華巖隧道項(xiàng)目竣工測繪關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用分析

周召兵 譚孝程

摘要：隨著城市化集群和城市規(guī)?；l(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目逐年增加，眾多山地城市隧道越來越多。測繪技術(shù)保障工作貫穿于規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工和后期管理全過程，對項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量、工期、成本具有非常重要的指導(dǎo)作用。本文以華巖隧道竣工測繪為實(shí)例，通過對實(shí)施過程中運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)運(yùn)用成果進(jìn)行分析介紹，以促進(jìn)隧道建設(shè)項(xiàng)目工程測繪技術(shù)水平的提升和測繪科學(xué)新技術(shù)在工程建設(shè)中的運(yùn)用推廣。

關(guān)鍵詞：隧道項(xiàng)目；測繪技術(shù)；激光；BIM技術(shù)；多技術(shù)融合

Analysis on the application of key technologies in the completion surveying and mapping of Huayan tunnel project

Zhou Zhao-bingTan Xiao-cheng

Chongqing Survey Institute， Liangjiang New District， Chongqing 401121

Abstract： with the development of urbanization cluster and urban scale， transportation infrastructure construction projects are increasing year by year， and many mountain urban tunnels are more and more. The technical guarantee work of surveying and mapping runs through the whole process of planning and design， construction and later management， and plays a very important guiding role in the quality， duration and cost of project construction. Taking the completed surveying and mapping of Huayan tunnel as an example， this paper analyzes and introduces the key technology and technology application results used in the process of implementation， in order to promote the improvement of engineering surveying and mapping technology level of tunnel construction project and the application and popularization of new surveying and mapping science technology in engineering construction.

Key words： Tunnel project； Mapping technology； Laser； BIM technology； Multi-technology integration

隧道工程是道路建設(shè)中的重要節(jié)點(diǎn)工程，對于項(xiàng)目投入使用能否達(dá)到投資預(yù)期起關(guān)鍵作用。選擇綜合性的測繪技術(shù)手段，快速、高效提供準(zhǔn)確的測繪成果，保障項(xiàng)目竣工驗(yàn)收、運(yùn)營管理等對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的信息需求，是項(xiàng)目實(shí)施的首要目標(biāo)。隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和測繪裝備的發(fā)展，多技術(shù)的融合運(yùn)用使測繪工作的數(shù)據(jù)采集方式往高精度、快速、無接觸方向在發(fā)展，數(shù)據(jù)處理過程更加自動(dòng)化、智能化，成果形式更加豐富、直觀，用戶體驗(yàn)感更強(qiáng)。

1.項(xiàng)目概況

華巖隧道東距成渝高速公路中梁山隧道8.1km，南距華福隧道5.1km。作為城區(qū)開工建設(shè)的第15座特大型穿山隧道，華巖隧道的建成將緩解成渝高速中梁山隧道交通壓力，進(jìn)一步完善主城區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，改善道路交通運(yùn)行狀況，對城市交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有十分重要的意義。同時(shí)將有效加快西部新城的開發(fā)進(jìn)程，進(jìn)一步推動(dòng)渝西地區(qū)與主城核心區(qū)的融合發(fā)展。

華巖隧道線路全長7.1km，包括超長隧道1座（長度約4.9km）、大型橋梁1座，中型橋梁1座，下穿鐵路橋1座，下穿鐵路隧道1座。為滿足竣工驗(yàn)收和運(yùn)營管理的需要，完成主要工作內(nèi)容包括：竣工地形圖測繪、地下管網(wǎng)測量、隧道斷面測量、BIM模型制作等。

2.主要技術(shù)特色

在華巖隧道竣工測繪實(shí)施過程中，主要采用了“重慶北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”“車載移動(dòng)測量系統(tǒng)”“內(nèi)外業(yè)一體化數(shù)字測繪系統(tǒng)”等技術(shù)。多種技術(shù)措施的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)獲取方式由點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的點(diǎn)點(diǎn)到位到快速、非接觸方式的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)采集效率提升極大。獲取的數(shù)據(jù)也不再是單一的點(diǎn)位xyz，而是高密度的三維激光點(diǎn)云和高分辨率彩色影像融合而成的數(shù)據(jù)集，為數(shù)據(jù)成果的多元化和立體可視化奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

車載移動(dòng)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理上逐步走向智能化，基于精密耦合數(shù)據(jù)，建立點(diǎn)云柵格化轉(zhuǎn)換模型；實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云自動(dòng)提??；使用內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)快速進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)。豐富的數(shù)據(jù)資源形成不同需求的測繪產(chǎn)品，數(shù)字地形管線圖、縱橫斷面圖、BIM模型等，為項(xiàng)目竣工驗(yàn)收、后期維護(hù)和運(yùn)營管理提供了豐富的數(shù)據(jù)資源。

3.關(guān)鍵技術(shù)

在本實(shí)例中，根據(jù)項(xiàng)目需求和現(xiàn)場作業(yè)條件結(jié)合作業(yè)單位的技術(shù)實(shí)力，選用的關(guān)鍵技術(shù)包括：車載移動(dòng)測量、BIM技術(shù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)RTK測圖技術(shù)。

3.1車載移動(dòng)測量

車載移動(dòng)測量是現(xiàn)階段測繪科技的前沿技術(shù)之一，在交通便利、GNSS信號(hào)穩(wěn)定、視野開闊的作業(yè)條件下使用車載移動(dòng)測量技術(shù)對測繪工作的數(shù)據(jù)采集工作，其生產(chǎn)效率具有非常明顯的絕對優(yōu)勢。使用于本項(xiàng)目的車載移動(dòng)測量系統(tǒng)是由重慶市勘測院和重慶數(shù)字城市科技公司共同研發(fā)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型測繪裝備，系統(tǒng)集成了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、激光雷達(dá)（LiDAR）、全景相機(jī)、里程計(jì)（DMI）等多種高精度傳感器。該技術(shù)將硬件平臺(tái)安裝在移動(dòng)車輛上，車輛高速行駛過程中，采集沿線的海量點(diǎn)云、實(shí)景影像以及各種傳感器數(shù)據(jù)，使用GNSS測量數(shù)據(jù)后處理方式，獲取激光點(diǎn)云和實(shí)景影像的空間位置和屬性數(shù)據(jù)。經(jīng)多次試驗(yàn)和相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，點(diǎn)云精度達(dá)厘米級(jí)，能夠滿足大比例尺測圖的要求。

3.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)是一種多維模型信息集成技術(shù)，現(xiàn)目前建筑行業(yè)主要使用者為一些大型勘察設(shè)計(jì)單位和工程咨詢單位，因其具有信息關(guān)聯(lián)性、可視化、模擬性、精細(xì)化等技術(shù)特點(diǎn)，突現(xiàn)了巨大的發(fā)展空間。對于項(xiàng)目從概念至實(shí)現(xiàn)整個(gè)生命周期都能夠在模型中進(jìn)行展現(xiàn)，改變了需要強(qiáng)大專業(yè)知識(shí)功底才能讀懂的藍(lán)圖，非常逼真的仿真模型給予了管理者和決策者直接感受，對于減少錯(cuò)誤和決策失誤降低了極大的風(fēng)險(xiǎn)。車載移動(dòng)測量隧道內(nèi)點(diǎn)云間距約2cm～3cm，使用三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用BIM系統(tǒng)建立隧道數(shù)字信息模型，其精度和仿真度極高，完全能反映隧道的實(shí)際建成情況，并與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)建立的BIM模型進(jìn)行比對，能真實(shí)反映隧道施工水平，并為隧道投入使用后的后期管理和維護(hù)提供詳盡的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.3基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的隧道斷面獲取

移動(dòng)測量獲取的海量點(diǎn)云信息豐富，但數(shù)據(jù)量大，其處理過程對設(shè)備和軟件要求比較高。為進(jìn)一步提高點(diǎn)云數(shù)據(jù)的使用效率，降低測繪成本，優(yōu)化傳統(tǒng)斷面測量的方法。本項(xiàng)目以Eps地理信息工作站為基礎(chǔ)，從地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的角度構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，綜合CAD與GIS技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫為核心，將圖形和屬性關(guān)聯(lián)為一體，采用Microsoft Visual C++ 6.0進(jìn)行二次開發(fā)，二次開發(fā)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取模塊實(shí)現(xiàn)了根據(jù)給定斷面里程自動(dòng)提取斷面圖形，其主要包括中軸線擬合、點(diǎn)云分割、斷面提取等三個(gè)步驟，也可以手繪剖面線自動(dòng)獲取對應(yīng)位置的斷面圖形。

3.4基于“重慶北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”的EpsCE網(wǎng)絡(luò)RTK測圖技術(shù)

“重慶北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”是基于重慶山地特征建立的城市CORS系統(tǒng)，擁有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和可靠的數(shù)據(jù)鏈通訊方式，可以有效地消除GNSS測量的系統(tǒng)誤差和周跳，增強(qiáng)GNSS測量數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確性，并且用戶不需架設(shè)參考站，真正實(shí)現(xiàn)單機(jī)作業(yè)。本項(xiàng)目使用的終端設(shè)備為GNSS接收機(jī)和RTK測量手簿，軟件部分使用測繪工程之星RTK測量軟件、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊、EpsCE-RTK測量定制版。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊主要集成了網(wǎng)格化的地表高程模型，在進(jìn)行RTK測圖時(shí)，將GNSS接收機(jī)開機(jī)，打開RTK測量手簿后，同時(shí)啟動(dòng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)模塊和南方測繪工程之星RTK測量軟件，當(dāng)GNSS收機(jī)鎖定衛(wèi)星信號(hào)后，打開EPS-RTK測量定制版中的GNSS測量界面，當(dāng)解狀態(tài)為“固定解”時(shí)，實(shí)時(shí)解算的測點(diǎn)三維坐標(biāo)，解算精度極高。使用EpsCE-RTK測圖可以進(jìn)行實(shí)時(shí)編輯和圖形繪制，對于生產(chǎn)效率的提高和成圖的可靠性有很好的促進(jìn)作用。

4.主要技術(shù)運(yùn)用成果

4.1車載移動(dòng)測量

車載移動(dòng)測量精度受測距精度、系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)和POS數(shù)據(jù)精度的綜合影響，前兩者在設(shè)備設(shè)計(jì)和制造時(shí)已固定，但POS數(shù)據(jù)精度和GNSS信號(hào)強(qiáng)弱有關(guān)。根據(jù)相關(guān)測試GNSS信號(hào)失鎖3min，平面位置誤差為0.108m，高程誤差為0.05m，隧道總長度為約5km，按30km/h速度行駛，需時(shí)10min，數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確性無法保證。為解決長隧道GNSS信號(hào)失鎖時(shí)間長的問題，以隧道出入口的基準(zhǔn)控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，在雙向隧道內(nèi)按500m間距布設(shè)精密導(dǎo)線網(wǎng)，并在雙向互通的應(yīng)急通道口設(shè)置導(dǎo)線結(jié)點(diǎn)以便于結(jié)網(wǎng)測量和計(jì)算。移動(dòng)測量時(shí)在導(dǎo)線點(diǎn)上架設(shè)“三維激光掃描反射標(biāo)靶”，測量完成后使用后處理軟件對兩條隧道的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理。使用“標(biāo)靶”的絕對坐標(biāo)糾正隧道內(nèi)的POS數(shù)據(jù)，而后根據(jù)糾正后的POS數(shù)據(jù)進(jìn)一步糾正隧道激光點(diǎn)云，再次提取“標(biāo)靶”中心坐標(biāo)的與精密導(dǎo)線測量成果進(jìn)行精度比較，并對雙向隧道應(yīng)急通道的點(diǎn)云的進(jìn)行拼接和精度評(píng)定，經(jīng)驗(yàn)證左右隧洞的相同位置的點(diǎn)位中誤差為±3.4cm，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2山地高精度定位

實(shí)例中隧道的高差較大，部分區(qū)域受地形地貌限制，信號(hào)接收困難，定位慢，精度不高，給測繪成果的質(zhì)量保障帶來了阻礙。本項(xiàng)目中利用“重慶北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)”通過地面站網(wǎng)的增強(qiáng)以及轉(zhuǎn)換參數(shù)的模塊化和柵格化處理，在高山峽谷區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位，其可靠性和點(diǎn)位測量的平面、高程精度都得到了保障，同時(shí)測量的效率也大幅提高，相比傳統(tǒng)作業(yè)方式工作效率提高60%以上；系統(tǒng)采用NETS8+C接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)參考站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接收、處理等相關(guān)軟硬件全面國產(chǎn)化，不但降低了建設(shè)成本，也擺脫了對國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)軟、硬件產(chǎn)品的長期依賴。

4.3 RTK測圖

實(shí)例中隧道的測繪面積大，工期緊，在保證測繪成果質(zhì)量的前提下，以投入較少的人力、物力以及提高作業(yè)效率是測繪工作開展的關(guān)鍵所在。在實(shí)際運(yùn)用中，全站儀測圖觀測成圖人員距目標(biāo)點(diǎn)遠(yuǎn)，對現(xiàn)場熟悉度不夠；RTK測圖較全站儀測圖體驗(yàn)感強(qiáng)、效率高，但內(nèi)外業(yè)分離，未能實(shí)現(xiàn)野外電子數(shù)據(jù)采集一體化。因此，本項(xiàng)目采用網(wǎng)絡(luò)測圖技術(shù)，打破了測圖先控制后碎部的傳統(tǒng)，無需逐級(jí)布設(shè)控制網(wǎng)，節(jié)約了時(shí)間和工程費(fèi)用；外業(yè)攜帶設(shè)備少，方便單人快速操作，改變了原來的小組作業(yè)模式，節(jié)省了大量人力物力，效率成倍提高；野外實(shí)時(shí)成圖，“所見即所得”避免了漏測、錯(cuò)繪等差錯(cuò)的出現(xiàn)，從而保證了成圖的準(zhǔn)確性、高效性。

4.4測量成果精度驗(yàn)證

在隧道項(xiàng)目竣工測繪的實(shí)際運(yùn)用中，為進(jìn)一步驗(yàn)證點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可靠性，彌補(bǔ)因無法滿足車載移動(dòng)測量車輛和RTK測量條件的地方，使用全站儀數(shù)字化測圖對其進(jìn)行補(bǔ)充測量并對其重要建構(gòu)筑物進(jìn)行數(shù)據(jù)精度驗(yàn)證，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，數(shù)據(jù)學(xué)精度完全滿足相關(guān)規(guī)范要求。

5.技術(shù)運(yùn)用綜合效益

針對本項(xiàng)目的實(shí)際情況，傳統(tǒng)的測繪技術(shù)中，測繪精度和效率都有著一定的不足，工作量也較大，耗時(shí)較長，外業(yè)工作環(huán)境復(fù)雜，技術(shù)難度比較大。為了確保在合同約定的工期內(nèi)完成了全部的測繪任務(wù)，本項(xiàng)目經(jīng)過精心策劃，既采用了傳統(tǒng)作業(yè)手段，也采用了較多高新技術(shù)，大大提升了生產(chǎn)效率，取得了較好的直接經(jīng)濟(jì)效益；再者多項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用助推測繪作業(yè)模式的革新，積累了寶貴的同類項(xiàng)目生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，提升了測繪應(yīng)用技術(shù)水平和測繪服務(wù)于社會(huì)的綜合能力，推動(dòng)了行業(yè)科技進(jìn)步，產(chǎn)生了較廣泛的社會(huì)影響。

6.結(jié)束語

工程項(xiàng)目竣工驗(yàn)收是整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目完工的里程碑，在項(xiàng)目實(shí)施中測繪新技術(shù)的運(yùn)用，有效地提高了隧道竣工驗(yàn)收工作的質(zhì)量和效果，同時(shí)對隧道的施工質(zhì)量的評(píng)判和隧道實(shí)際建成情況都提供了科學(xué)詳實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。測繪成果實(shí)現(xiàn)了與BIM技術(shù)的融合，為隧道后續(xù)的運(yùn)行管理和維護(hù)建立了直觀的信息模型，在整體上具有較高的實(shí)用性和可靠性，其關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用，為復(fù)雜地形條件下的竣工測繪工作，開創(chuàng)了新的作業(yè)模式。

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