浅谈厂区施工控制网的布设\观测及精度评定

摘要:工程控制网是针对某项工程而布设的专用控制网，他可以分为测图控制网、施工控制网、变形监测控制网等。按其内容分为平面控制网和高程控制网，前者常采用三角网、导线网，侧边网和边角网的形式，而后者常采用水准网的形式。施工控制网是为工程建筑的施工放样提供控制，其点位、密度以及精度取决于建设的性质。施工控制网的精度一般要高于测图控制网，它具有控制范围小，控制点密度大，精度要求高，受施工干扰大等特点。且大多是独立网和采用独立的坐标系。通过对它的了解和认识，本设计主要从它在各种工程中的布设，精度，优化，应用以及精度分析，重点阐述工程施工控制网系统领域的建立，同时通过几个工程项目的控制网的事例，更好的探讨施工控制网的多样性和灵活可优变动性。

关键词:工程控制网；施工控制网；精度分析

中图分类号：TB114文献标识码： A

1．施工控制网的研究现状及其意义

1.1施工控制网的布设形式根据工程建筑的种类不同而不尽一致，即便同一工程不同部分的控制网的精度要求不同 布设形式也不一定相同。在桥梁建设中，施工控制网放样点距离控制点较为远，可能导致放样误差较大，应该同时考虑工程施工和放样工作，施工场地经常会出现干扰放样工作的情况，为了不影响施工进度，在建立施工控制网时，控制点的选择是很重要的，既要有足够的时间来观测，又要不影响施工的正常进行，所以施工控制网的布设对于工程建设是很重要的，控制点的误差对于施工时引起的误差影响甚微，可以忽略不计。在桥梁施工控制网布设地的地理条件的选择直接影响着施工控制的精度。在隧道控制网布设，由于隧道施工时从至少两个洞口同时施工，为了加快施工进度，为了保证最后隧道的正常贯通，隧道控制网的布设需要分为地面控制网和隧道内部控制网。考虑隧道的地理条件，隧道内部的控制，主要是导线网，其目的是为了隧道的贯通。控制网不仅仅在这两个方面有很大的作用 ，在多有工程建设中都是不可轻视的。

1.2 工程控制网的设计在空间技术的出现也发生了革命的变化，从传统的三角测量控制网向GPS控制网转型，从传统的平差技术向现代的平差技术转化。测量仪器从光学仪器向电子测量仪器的转化，精度的提升使得控制网布设的难度也大大的降低。距离方面从几十米到现在的千米级。工程控制网的优化设计理论和应用得到了深度发展，测量的数据处理和精度分析理论也取得了瞩目的成就。现代控制网优化理论同近现代测量平差理论想结合为精密工程控制网的优化设计的长足发展做出了丰硕的成果，电子计算机在测量学中的广泛应用使得控制网的优化设计更为简单，发展也更加的迅速。其优化设计主要包括，控制网精度标准，可靠性标准，可测性标准，监测网的灵敏程度以及控制网布网的费用标准等。

2．厂区施工控制网的布设

建筑施工的种类繁多，施工的精度要求高低不同。厂区施工控制网的主要任务是用来放样各系统工程的中心线和各系统工程之间的连接建筑物。厂区控制网的精度是为了保证工程建筑的正常施工以及建筑物之间的相对位置之间的误差在允许范围之内。工程建筑物的控制网是根据厂区施工控制网放样主要中心线进行工程的整体定位，在主轴线为基础合理的建立工程的控制网。

2.1施工控制网的布设

(1)勘测阶段所建立的测图控制网，其目的是为测图服务，控制点的选择是根据地形条件和测图比例尺综合考虑的。由于建筑设计的依据之一是地形图，测图控制网不可能考虑到待设计建筑物的总体布置，又由于施工控制网的精度取决于工程建设的性质，因此测图控制网无论从点位的精度方面还是从点位的密度方面，都难以满足施工放样的要求。对于地形平坦但通视比较困难的地区，例如改建、扩建的居民区及工业场地，可以考虑布设导线网。对于建筑物比较密集且布置比较规则的工业与民用建筑区，也可以将施工控制网布设成规则的矩形格网，即建筑方格网。下面着重介绍应用较普遍的建筑方格网。

厂区建筑方格网的设计应根据厂区的地形图和施工总平面图进行。地形图是反映厂区的地形情况的，工业厂区的施工总平面图是工业建设的总体布置图，其上绘有各系统工程的主要厂房、道路、上水管道、工业循环供水管道、下水管道、雨水管道、热力管道、电缆地沟等。 厂区建筑方格网设计时，应首先在厂区的中央靠近主要建筑物的地方选择横（或纵）贯厂区的长轴线，作为布设建筑方格网的基础。这条长轴线称为横向主轴线。横向主轴线的方向应与建筑坐标系的横轴方向一致，因而也与主要建筑物的轴线相平行。横向主轴线的位置应选在道路一侧没有地下管线的人行道旁，一方面避免与其它工程设施冲突，另一方面也要考虑将来施测方便。为了放样主轴线，其上应至少选定三个点作为主轴点。两端点应布设在厂区的边缘上，中间的主轴点应选在厂区中央道路交点附近。主轴点的坐标值一般应为米的整数倍，不得已时可为分米。横向主轴线选定后，接着选择与它垂直的纵向主轴线。纵向主轴线沿着纵向道路布置。纵向主轴线的两端点也应布设在厂区的边缘上。主轴线上除主轴点外，还必须有其它标点，标点间的距离应与各系统工程的大小相适应，一般以150～250米为宜。轴线上的所有标点的设计位置都应以施工坐标系的坐标表示。当厂区横向距离较大时，除一条主要的横向轴线外，还应当根据情况布设若干条次要的纵向轴线。

方格网的放样是根据已有的勘测阶段的大地控制点首先放样其主轴点，然后放样次要轴线。放样方格网轴线的工作是通过放样主轴点进行的。轴线位置放样的精度（相对于大地坐标控制）直接影响厂内厂外连接建筑物的连接误差，因此，应对主轴线的放样提出最低的精度要求。

主轴点放样之前，应将其设计的建筑坐标换算为大地坐标。假定主轴点在建筑坐标系中的坐标为A何B,大地坐标系中的坐标为x和y,换算公式为

x=a+A﹒cosα-B﹒sinα

y=b+ B﹒co sα+A﹒sinα

a、b—为建筑物坐标系的原点在大地坐标中的坐标；

α—两坐标系中x坐标轴与A坐标轴的正向夹角，即由x坐标轴的北端起顺时针旋转到A轴北端所经过的角度。

(2)施工控制网与测图控制网在投影面的选择上是不一样的。因为施工放样需要的是控制点之间的实地距离，所以施工控制网的基线长度不需要投影到大地基准面（Geodetic datum）上。例如，工业建设场地上是将施工控制网投影到厂区的平均高程面上，桥梁控制网要求换算到桥墩顶面上，也有的工程要求将基线投影到精度要求最高的平面上，等等。 有些复杂工程往往是各种建筑物、构筑物、公路、铁路、工业设施的综合体，各个项目对放样的精度要求不同；另外，各项目之间轴线的几何联系，相对于其内部各轴线间的几何联系，在精度上往往有较大差异。因此，在布置施工控制网时，采用分级布设是比较合理的。即首先布置整个施工区域的首级控制网，其作用是放样各个建筑物的轴线，然后建立加密的二级控制网，其作用是控制各建筑物内部的几何关系。需要指出的是，由于工程建设的特殊要求，二级控制网的精度有时要高于首级控制网，例如大坝坝体的建设与其内部发电机组的安装、轧钢厂房的建设与轧钢生产线的建设安装，在精度上是有很大区别的，这也是施工控制网的一个特点。

国家有关规范规定，大、中型工程测量中，其控制网必须与国家控制点联测，或采用国家坐标系统，以达到测量资源共享、成果共用的目的。国家坐标系统是采用高斯—克吕格正形投影（简称“高斯投影”），即先由大地面投影到参考椭球面，再由参考椭球面投影到高斯平面，而高程面则是投影到大地水准面上。公路测量常用的处理方法是，采用分带形式，以减小高斯投影产生的长度变形;而高程面的投影,因为测区平均高程面与大地水准面的差值和地球曲率半径相比微不足道,故忽略不计。然而,随着公路建设的不断扩大与发展,公路(特别是高速公路)从平原微丘区向山岭重丘区(乃至高原地区)延伸,测区高程面由数十米增加到数百米乃至数千米,由于高程面的不同所产生的长度变形对工程建设的影响是我们必须考虑的问题.测区投影长度变形大于2.5cm/km(即相对误差1/40000),进行抵偿高程面上的高斯平面坐标换算公式，具体如下：

以下2式即为投影于抵偿高程面上的高斯平面坐标换算公式，其中Y′坐标计算可以通过解一元二次方程求得,或者取Y′=Y(1+HP/R)式计算,误差较小。

R 为投影区地球平均曲率半径,

HP 为抵偿高程面高程􀈜即投影面高程,

X、Y 为1954年北京坐标，

X′、Y为投影于抵偿高程面上的高斯平面坐标,

(3)在测图期间建立的高程控制网，在点位的密度和分布方面往往难以满足放样的要求，因此也需要建立专门的高程控制网。在施工期间，要求在建筑物附近的不同高度上都必须布置临时水准点，临时水准点的密度应该保证进行高程放样是只设一个测站就能将高程传递到建筑物上。因此，高程控制网通常也采用分级布设，即首先布设遍布施工区域的基本高程控制网，然后根据不同施工阶段布设加密网。加密点一般为临时水准点，可以因地制宜，置于凸出的岩石上或已经浇筑好的混凝土上，但标记要醒目，便于保存和寻找。需要指出的是，平面控制网和高程控制网可以分开单独布设，也可以把平面控制点联测到高程控制网上，作为一个整体来布设，具体采用哪一种形式情况应该视地形起伏和测量的难易程度而定。

远距离三角高程测量应进行地球曲率影响改正（简称球差改正）和大气垂直折光影响改正（简称气差改正），合在一起称两差改正，可由下式计算：

f=(1-k)

f—为两差改正，

k—称为大气垂直折光系数，是太阳日照、大气温度和气压、地面土质和植被等因素的复杂函数。K值变化于0.8～2.0之间，一般作近似计算时，取k=0.14,

D—为两点间的水平距离，

R—为地球平均曲率半径（取6371km）

2.2 施工控制网精度的确定方法

与工程建设勘测阶段不同，在施工阶段，测量工作的精度主要体现在相邻点位的相对位置上。对于各种不同的建筑物，或对于同一建筑物中不同的部分，这些精度要求并不一致，而且往往相差非常悬殊。施工控制网精度的确定，应该从保证各种建筑物放样的精度要求来考虑。建筑物放样时的精度要求，是根据建筑物竣工时对于设计心尺寸的容许偏差来确定的。建筑物竣工时的实际误差是由施工误差和测量放样误差所引起的，测量误差只是其中的一部分。为了根据验收限差正确地制定建筑物放样的精度要求，除了测量知识之外，还必须具有一定的工程知识。由于各种建筑物，或同一建筑物中各不同的建筑部分，对放样精度的要求是不同的。因此，首先遇到的问题是根据哪一个精度要求来考虑控制网的精度。在选择时，应该考虑到施工现场条件与施工程序和方法，分析这些建筑物是否必须直接从控制点进行放样。对于某些建筑元素，虽然它们之间相对位置的精度要求很高，但在放样时，可以利用它们之间的几何联系直接进行，因而在考虑控制网的精度时，可以不考虑它们。例如水利工程中闸门主轴线来放样，所以在考虑控制网的精度时，就可以不考虑这一精度要求。

在确定了建筑物放样的精度要求以后，就可用它作为起算数据来推算施工控制网的必要精度。此时，要根据施工现场的情况和放样工作的条件来考虑控制网误差与细部放样误差的比例关系，以便合理地确定施工挖掘网的精度。

对于桥梁和水利枢纽地区，放样点一般离控制点较远，放样不甚方便，因而放样误差较大。同时考虑到放样工作要及时配合施工，经常在有施工干扰的情况下高速度进行，不大可能用增加测量次数的方法来提高精度。而在建立施工控制网时，则有足够的时间和各种有利条件来提高控制网的精度。因此在设计施工控制网时，应使控制点误差所引起的放样点位的误差，相对于施工放样的误差来说，小到可以忽略不计，以便今后的放样工作分行有利条件。

3．结语

由于现在测绘技术的快速发展，各种智能化，高精度的测量仪器得到广泛应用，施工控制网对每一项工程都有着很重要的作用，它是为工程建筑物施工提供放样依据。施工控制网的精度要求一般都要高于其他的控制网，它控制的范围较小，控制点的点位密度大，精度要求较高、 使用频繁、受施工干扰、控制网的坐标系与施工坐标系一致、投影面与工程的平均高程面一致 、有时分两级布网，次级网可能比首级网的精度高。

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