工程測量放線裝置的研制

王兆偉，趙海新，朱四化，田 甜

（中石化勝利油建工程有限公司，山東東營 257073）

1 研制背景

測量放線是管道鋪設(shè)、土建等工程施工中一道非常重要的工序，測量放線的精準(zhǔn)度直接影響管道施工路由的準(zhǔn)確性。以往工程測量放線的做法是采用測量設(shè)備進(jìn)行樁點(diǎn)定位，然后人工在樁點(diǎn)間拉線繩，撒石灰定線。由于線繩具有彈性，受到外力影響會(huì)出現(xiàn)偏差，測量放線距離愈大，誤差愈明顯，影響了施工質(zhì)量；且此種方法使用勞動(dòng)力過多，現(xiàn)場測量放線人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工效率低，進(jìn)而增加了施工成本。為此，有必要研制一種能夠減少現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)且設(shè)計(jì)合理的工程測量放線裝置，旨在解決傳統(tǒng)測量放線技術(shù)在工程施工中存在的問題。

2 工作原理

由于人眼的 “視覺殘留”，可見光點(diǎn)快速直線移動(dòng)在人眼中可呈現(xiàn)出一條直線，工程測量放線裝置就是根據(jù)此原理進(jìn)行工作的。將多個(gè)激光器安裝在轉(zhuǎn)盤之上，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤使其作圓周運(yùn)動(dòng)，激光器打出的光點(diǎn)在地面上形成一條直線，利用此段光線代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量放線中的人工拉繩，可大大提高測量放線的效率和精準(zhǔn)度，不僅能夠節(jié)約勞動(dòng)力，還可實(shí)現(xiàn)降低成本、提高工程質(zhì)量的目標(biāo)。

3 裝置結(jié)構(gòu)

工程測量放線裝置主要由腳架、托架、轉(zhuǎn)盤、發(fā)光裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、水平調(diào)節(jié)裝置等部件組成，如圖1所示。

3.1 腳架

圖1 工程測量放線裝置結(jié)構(gòu)示意

裝置腳架采用水準(zhǔn)儀或經(jīng)緯儀用腳架。在測量放線施工中，可根據(jù)工作環(huán)境采用不同材質(zhì)的腳架，當(dāng)該裝置用于站場土建測量放線施工時(shí)，由于測量精度要求高且周圍存在較多不確定因素，宜選用較穩(wěn)重的木制或者鋁合金腳架；若該裝置用于長距離管道工程的測量放線，則宜采用較輕便的碳素或者鋁合金制腳架，以方便攜帶。

3.2 托架、轉(zhuǎn)盤、驅(qū)動(dòng)裝置

如圖2所示，托架置于腳架之上，托架為轉(zhuǎn)盤的支撐架，轉(zhuǎn)盤與齒輪II組合在一起并通過軸承置于托架之上。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括微型直流減速電機(jī)和電源，微型直流減速電機(jī)嵌合在托架之上。微型直流減速電機(jī)和齒輪I組合，并帶動(dòng)齒輪II，繼而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤通過軸承在托架上轉(zhuǎn)動(dòng)。

托架采用鑄鐵材質(zhì)或者合金材質(zhì)，轉(zhuǎn)盤采用木質(zhì)或者合金材質(zhì)。

圖2 托架、轉(zhuǎn)盤、驅(qū)動(dòng)和發(fā)光裝置示意

3.3 發(fā)光裝置

發(fā)光裝置為核心工作裝置，由24組 （72只）50 mW微型激光發(fā)射器組成，如圖2所示，激光發(fā)射器以螺紋連接的方式均勻置于轉(zhuǎn)盤之上。

激光發(fā)射器電源內(nèi)置于轉(zhuǎn)盤內(nèi)，激光發(fā)射器組開關(guān)置于轉(zhuǎn)盤上。

3.4 水平調(diào)節(jié)裝置

水平調(diào)節(jié)裝置包括腳架上的調(diào)節(jié)螺栓及托架上的液泡指示計(jì)，如圖3所示。水平調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)方法與經(jīng)緯儀、全站儀方法相同。

圖3 水平調(diào)節(jié)裝置示意

4 技術(shù)參數(shù)

工程測量放線裝置適用于管道工程及站場土建工程的測量放線，其技術(shù)參數(shù)見表1。

5 使用方法

如圖4所示，工程測量放線裝置使用方法如下。

表1 工程測量放線裝置技術(shù)參數(shù)

圖4 工程測量放線裝置使用示意

（1）將該裝置的腳架撐開，并將其置于已測定樁點(diǎn)1，并對(duì)準(zhǔn)已測定樁點(diǎn)2。

（2）利用水平調(diào)節(jié)螺栓將激光發(fā)射裝置調(diào)至左右水平，并使用液泡水平指示計(jì)檢驗(yàn)，再次對(duì)準(zhǔn)樁點(diǎn)2，依次循環(huán)調(diào)節(jié)，直至發(fā)光裝置對(duì)準(zhǔn)樁點(diǎn)2并且左右水平。

（3）打開發(fā)光裝置電源開關(guān)。

（4）打開電機(jī)電源開關(guān)，微型直流減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過兩齒輪傳動(dòng)，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過發(fā)光裝置上的發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光線在地面上打出光點(diǎn)。

6 應(yīng)用前景分析

6.1 管道工程中的應(yīng)用

在管道工程施工過程中，測量放線是一道非常重要的工序，精準(zhǔn)的測量放線不僅保證了管道路由的正確，而且保證了征地賠償工作的順利進(jìn)行。在以往的管道工程施工中，經(jīng)常會(huì)遇到由于測量精度不夠而導(dǎo)致征地賠償數(shù)額增加的事例。例如，如圖5所示，由樁1至樁2的路由用實(shí)線表示，施工方需按規(guī)定支付乙戶相應(yīng)數(shù)額的征地賠償款，但由于外部不確定因素導(dǎo)致傳統(tǒng)測量放線用線繩發(fā)生歪斜，實(shí)際放線結(jié)果則變?yōu)樘摼€所示路由，將甲戶土地也包含在內(nèi)，因此會(huì)產(chǎn)生很多后續(xù)問題，降低了施工效率，增加了工程成本。

圖5 傳統(tǒng)測量放線方法效果示意

由此可以看出，工程測量放線中較小的誤差有可能產(chǎn)生大問題，而利用工程測量放線裝置則可以有效避免此類問題的發(fā)生。工程測量放線裝置中采用的激光發(fā)射器有效射程可達(dá)200～300 m，適用于長距離管道工程的放線測量。

對(duì)于應(yīng)用于長距離管道工程的測量放線裝置，在保證裝置強(qiáng)度和精確度的前提下應(yīng)盡量輕便，各部件宜選用輕質(zhì)材料，以方便攜帶。

6.2 站場土建工程中的應(yīng)用

在站場土建工程中，工程測量放線裝置宜應(yīng)用于較長距離的測量放線中，例如較長的軸線和邊線等，也可用于對(duì)已測定線的校準(zhǔn)、驗(yàn)線，使用方法及原理與管道工程測量放線相同。

7 工程應(yīng)用實(shí)踐

筆者所在的施工單位于2011年研究制造了一臺(tái)簡易測量放線裝置 （如圖6所示），也就是本文所述工程測量放線裝置的雛形，并于當(dāng)年應(yīng)用于廣東湛江港至廉江原油管道工程第I標(biāo)段施工中。該裝置在本工程測量放線實(shí)際應(yīng)用中，晴朗天氣下在地面上形成了可見的光點(diǎn)，最初使用的激光發(fā)射器功率僅5 mW，故有效射程僅為50 m，之后更換為50 mW激光發(fā)射器，光點(diǎn)在200 m處未見衰減，達(dá)到了預(yù)期的效果。應(yīng)用該裝置累計(jì)用15 d完成了第I標(biāo)段 （51 km）的測量放線工作，若仍采取傳統(tǒng)測量放線方法，據(jù)測算約需25～30 d，由此可見工程測量放線裝置可大大提高工作效率。

目前，工程測量放線裝置正在緊張改進(jìn)中，以期盡快在工程中推廣應(yīng)用。

圖6 工程測量放線裝置實(shí)物雛形

8 結(jié)束語

（1）工程測量放線裝置是根據(jù)光線快速移動(dòng)在人眼中產(chǎn)生視覺殘留的原理研制的，由腳架、托架、轉(zhuǎn)盤、發(fā)光裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、水平調(diào)節(jié)裝置等部件組成，結(jié)構(gòu)緊湊。

（2）該裝置可應(yīng)用于管道工程鋪設(shè)和站場土建施工中，解決了傳統(tǒng)測量放線方法中存在的低精確度、高勞動(dòng)強(qiáng)度、低效率的問題。

（3）該裝置操作簡單、攜帶方便、放線準(zhǔn)確性及效率高。

（4）在該裝置基礎(chǔ)上繼續(xù)研究創(chuàng)新并改良，優(yōu)化其工作效果，還可衍生出新的工程測量裝置并助力工程建設(shè)。

[1]佚名.人眼的“錯(cuò)覺”與“殘留視覺”[J].中國眼鏡科技雜志，1997,（4）:55.

[2]何俊.長輸管線山區(qū)施工測量技術(shù)[J].油氣田地面工程，2010，29（6）:95-96.

[3]杜春元.油氣田工程測量放樣方法的比較[J].油氣田地面工程，2010，29（5）:90-91.

[4]孫文波.長輸管道工程施工測量技術(shù)[J].化工建設(shè)工程，2003，25（5）:45-47.

[5]劉王晉，鮑鳳英，邊境，等.測量放線工[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003.

[6]朱林泉，牛晉川，朱蘇磊，等.現(xiàn)代激光工程應(yīng)用技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.