北京环球影城主题公园项目精密施工测量技术研究与实施

2021-11-16张胜良焦俊娟陆静文黄曙亮

北京测绘 2021年10期

张胜良焦俊娟陆静文黄曙亮

(北京中建华海测绘科技有限公司, 北京 100102)

0 引言

北京环球影城主题公园项目结构布局复杂,异型部位多,测量放线工作难度大、任务量大,而且工期紧张,如何在保障测量精度、施工质量及施工进度的前提下,合理安排测量工作,是工程难点之一。

主题公园有很多巨型桁架、不规则弯管或者更加复杂的异形钢构件,在钢构件吊装前利用三维激光扫描技术把异形钢构件分别进行扫描,然后在计算机里进行点云处理、构件逆向建模、构件误差校核、数字化模拟预拼装检测等,预拼装通过后,再把钢构件在现场进行真正的拼装与安装。

为更直观精准反映出异形结构的状态,安装过程中联合建筑信息建模(Building Information Modeling，BIM)技术+智能测量设备,顺利解决了设备安装精度高、设备种类繁杂等难题。

1 工程概况

北京环球度假区将成为亚洲规模最大的环球主题公园,涵盖“哈利·波特魔法世界”(霍格沃茨与对角巷等场景)、“好莱坞专区”“变形金刚”“功夫熊猫”“水世界”“神偷奶爸”“侏罗纪公园”等七大园区。

功夫熊猫场馆主要由Show Box和Ride Box两个单体构成。Show Box建筑高度为22.5 m, Ride Box建筑高度16.6 m。两个单体均无地下室,Show Box主体地上1层,南侧和西侧有局部矮屋面;Ride Box主体地上1层,内部局部没有夹层,西侧和东侧有局部矮屋,内部有主题建筑等独立的小单体以及骑乘、表演等设施。Show Box主要柱网跨度为80 m,地上部分最大结构长度为184 m,最大宽度为90 m。采用钢框架+支撑结构体系。Ride Box主要柱网跨度为30 m,地上部分最大结构长度为190 m,最大跨度为87 m。其中骑乘水道为亚洲最长自防水清水混凝土结构。

2 控制测量

施工测量遵循“先整体后局部、先高级后低级、先控制后细部”的原则展开,结合现场情况,将控制网分两级测设,首先校核业主提供的基准点,校核无误后在建筑场地外围设置Ⅰ级控制网。在Ⅰ级控制网的基础上建立Ⅱ级建筑物平面控制网[1-3],形成完整统一的测控体系,保证各单体之间平面定位和标高的衔接(图1)。

图1 施工测量控制框架及步骤示意图

2.1 Ⅰ级控制网建立

进场后在业主主持下会同监理等单位进行高级基准点现场移交,办理移交手续后并对点位进行复测校核,发现问题时及时提交建设监理及上级测绘部门解决。校核内容包括点位的高程、边长、方位角、坐标及非桩点定位依据的几何关系。

Ⅰ级控制网采用高精度全站仪测设一级导线,进行严密平差对观测结果进行校核[4],将校核结果作为场区的Ⅰ级平面控制网。

高程控制网的建立是根据业主提供的水准基点,采用水准仪对所提供的水准基点进行复测检查,校测结果合格后,向场区内测设一条附合水准路线,将平差计算后的结果,作为场区高程控制点。

2.2 Ⅱ级建筑物控制网建立

以场区控制网为基准,根据建筑物的结构形状及现场具体情况拟布设以圆心为中心,半径为方向的十字交叉形控制网[5-6],控制点设置在基坑边缘附近。采用全站仪极坐标法测设轴线控制网,经校测符合点位限差要求后,作为该建筑的轴线控制网。

曲线控制利用全站仪内置基线定位功能,在轴线CLX/CLY上设置控制点用弦线控制(图2)。利用半径控制线和圆弧控制线通过量距转角做切线放样十字控制线。

图2 曲线控制点布设示意图

3 细部施工轴线放样

结构施工轴线放样采用“外控法”,将全站仪架设在轴线控制桩上,经对中、整平后,后视同一方向桩(或轴线标志点),以方向线交会法将所需的轴线投测到施工的平面层施工段上、在同一施工段上投测的纵、横线各不得少于二条,且要组成闭合图形,以此作角度、距离的校核(图3)。

图3 控制轴线上的点位放样示意图

圆心转角放样半径,在半径与圆弧控制线上量距放样点位,并做切线放样十字控制线(图4～5)。

图4 圆心可以转角的情况下放样示意图

图5 利用相邻半径放样示意图

小单体定位点均与CLX、CLY轴有位置关系,依据建筑物主控轴线在合适位置加密轴线控制点(例如在X轴上),根据相对关系(坐标),采用极坐标、直角坐标定位放样的方法放出单体建筑的主控点,再根据其他角度距离关系放样其他各点(图6)。

图6 小单体放样示意图

定位完成后,利用在Y轴上加密的控制点对单体建筑定位点进行复核。还应利用钢尺或全站仪复核定位角点与周边主要建筑的尺寸关系,保证定位成果的准确性。

4 三维模拟预拼装测量

钢结构安装过程中首先进行数据建模[7-8],更加直观精准反映出异型结构的状态,指导钢结构厂家精准地加工各个结构部件,安装过程中可以通过专业软件使用精准的BIM信息,在施工现场使用电子蓝图,大大提高现场安装施工进度,避免施工中出错以至施工进度延迟,通过智能全站仪进行现场测量工作[9]。

4.1 控制测量

采用高精度全站仪和精密水准仪建立平面和高程控制网,控制范围内各构件(单元)的拼接精度一般控制在2～3 mm，满足安装精度要求。

4.2 预留、预埋构件复测

预留、预埋构件现状复测(例如预埋螺栓的间距、位置)是否满足要求,并绘制实测位置图及偏差数据表,指导钢结构设计加工。

4.3 出厂前、进场后预拼装

恢复控制网并按照实测数据放样预留预埋构件位置。

测量各构件的尺寸(截面、孔洞尺寸),各项要求满足后方可进场,避免构件不合格进场后造成运输成本等。

实体预拼装,发现运输过程中变形影响。

4.4 安装过程测量

通过高精度全站仪等测量仪器实时跟踪测量指导现场安装就位。

4.5 施工安全监测

主要是卸载过程中或卸载完成一段时间内的监测(空间位置及内力),通过测量机器人及各种传感器测量。

4.6 验收测量

通过三维激光扫描仪获取模型,指导下一步机电、装饰、灯饰等各专业安装、连接、加工、设计等工作。

由于传统的全站仪测量方法获取的是单点数据,数据获取量有限,不能完全真实地反映出整个楼体的变形情况,使用地面三维激光扫描仪扫描楼体,每秒能够获得高达30万的三维空间点数据,在100 m内其单点精度能保证在3 mm内。通过数据比较,清晰直观地得出楼体每个立面的变形情况和形变量分布图,对施工具有重要的指导意义。

5 钢桁架提升实施监控测量

钢屋面采用地面拼装、双桁架及中间纵向支撑结构为一组桁架拼装单元,由于屋面桁架超长、超重,在提升过程中极易受到外界环境的影响,安装时,要对桁架的平面位置、标高以及挠度进行跟踪测量,使其位置达到设计规范要求才能进行螺栓安装和焊接工作。如此大体量构件必须一次性整体提升成功,在提升过程中巨型桁架是否达到预定位置,平面、高程、挠度是否达到设计要求,均需要测量掌握。采用自动化监测技术实施跟踪测量,及时获取观测数值,调整提升参数,指导现场提升施工,并准确获取提升到设计位置的时机,指导桁架最终固定安装。

5.1 超长、超重屋面桁架结构分析

Ride Box主要柱网跨度为80 m,地上部分最大结构长度为184 m,最大宽度为90 m,桁架吊装采取超重桁架双机抬吊整体安装工艺,Show Box区12.5轴的中桁架TRUSS-2由5段组拼为整榀桁架，重量约31.1 t,12轴的框架桁架TRUSS-1由5段组拼为整榀桁架，重量约50.90 t,两榀桁架间的十三榀纵向支撑的重量约21.77 t,临时拉梁约1.05 t,桁架拼装单元总重量约为104.82 t，如图7～8所示。

图7 Show Box桁架拼装单元

图8 桁架提升立面图

5.2 提升测量

采用高精度测量机器人[10],精确测定高空牛腿的位置,并使用水准仪测定两侧牛腿标高,为提升对接做准备。

地面拼装前根据已知角部四个圆心点进行地面轴线的放线定位,利用全站仪将桁架的轴线定位点投射到底板上。轴线弹设完成后对轴线进行校核,在四个已知的圆点上任选一个作为校核轴线的基准点,测站点与后视方作为长距方向,按照以长定短的原则。用盘左、盘右转角测量对角线的角度及距离是否与理论值相符，确保桁架拼装正确，同时控制桁架标高。

桁架安装时采用测量机器人+贴片进行监控,将仪器设在控制点上,观测桁架观测点(反射镜片),所测数据与控制点设计坐标值进行对比得出偏差,偏差超出规范设计要求,则用倒链、千斤顶等工具对桁架进行校正,直至偏差符合要求。然后用同种的方法对桁架另一端进行校正,各控制点校正完成后由电焊工对接口进行点焊加固。加固好后再次对桁架进行一次全面检测,如偏差符合规范要求可进行下一步施工。桁架整体安装校正完成，对桁架进行一次全面的复核后开始焊接。

提升过程中,采用精密水准控制桁架提升高度及挠度变形,采用自动全站仪监测水平位置变化。

同时在关键点安装应力计,对结构受力进行监测。将监测数据实时反馈至提升指挥部,调整提升参数,指导提升。