华岩隧道项目竣工测绘关键技术运用分析

周召兵 谭孝程

摘要：随着城市化集群和城市规模化发展，交通基础设施建设项目逐年增加，众多山地城市隧道越来越多。测绘技术保障工作贯穿于规划设计、施工和后期管理全过程，对项目建设质量、工期、成本具有非常重要的指导作用。本文以华岩隧道竣工测绘为实例，通过对实施过程中运用的关键技术和技术运用成果进行分析介绍，以促进隧道建设项目工程测绘技术水平的提升和测绘科学新技术在工程建设中的运用推广。

关键词：隧道项目；测绘技术；激光；BIM技术；多技术融合

Analysis on the application of key technologies in the completion surveying and mapping of Huayan tunnel project

Zhou Zhao-bingTan Xiao-cheng

Chongqing Survey Institute， Liangjiang New District， Chongqing 401121

Abstract： with the development of urbanization cluster and urban scale， transportation infrastructure construction projects are increasing year by year， and many mountain urban tunnels are more and more. The technical guarantee work of surveying and mapping runs through the whole process of planning and design， construction and later management， and plays a very important guiding role in the quality， duration and cost of project construction. Taking the completed surveying and mapping of Huayan tunnel as an example， this paper analyzes and introduces the key technology and technology application results used in the process of implementation， in order to promote the improvement of engineering surveying and mapping technology level of tunnel construction project and the application and popularization of new surveying and mapping science technology in engineering construction.

Key words： Tunnel project； Mapping technology； Laser； BIM technology； Multi-technology integration

隧道工程是道路建設中的重要节点工程，对于项目投入使用能否达到投资预期起关键作用。选择综合性的测绘技术手段，快速、高效提供准确的测绘成果，保障项目竣工验收、运营管理等对于基础数据的信息需求，是项目实施的首要目标。随着现代测绘技术、计算机技术和测绘装备的发展，多技术的融合运用使测绘工作的数据采集方式往高精度、快速、无接触方向在发展，数据处理过程更加自动化、智能化，成果形式更加丰富、直观，用户体验感更强。

1.项目概况

华岩隧道东距成渝高速公路中梁山隧道8.1km，南距华福隧道5.1km。作为城区开工建设的第15座特大型穿山隧道，华岩隧道的建成将缓解成渝高速中梁山隧道交通压力，进一步完善主城区路网结构，改善道路交通运行状况，对城市交通网络的建设具有十分重要的意义。同时将有效加快西部新城的开发进程，进一步推动渝西地区与主城核心区的融合发展。

华岩隧道线路全长7.1km，包括超长隧道1座（长度约4.9km）、大型桥梁1座，中型桥梁1座，下穿铁路桥1座，下穿铁路隧道1座。为满足竣工验收和运营管理的需要，完成主要工作内容包括：竣工地形图测绘、地下管网测量、隧道断面测量、BIM模型制作等。

2.主要技术特色

在华岩隧道竣工测绘实施过程中，主要采用了“重庆北斗地基增强系统”“车载移动测量系统”“内外业一体化数字测绘系统”等技术。多种技术措施的综合运用，实现了数据获取方式由点到面的转变，从传统的点点到位到快速、非接触方式的转变，数据采集效率提升极大。获取的数据也不再是单一的点位xyz，而是高密度的三维激光点云和高分辨率彩色影像融合而成的数据集，为数据成果的多元化和立体可视化奠定了坚实的数据基础。

车载移动测量数据处理系统在三维激光点云数据处理上逐步走向智能化，基于精密耦合数据，建立点云栅格化转换模型；实现点云自动提取；使用内外业一体化技术快速进行数据生产。丰富的数据资源形成不同需求的测绘产品，数字地形管线图、纵横断面图、BIM模型等，为项目竣工验收、后期维护和运营管理提供了丰富的数据资源。

3.关键技术

在本实例中，根据项目需求和现场作业条件结合作业单位的技术实力，选用的关键技术包括：车载移动测量、BIM技术、点云数据处理和网络RTK测图技术。

3.1车载移动测量

车载移动测量是现阶段测绘科技的前沿技术之一，在交通便利、GNSS信号稳定、视野开阔的作业条件下使用车载移动测量技术对测绘工作的数据采集工作，其生产效率具有非常明显的绝对优势。使用于本项目的车载移动测量系统是由重庆市勘测院和重庆数字城市科技公司共同研发的拥有自主知识产权的新型测绘装备，系统集成了全球导航卫星系统（GNSS）、惯性导航系统（INS）、激光雷达（LiDAR）、全景相机、里程计（DMI）等多种高精度传感器。该技术将硬件平台安装在移动车辆上，车辆高速行驶过程中，采集沿线的海量点云、实景影像以及各种传感器数据，使用GNSS测量数据后处理方式，获取激光点云和实景影像的空间位置和属性数据。经多次试验和相关权威机构认证，点云精度达厘米级，能够满足大比例尺测图的要求。

3.2 BIM技术应用

BIM技术是一种多维模型信息集成技术，现目前建筑行业主要使用者为一些大型勘察设计单位和工程咨询单位，因其具有信息关联性、可视化、模拟性、精细化等技术特点，突现了巨大的发展空间。对于项目从概念至实现整个生命周期都能够在模型中进行展现，改变了需要强大专业知识功底才能读懂的蓝图，非常逼真的仿真模型给予了管理者和决策者直接感受，对于减少错误和决策失误降低了极大的风险。车载移动测量隧道内点云间距约2cm～3cm，使用三维激光点云数据采用BIM系统建立隧道数字信息模型，其精度和仿真度极高，完全能反映隧道的实际建成情况，并与设计数据建立的BIM模型进行比对，能真实反映隧道施工水平，并为隧道投入使用后的后期管理和维护提供详尽的基础数据。

3.3基于点云数据的隧道断面获取

移动测量获取的海量点云信息丰富，但数据量大，其处理过程对设备和软件要求比较高。为进一步提高点云数据的使用效率，降低测绘成本，优化传统断面测量的方法。本项目以Eps地理信息工作站为基础，从地理信息系统应用的角度构建数据模型，综合CAD与GIS技术，以数据库为核心，将图形和属性关联为一体，采用Microsoft Visual C++ 6.0进行二次开发，二次开发的点云数据提取模块实现了根据给定断面里程自动提取断面图形，其主要包括中轴线拟合、点云分割、断面提取等三个步骤，也可以手绘剖面线自动获取对应位置的断面图形。

3.4基于“重庆北斗地基增强系统”的EpsCE网络RTK测图技术

“重庆北斗地基增强系统”是基于重庆山地特征建立的城市CORS系统，拥有完善的数据监控系统和可靠的数据链通讯方式，可以有效地消除GNSS测量的系统误差和周跳，增强GNSS测量数据可靠性和准确性，并且用户不需架设参考站，真正实现单机作业。本项目使用的终端设备为GNSS接收机和RTK测量手簿，软件部分使用测绘工程之星RTK测量软件、坐标转换模块、EpsCE-RTK测量定制版。坐标转换服务模块主要集成了网格化的地表高程模型，在进行RTK测图时，将GNSS接收机开机，打开RTK测量手簿后，同时启动坐标转换服务模块和南方测绘工程之星RTK测量软件，当GNSS收机锁定卫星信号后，打开EPS-RTK测量定制版中的GNSS测量界面，当解状态为“固定解”时，实时解算的测点三维坐标，解算精度极高。使用EpsCE-RTK测图可以进行实时编辑和图形绘制，对于生产效率的提高和成图的可靠性有很好的促进作用。

4.主要技术运用成果

4.1车载移动测量

车载移动测量精度受测距精度、系统标定参数和POS数据精度的综合影响，前两者在设备设计和制造时已固定，但POS数据精度和GNSS信号强弱有关。根据相关测试GNSS信号失锁3min，平面位置误差为0.108m，高程误差为0.05m，隧道总长度为约5km，按30km/h速度行驶，需时10min，数据可靠性和准确性无法保证。为解决长隧道GNSS信号失锁时间長的问题，以隧道出入口的基准控制点为起算点，在双向隧道内按500m间距布设精密导线网，并在双向互通的应急通道口设置导线结点以便于结网测量和计算。移动测量时在导线点上架设“三维激光扫描反射标靶”，测量完成后使用后处理软件对两条隧道的数据进行分别处理。使用“标靶”的绝对坐标纠正隧道内的POS数据，而后根据纠正后的POS数据进一步纠正隧道激光点云，再次提取“标靶”中心坐标的与精密导线测量成果进行精度比较，并对双向隧道应急通道的点云的进行拼接和精度评定，经验证左右隧洞的相同位置的点位中误差为±3.4cm，满足相关规范要求。

4.2山地高精度定位

实例中隧道的高差较大，部分区域受地形地貌限制，信号接收困难，定位慢，精度不高，给测绘成果的质量保障带来了阻碍。本项目中利用“重庆北斗地基增强系统”通过地面站网的增强以及转换参数的模块化和栅格化处理，在高山峡谷区域实现快速、准确定位，其可靠性和点位测量的平面、高程精度都得到了保障，同时测量的效率也大幅提高，相比传统作业方式工作效率提高60%以上；系统采用NETS8+C接收机、网络参考站系统，实现了数据接收、处理等相关软硬件全面国产化，不但降低了建设成本，也摆脱了对国外卫星导航系统软、硬件产品的长期依赖。

4.3 RTK测图

实例中隧道的测绘面积大，工期紧，在保证测绘成果质量的前提下，以投入较少的人力、物力以及提高作业效率是测绘工作开展的关键所在。在实际运用中，全站仪测图观测成图人员距目标点远，对现场熟悉度不够；RTK测图较全站仪测图体验感强、效率高，但内外业分离，未能实现野外电子数据采集一体化。因此，本项目采用网络测图技术，打破了测图先控制后碎部的传统，无需逐级布设控制网，节约了时间和工程费用；外业携带设备少，方便单人快速操作，改变了原来的小组作业模式，节省了大量人力物力，效率成倍提高；野外实时成图，“所见即所得”避免了漏测、错绘等差错的出现，从而保证了成图的准确性、高效性。

4.4测量成果精度验证

在隧道项目竣工测绘的实际运用中，为进一步验证点云数据的可靠性，弥补因无法满足车载移动测量车辆和RTK测量条件的地方，使用全站仪数字化测图对其进行补充测量并对其重要建构筑物进行数据精度验证，经实际验证，数据学精度完全满足相关规范要求。

5.技术运用综合效益

针对本项目的实际情况，传统的测绘技术中，测绘精度和效率都有着一定的不足，工作量也较大，耗时较长，外业工作环境复杂，技术难度比较大。为了确保在合同约定的工期内完成了全部的测绘任务，本项目经过精心策划，既采用了传统作业手段，也采用了较多高新技术，大大提升了生产效率，取得了较好的直接经济效益；再者多项新技术的应用助推测绘作业模式的革新，积累了宝贵的同类项目生产经验，提升了测绘应用技术水平和测绘服务于社会的综合能力，推动了行业科技进步，产生了较广泛的社会影响。

6.结束语

工程项目竣工验收是整个建设项目完工的里程碑，在项目实施中测绘新技术的运用，有效地提高了隧道竣工验收工作的质量和效果，同时对隧道的施工质量的评判和隧道实际建成情况都提供了科学详实的数据基础。测绘成果实现了与BIM技术的融合，为隧道后续的运行管理和维护建立了直观的信息模型，在整体上具有较高的实用性和可靠性，其关键技术的运用，为复杂地形条件下的竣工测绘工作，开创了新的作业模式。

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