南水北调东线泗洪站工程施工坐标系的建立

顾亚平，王 丞，丁旭东

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223005)

1 引言

水利工程控制网的布设一般分为规划设计阶段和施工阶段，规划设计阶段是为了满足规划设计工作需要，可理解为测图控制网，而施工阶段布设的控制网主要是为了施工放样，它具有控制范围小、点位密度大、精度要求高、使用较为频繁等特点。

规划设计阶段的坐标系通常采用国家坐标系统或与其相联系的独立坐标系。而施工坐标系通常是以建筑物的主要轴线作为坐标轴而建立起来的局部坐标系统，施工坐标系宜与规划设计阶段的坐标系一致，也可根据需要建立与规划设计阶段的坐标系统有换算关系的施工坐标系。如何正确建立施工坐标系，直接关系到工程施工的进度与工程质量。不同的工程类型其建网的手段与方式也不尽相同。但无论怎样，施工控制点都是被直接或间接地用来指导施工的，因此在建立施工坐标系时必须充分考虑各方面因素，使所建立的施工控制网不仅在主要技术指标上要相对优越的，而且要方便施工放样。

2 工程概况

泗洪站枢纽位于江苏省泗洪县朱湖乡东南的徐洪河西侧，东经118°22'，北纬33°30'，是南水北调东线一期工程第四梯级泵站之一，工程包括调水泵站、进水挡洪闸、船闸、徐洪河节制闸、利民河排涝闸以及管理设施等。枢纽总体布置采用泵站分建，船闸与节制闸部分结合方案，泵站布置于徐洪河西侧，船闸布置于东侧，船闸与泵站间布置徐洪河节制闸。

工程占地约1600亩，总投资5.6亿元，建设工期4年。建成后与睢宁站、邳州站一起，通过徐洪河向骆马湖输水。泗洪站枢纽工程，是我省运西输水线上首座开工建设的泵站工程，工程投资大、技术复杂、建设工期长。工程建成后，实现向北调水120m3/s目标，工程集调水、排涝、挡洪和航运交通等多种功能为一体，不仅对提升向北供水能力具有关键作用，而且对提高工程所在地区防洪、排涝能力，促进地方社会经济发展具有积极意义。

3 勘测设计阶段布设的平面控制网

江苏省工程勘测研究院在可研阶段布设了E级GPS平面控制网，该公司在初步设计及施工图阶段布设了五等GPS平面控制网，均为1954年北京坐标系。坐标系参数如下:长半轴6378245m;扁率1/298.3;中央子午线117°;纬度原点0°;纵轴平移量0m;横轴平移量500000m;比例因子1。

4 建立施工坐标系的常用方法及优缺点

按现行规程规范通常采用以下几种方法建立施工坐标系。

(1)直接采用国家统一3°带高斯平面直角坐标系，该方法操作简单，但应用范围受到限制，离中央子午线越远的工程投影变形越大。

(2)投影于抵偿高程面上的3°带高斯平面直角坐标系，该方法是以测区平均高程面作为抵偿高程面的，概念很清晰、换算也简便，但该方法对东西方向的长度有限制。

(3)任意带平面直角坐标系，该方法是根据测区实际情况选用合适的中央子午线选择任意带来抵偿长度变形，换算简便，但转换后的坐标与原坐标差异较大且对东西方向的长度有限制。

(4)投影于抵偿高程面上的任意带平面直角坐标系，该方法一般是选取测区中心经度作为中央子午线，再以测区平均高程面作为抵偿高程面建立新的坐标系。该方法既要改变投影带还要改变投影面，计算换算相对繁琐且转换后的坐标与原坐标差异较大。

(5)假定平面直角坐标系，该方法通常用在测区面积小于15km2的测区，直接视地球表面为平面，不进行方向和距离改正而建立的独立坐标系。该方法简便易施行，但仅限于小型工程使用。

5 泗洪站施工坐标系的建立

因泗洪站工程测区中心经度为118°22'，距勘测设计阶段布设的1954年北京坐标系(中央子午线117°)较远引起的投影变形较大，原勘测设计阶段布设的坐标系已不适用于泗洪站工程的施工放样。

施工坐标与规划设计阶段坐标之间的换算，核心是解决不同投影计算面间的坐标转换。参照上述建立施工坐标系的方法，考虑到测区的实际情况，为了将投影变形控制在规范允许范围之内，同时保证施工坐标系的坐标与建筑物的设计坐标相对一致以利于施工放样。经过反复论证我们决定采用投影于抵偿高程面上的任意带平面直角坐标系，同时以测区内一点的国家坐标系的坐标为起算点，该点至另一点的国家坐标系方位角为起算方位，建立与国家坐标发生联系的挂靠坐标系。

泗洪站工程地区高程异常值约为1m，工程施工平面平均高程约为15m。我们先将1954年北京坐标系中的长半轴增加1m，使椭球面和似大地水准面重合，高程异常值为零;再将椭球长半轴增加15m，使椭球面和工程施工平均高程面重合。经过这两个步骤，参考椭球面和地面基本一致，椭球面上两点间的大地线长度也基本等同于地面线上的距离。

变换后的泗洪站施工坐标系参数为长半轴6378261m;扁率1/298.3;中央子午线118°22';纬度原点 0°;纵轴平移量 0m;横轴平移量500000m;比例因子1。

在确定泗洪站施工坐标系参数后，我们把所有控制点的1954年北京坐标系及节制闸中心设计坐标(3708221.608，627722.356)一起通过空间转换为泗洪站施工坐标系参数的坐标，转换后节制闸中心坐标为(3707376.270，500709.511)。再以节制闸中心设计坐标及轴线方位角为参照，通过平面转换将转换为泗洪站施工坐标系参数的坐标转换为与设计坐标一致的施工坐标系。

6 两种坐标系的投影变形分析

《水利水电工程测量规范》(SL197-2013)中规定，测区内长度投影变形值应≤5cm/km。为了检核在两种坐标系的投影变形，我们现场实测了4条边来进行比较分析。见表1、表2。

表1 1954年北京坐标系投影变形比较表

由表1可以看出，1954年北京坐标系不适用 于泗洪站工程施工放样。

表2 泗洪站施工坐标系投影变形比较表

由表2可以看出，结合测区高程异常及施工平均高程面的泗洪站施工坐标系，解决了投影变形的问题，能够非常理想的应用于工程的施工建设。

7 结语

水利工程勘测设计阶段一般都采用国家坐标系，虽满足了工程控制与国家控制网的联测，但在投影带边缘和高程异常较大的地区，往往会引起较大的长度变形，甚至不能满足大型水利工程的施工放样。

如何建立恰当的施工坐标系，要视测区的具体情况，确定其中央子午线和高程抵偿面，在保证投影变形满足规范要求的同时，又能与设计相结合保证工程施工放样的精度。南水北调东线一期工程(泗洪站工程)施工坐标系的建立，为该工程提供了及时、可靠的测绘保障和技术服务，同时也对大型水利工程施工控制网的建立具有一定的借鉴意义。

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