

整体控制实施前，必须理清覆盖测区所有的基准与系统，必须精准地确定测区未来的坐标系统与高程基准。基于测区较多的坐标系与高程基准，在最短时间内清理了各自坐标系统的参考椭球、参考水准面、归化改正、变形量等一系列测量参数，准确判断出未来施测的建筑网桩所参考的系统与基准，保持新旧转化关系，保持系统与基准各自的延续性，保持最佳变形量。

2．具备作业条件

本次建筑网桩施测场地包括已有厂区扩建区、新建开发区两大作业区，已有厂区扩建区条件相对较好，依托现有厂区水泥路，布置建筑网桩点，采用钢钉贯入。新建开发区内，现场树木林立、管线纵横、沟壑交叉、乱挖与乱掘，场地尚未平整，不具备作业条件。为了满足工期需要，采用GPSRTK法把建筑网桩网桩点放样到实地中去。但是在后期依据常规测量方法进行点位改正时，经常不满足通视条件，给距离归化、点位改正带来诸多不便。

3．固定原则

建筑网桩测量属于精细测量范畴，必须满足固定仪器设备、固定作业人员、固定作业条件、固定作业参数、固定作业线路等条件。固定仪器设备是保证建筑网桩精度高度统一的基础。本次建筑网桩实地放样前，做了不同仪器放样比对实验，采用不同仪器放样，所施测点位精度不同，误差大小不一，因此同一测区必须同一类型的作业仪器。固定作业人员是保证建筑网桩精度高度统一的保障。本次建筑网桩实地作业过程中，自始至终是同一组作业人员，原因在于不同的作业人员作业水平有高低、观测方法有区别，解算过程有粗细，会造成精度指标不同。固定作业条件、固定作业参数、固定作业线路是保证建筑网桩精度高度统一的必要条件。

4．严格执行作业计划

建筑网桩作业过程是一个漫长细致的过程，不是一蹴而就的。本次作业时间从2010年冬季，跨越2011年春季、夏季、秋季，再到2011冬季，水泥石桩经历了埋设、沉降、稳定的阶段，整整一周年的时间，耗费了人力、物力。为了避免错误与误差累积，严格执行作业计划与作业流程，避免施测过程出现人为偏差。

5．理解规范内容

由于建筑网桩施测过程复杂而烦琐，细致且精度要求很高，现有规范中，均给出了精度等级、作业流程、作业方法，未对作业过程及细节再做进一步描述。通过本次大规模、高密度、高精度建筑网桩施测，进一步丰富了规范有关条款的内容，而对规范条款的理解应该是系统性的，而非片面的，不能太过教条。

[1]GB/T 50537—2009油气田工程测量规范[S]．北京：中国计划出版社，2010．

[2]GB50026—2007工程测量规范[S]．北京：中国计划出版社，2010．