数字测量技术在建筑工程测量的应用

王春和

摘要：随着科学技术的不断进步，工程测量技术也有了本质上的飞跃，作为建筑工程的重要环节，工程测量的准确性将直接影响到建筑工程的施工质量和施工安全。为了有效提高建筑工程的质量，保证建筑工作的顺利进行，在施工过程中必须给予测量工作足够的重视。现代测量技术已实现了数字化、自动化、实时化，“3S”（GPS、GIS、RS）技术、测量机器人、地面三维激光扫描、数字近景摄影测量以及现代传感器测量等数字测量技术在建筑工程测量中被广泛应用。

Abstract： With the continuous progress of science and technology， engineering measurement technology has also made an essential leap. As an important part of construction engineering， the accuracy of engineering measurement will directly affect the construction quality and safety of construction engineering. In order to effectively improve the quality of construction projects and ensure the smooth progress of construction work， sufficient attention must be paid to the measurement work during the construction process. Modern measurement technology has realized digitization， automation， real-time， "3S" （GPS， GIS， RS） technology， measurement robot， ground three-dimensional laser scanning， digital close-range photogrammetry and modern sensor measurement and other digital measurement technology in construction engineering survey are widely used.

关键词：数字测量技术;建筑工程测量;应用

Key words： digital measurement technology;construction engineering measurement;application

中图分类号：TU198                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）17-0197-02

0  引言

建筑工程测量工作始终贯穿于建筑工程规划、建设和运营管理阶段。工程规划阶段主要任务是建立测图控制网和进行地形图测绘，所获取的测量成果是编写施工组织设计和施工方案的重要组成部分;工程建设阶段主要任务是建立施工控制网、施工放样、设备安装测量和竣工测量;工程运营管理阶段主要任务建立变形监测网和变形监测。随着我国现代化工程测量技术的日益进步以及建筑结构的不断改革和创新，为了确保地形图、控制点等测绘工程的质量精度能够满足建筑工程顺利进行，数字测量技术在建筑工程中应用范围越来越广泛。数字化测量技术是在计算机、互联网以及测量仪器的飞速发展基础上产生的新兴测量技术，其中数字化测量技术主要为“3S”（GPS、GIS、RS）技术、RTK技术、数字化绘图技术、三维可视化技术。在传统的建筑工程测量技术中，随着数字化测量技术的深入应用，我国的建筑工程测量技术得到了发展和完善。

数字测量技术与传统的测量技术相比，特点十分明显，主要表面在四个方面：①数字测量技术的自动化程度很高，不仅能够自动读数，还能自动进行数据处理，大幅度减少测量人员的工作量。②数字测量技术的测量精度很高，数字测量技术运用“3S”（GPS、GIS、RS）技术，能够进行高精度测量。③数字测量技术的测量数据丰富。传统测量技术往往只是对所需数据进行了测量，其他一些相关数据则被忽略。但是数字测量技术在测量目标数据时，还可以对一些相关数据进行测量，比如坐标、海拔等其他信息。④测量数据容易编辑。利用数字测量技术得出的测量数据信息，通常使用计算机显示，可以通过相关处理软件对测量数据进行编辑。

1  数字测量概述

数字化测量技术是集众多现代化技术于一体的现代化测量技术，可以实现数据的数字化、自动化管理。可以将数据在计算机中进行加工分析，并在计算机中显示出相应的图像，方便相关人员进行研究分析。传统地形图测绘主要采用模拟法，如平板仪测图、经纬仪测图等地面测图方法，劳动强度大、精度低且显示不直观。随着电子水准仪、全站仪、GPS（RTK）仪器等测绘仪器的应用和发展，数字地面测图（常用全站仪测图、GPS（RTK）测图）逐步取代了传统地形图测绘。数字地面测图的野外观测数据可传输到计算机，检查、修改数据错误，生成图形数据，然后根据工作草图，采用人机交互方式编辑图形数据，利用绘图软件生成图形文件，经过裁切编辑、图幅修饰可制作成工作人员所需的分幅地形图。纸质地形图、地籍图通过扫描矢量化变为数字化数据，经过矢量化之后的图形再进行编辑、修改、注记形成矢量化数字地图，便于作业人员储存、使用和管理。应用GPS、地理信息系统、遥感等数字测量技术，对有关地理空间数据进行输入、存储、检索、更新、显示、制图、综合分析，以多种形式输出数据或图形产品，建立数据库。在控制测量方面，卫星定位测量（GPS技术）通过卫星定位和导航技术，并结合现代通讯方法，向测量人员提供精确的二维坐标和速度，同时还能提供相关的时间等参数信息。卫星定位测量（GPS技术）静态观测的原理为若干台仪器同时观测若干颗定位卫星的测距信号和导航电文，通过后差分的方式计算出观测仪器的坐标，具有测站之间无需通视、全天候、实时快速、定位精度高的特点，减少了常规测量中手工记录计算检查的工作量，降低了外业劳动时间和强度，因此卫星定位测量（GPS技术）逐渐取代了传统的三角测量、導线测量、三边测量。

2  数字测量技术在建筑工程测量中的应用

2.1 原图数字化测绘技术的应用

以往测绘工作人员需要收集大量的资料进行测量与分析，最终将地物地貌绘制于图纸中，工作流程复杂繁琐，精度也难以达到要求，有可能因经费困难或受到时间因素的限制，此时常采用原图数字化测绘技术。原图数字化测图法是对已有地图数字化，现阶段仍是获取地理信息系统空间数据的主要方式之一。原图数字化测图主要有扫描矢量化和手扶跟踪数字化两种方式，由于手扶跟踪数字化作业方法效率和成图精度比较低、对作业人员的作业水平要求较高，逐步被扫描矢量化方式所取代。

扫描矢量化合理利用现有的纸质地形图，并将计算机、数字化扫描仪及绘图仪等设备与数字化软件相结合，对图像数据进行扫描，然后对其进行矢量跟踪，通过数字软件对数据进行处理，将数据转换成数字化地形图，并获取建筑工程所在的空间位置。但扫描矢量化法还存在一些技术问题，如：①扫描矢量化后的数字化地形图精度较原地形图低;②需人工干预完成矢量化工作，自动化程度不高;③对地形图中文字注记和数字的识别较弱;④图形中的属性数据较难提取;⑤所获取的相关数据信息并非当前最新的数据信息，存在一定的滞后性，需对相关数据进行补测或者修测，尽量完善测量数据信息，使其能够符合建筑工程需求。

2.2 地面数字测图技术的应用

当所测绘地区的经费比较充足或工程项目所在地区没有符合要求的大比例尺地图时，可直接采用地面数字测图的方法进行该地区大比例尺地图的测绘。该法也称为内外业一体化数字测图法，是目前我国各测绘单位应用最多的数字测图方法。

与传统的手工绘制方法相比，数字测图技术具有显示更直观、精度更高的特点。利用计算机组合绘图软件，可以对被测元素和数据进行智能化处理，处理后的数据可以转换成内容丰富的电子地图，需要时可利用计算机的图形输出设备（显示器、绘图仪）显示或绘出符合不同比例尺大小的地形图或各种专题地图，并且可以借助计算机进行分析，能够快速有效地掌握所测地区地上地下信息。不仅可以避免测绘人力、物力和财力的浪费，提升经济效益;而且可以提高地形图的使用率、满足了不同专业工程人员的需求。

2.3 数字测量技术在位移變形中的应用

变形监测是利用专用的仪器和方法对监测对象或物体（简称“变形体”）进行周期或连续测量，以确定其空间位置随时间的变化特征，对变形体变形形态进行分析、物理解释和变形体变形的发展态势进行预测。对建筑工程而言，变形体一般包括建筑物及其附属设施、以及其他与建设有关的人工或自然对象，如高层建筑、隧道、桥梁、大坝、边坡、基坑等。在工程建设、运营管理阶段通过对建筑物、边坡、基坑等变形体进行变形监测，了解掌握变形体以及与建设工程有关的地质构造变形，经过回归分析、因素作用分析、相关分析、时序分析和统计检验等确定变形过程和趋势。然后根据处理后的数据进行作图分析、统计分析、对比分析和建立数学模型（统计模型、确定性模型和混合模型），确定变形显性、规律和成因等，对变形体变形的发展趋势进行预测，避免发生建筑安全事故或人员伤亡事故。变形监测可分为动态与静态变形测量，利用实时动态GPS测量、近景摄影测量、地面三维激光扫描的连续性观测进行动态变形监测，利用专用传感器应力应变测量、GPS测量、常规大地测量的周期性观测进行静态变形监测。根据监测方案与监测目的的不同要求，监测时所采用的测量仪器与设备、测量方式及测量技术也不尽相同。周期性测量是在监测方案所确定的时间间隔对变形体进行监测，如出现异常情况可加密测量，将原始观测数据经数据处理后按时间顺序绘制成变形过程线，可以反映变形体的累计变形量和两相邻观测周期的相对变形量，而连续性测量是在监测方案所确定的时间内对变形体进行连续不间断的监测，将原始观测数据经数据处理后绘制成一条连续型的曲线。如在沉降测量中，在变形体上设置具有代表性的变形观测点，既可采用连续性的测量方式，也可采用周期性的测量方式，但具体采用何种测量方式是由监测方案和监测目的所决定的。对变形观测数据进行处理，确定变形的影响因素，分析变形的周期性、相关性，对其发展趋势进行预测，并向有关单位提交变形监测、分析和预报的技术报告，以便及时采取应对措施，将存在的安全隐患尽可能排除，防止建筑工程安全事故的发生。变形监测报告和总结作为竣工资料的重要组成部分，由建设单位进行归档保存，为以后的建设施工积累经验及提供科学依据。所以在建筑工程的设计、施工以及运营管理阶段需重视变形监测这项工作。

2.4 在建筑变形监测中的应用

安全越来越成为建筑行业关注的焦点，而传统的变形监测技术经常无法瞬间获取建筑安全信息的弱点，已经很难满足建筑安全的需要。随着我国社会经济的发展和变形监测工作在建筑工程的设计、施工及运营管理阶段的重要作用，数字测量技术所具有的优势和特点也越来越被建设单位广泛应用。除了传统的位置、高程数据提取分析，数字测量技术还能通过计算机对观测对象的外形、轮廓等任何部位的影像和数据进行提取，对建筑变形的参数以及深基坑施工结构与周围的边坡等监测数据进行分析，能够对建筑沉降、水平位移和倾斜程度等进行全方位评测，确保建筑工程的安全运营。例如：在武汉长江二桥采用智能型全站仪TCA2003自动寻找、精确照准目标并自动读数测定高塔柱的摆动。

3  结论

总而言之，数字测量技术在建筑工程测量中的应用和发展，不仅提升了建设单位的测量水准和工作效率，而且减少了建设单位的施工成本，为以后的建设施工积累了丰富的经验。相关人员还应加强测量专业知识的学习和测量仪器的操作及应用，提升自身的整体素质，让其在以后的推广和应用中，发挥其更大的作用和价值。

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