三维测量技术在深圳机场T3航站楼幕墙工程中的应用

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　　1 工程概况

　　深圳机场位于珠江口东岸，宝安区福永镇，广深高速公路西侧，航站口东临宝安大道，西临海边，距离深圳市区直线距离约为32km，建成后的深圳国际机场是地位重要的国内干线机场及区域货运枢纽机场。深圳机场T3 航站楼占地面积约19.5 万平方米，总建筑面积45.1万平方米，南北长约1128m，东西宽约640m，为一飞鱼外形。航站楼主楼地下二层地上四层(局部五层)，为钢筋混凝土框架+钢结构，由主楼和呈十字交叉的指廊组成。

图1 深圳机场T3航站楼模型图

　　T3航站楼大厅屋顶为自由曲面，指廊屋顶大部分为规则筒壳，在筒壳的局部区域存在凹陷区，形成具有自由曲面的筒壳外形。屋顶展开面积约23 万平方米，其中大厅部分东西长约640m，南北宽约324m，主指廊部分长747m，宽36m，次指廊部分长342m，宽36m。最大跨度为主楼与指廊交接处，为108m。

　　2 测量工作总体思路

　　根据甲方提供的起始点，建立首级平面控制网，在首级控制网上进行控制点的二、三级加密。高程采用四等水准布控。

　　测量的目的：实测钢结构与幕墙结点的三维坐标，提供给设计。提取结构特征点的三维坐标，利用各级测量控制点用全站仪将三维坐标放到设计位置，以供施工使用，保证测量和施工的精度（词条“精度”由行业大百科提供）符合规范要求。

　　为了确保测量精度和工程质量，本工程作业过程中严格遵守各项规范要求，包括《工程测量规范》(GB50026-2007)、《精密工程测量规范》(GB/T15314-94)、《国家三、四等水准测量规范》(GB/T17942-2000)、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)等。

　　在施工过程中主要的坐标系统包括机场坐标系统(HP)、网架定位坐标系统(XY)，其相互转换关系为坐标H=912m+坐标Y、坐标P=3719.758m+坐标X。需要特别注意的是坐标系统XY为设计坐标系，属于右手坐标系，而坐标系统HP为测量坐标系，属于左手坐标系。高程系统采用建筑标高系统(Z)，与1985国家高程基准H关系为坐标H=坐标Z +4.900m。

　　3 建筑施工控制网

　　施工过程中依据甲方提供的控制点坐标(表1)，采用一级GPS进行平面控制网布设(表2)，四等水准测量进行高程测量(表3)，全站仪导线测量进行控制网加密(表4)。

表1 甲方提供的控制点坐标

表2 GPS测量控制网的主要技术要求

　　GPS作业技术指标：观测采用三角网方式的静态定位技术施测，同步作业图形之间采用点、边连接的方式，外业测量满足以下技术要求：

　　卫星高度角≥15°;

　　观测时间长度≥45min;

　　平均重复设站数≥1.6;

　　点位几何图形精度因子(GDOP)≤6;

　　有效观测卫星总数≥4;

　　加密控制点高程采用四等水准进行高程测量，利用已知水准点T2、T3四等水准测量的起算点，在主指廊和东西指廊处联测了4个水准点。水准点编号采用与平面控制点同号，分别为I-01、I-02、I-03、I-04。水准测量采用经过鉴定的DSZ2型自动安平水准仪，并按规范要求进行仪器i角检查;3米木质区格式标尺，并对水准标尺名义米长进行了测定;符合规范要求。

　　1)、四等水准观测采用中丝读数法，直读视距，观测顺序为“后-后-前-前”。

　　2)、测站设置及观测限差满足“规范”要求，均由水准测量外业记录程序控制。

　　3)、主要技术要求详见表“水准测站设置及观测限差”。

　　4)、水准路线采用单次测量。

表3 水准测站设置及观测限差

图2 建筑施工控制网测量

　　进场迅速开展各种测量任务，一级GPS点及四等水准点的布设及点位选择合理、标石的质量情况、标石的埋设（词条“埋设”由行业大百科提供）及外部整饰情况优良;各项专业测量的作业方法、提供的图件及资料齐全;仪器检查的项目、方法正确、精度达到规范要求、计量鉴定手续完备、电子手簿的记录程序正确和输出格式全部标准化;观测和计算结果符合限差要求;起算数据正确、各项精度指标均达到要求，成果可以作为施工测量控制点，如图2所示。

　　4 钢结构球心检测方案

　　现场测量时，首先利用控制点对全站仪进行定向，完成定向后将仪器测距模式调整为RL模式，将仪器瞄准球面上任意一点，，按下ALL键测得一个表面坐标，依次在球面上测量5-8个点坐标。

　　依据最小二乘法则

　　组成法方程，其中

　　拟合求出球节点实际参数(X,Y,Z,R)，如图1所示。

图3 钢结构球心测量计算模型

　　对所有球节点球心坐标进行检测，每个球节点数据包括点号、设计坐标X、设计坐标Y、设计坐标Z、测量坐标X、测量坐标Y、测量坐标Z、设计与测量X坐标之差dX, 设计与测量Y坐标之差dY, 设计与测量Z坐标之差dZ。坐标差值为测量值减设计值，以Z坐标为例，如果dZ为正，表示球的实际位置高于设计位置。球节点偏差按X、Y、Z三轴分别统计，三轴最大正偏差点和最大负偏差点见表4。

表4 最大最小偏差(mm)

　　编号沿用《网架加工图加构件清单及定位坐标》编号规则，以球所在轴线和序号表示，设计坐标由CAD（词条“CAD”由行业大百科提供）模型中自动读取。

　　依据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)第12.3.6条对钢网架结构安装的允许偏差规定，以及附录E.0.6的允许偏差，本机场钢结构允许最大偏差不得超过30mm。以30mm为依据对偏差点进行统计，统计结果见表5。

　　表5　偏差大于30mm的点数统计

　　5 全站仪施工放样

　　在幕墙施工过程中，全站仪施工放样工作贯穿始终，涉及的工序包括支座定位、钢架安装、铝框定位、钢板安装、内外铝板安装等。施工放样采用三维空间放样方法，如图4所示。

图4 全站仪三维空间放样

　　按照三维坐标法的原理，通常是在一个控制点上架设全站仪，设置好各项仪器参数，以固定点为后视方向进行定向，完成测站设置后，依次在待测结构轮廓点处立镜，全站仪照准相应轮廓点处的反射棱镜或反射贴片(采用免棱镜仪器可不必立镜)，仪器立即显示出各点的三维坐标。

　　在结构节点放样前，先在钢性骨架上焊接固定轮廓点、线的专用角钢或铁板，通过测设该点设计三维坐标，再调整立镜点位置，即可定出待测点线的准确位置并做好施工标志。个别情况下因钢结构网架、脚手架等杆件影响通视时，可通过棱镜杆的长度调整，或在局部范围内进行偏心测量等方法解决各点的通视问题。

图5 棱镜辅助施工放样

　　6 结束语

　　深圳机场T3航站楼是全国首次将高精度三维测量技术应用于幕墙安装施工全过程，首先进行工作面钢结构检核，确保深化设计全部理论下单，在施工过程中严格控制安装点位，设计采用了三维可调结点构造，确保了安装一次完成，无返工并减少了损耗，极大地提高了深化设计和施工效率，有效地缩短了施工工期。建成后照片如图6.

　　图6 建成后照片

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