數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在建筑工程測(cè)量中的應(yīng)用

梁春華

（廣東寬大建筑科技有限公司，廣東 陽江 529931）

0 引言

數(shù)字化測(cè)繪并非以數(shù)字化形式呈現(xiàn)測(cè)繪結(jié)果的技術(shù)，而是憑借數(shù)字技術(shù)的深入應(yīng)用，自動(dòng)形成探測(cè)圖紙繪制的一種技術(shù)。數(shù)字化測(cè)繪依賴于建立自動(dòng)化模型，能夠在數(shù)據(jù)填入后通過模型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，完成結(jié)果的繪制。使用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，能夠大幅度縮短繪制用時(shí)，即勘測(cè)完成后能夠在勘測(cè)數(shù)據(jù)清晰的情況下快速生成對(duì)應(yīng)模型以及傳統(tǒng)意義上的勘測(cè)圖紙和報(bào)告。數(shù)字地理勘測(cè)以及數(shù)字測(cè)繪技術(shù)共同使用時(shí)，能夠在最大程度降低勘測(cè)繪制對(duì)專業(yè)人員的依賴[1]。

1 建筑工程測(cè)量的內(nèi)容

1.1 場(chǎng)地平整

在施工現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整。一般工程需要將地面平整成水平或坡度，以便根據(jù)地形的變化來布置施工建（構(gòu)）筑物，便于組織排水，滿足交通需要，鋪設(shè)地下管線。在這一過程中，必須考慮到土方數(shù)量、填方和開挖的均衡。一般采用在地圖上進(jìn)行插值的方式來計(jì)算土方。

1.2 工廠施工測(cè)量

工程施工中，建筑工地上工程建筑類型繁多，其精度要求不一，有些要求較低，有些要求較高。如果根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的局部精度來進(jìn)行施工控制網(wǎng)的精確性控制，必然會(huì)對(duì)整個(gè)施工控制網(wǎng)的精度提出更高的要求。工廠控制網(wǎng)的主要作用是把工廠內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)工程中心線相連接，如放樣廠中心線、高爐、焦?fàn)t中心線、管線中心線等。

在工廠的控制網(wǎng)絡(luò)中，主要是對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行總體的定位。因此，工廠控制網(wǎng)的精確度必須確保兩個(gè)項(xiàng)目的相對(duì)位置偏差不大于連接大樓容許的偏差。在各個(gè)系統(tǒng)工程中，對(duì)許多需要高精度的中心線進(jìn)行放樣，可以在各個(gè)系統(tǒng)工程的內(nèi)部分別設(shè)置控制網(wǎng)，例如廠房控制網(wǎng)、高爐、焦?fàn)t控制網(wǎng)、設(shè)備安裝專用控制網(wǎng)等。各個(gè)系統(tǒng)工程之間沒有內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。因此，在施工現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)采取分層布網(wǎng)的方式。

1.3 圓形建筑物的施工測(cè)量

圓形建筑物是一種特殊的建筑物，它具有較少的基礎(chǔ)面積、較高的主體、較高的地基承載力和較高的垂直性。所以不管是磚石建筑，還是鋼筋混凝土建筑，都有嚴(yán)格的施工標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)圓形建筑進(jìn)行施工測(cè)量時(shí)，應(yīng)對(duì)其中心位置進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以確保其垂直。

1.4 高層建筑分區(qū)

高層建筑的施工工藝復(fù)雜、操作困難、場(chǎng)地狹窄、多工種交錯(cuò)，因此，在工程測(cè)量中各個(gè)階段的測(cè)量工作都要與施工進(jìn)度保持一致，并遵循整個(gè)工程進(jìn)度。為確保高層建筑的垂直度、幾何形狀和斷面尺寸符合設(shè)計(jì)要求，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置更高精度的控制網(wǎng)[2]。

2 傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的局限性

在傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)中，最常用的是鋼尺，在對(duì)不規(guī)則的地塊進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要用一臺(tái)經(jīng)緯儀來測(cè)量，用一根鋼尺對(duì)某一片區(qū)域的面積進(jìn)行測(cè)量，再用數(shù)字算法計(jì)算出被測(cè)區(qū)域的總面積，用標(biāo)尺在地圖上畫出一幅地圖。對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)，即使利用經(jīng)緯儀進(jìn)行轉(zhuǎn)角的測(cè)量，即使經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)，依然不能完全擺脫傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的本質(zhì)，對(duì)于一些特殊的地形、復(fù)雜的測(cè)繪項(xiàng)目，采用傳統(tǒng)的測(cè)繪方法是不可能完成測(cè)繪工作的，局限性十分突出。

3 數(shù)字化測(cè)繪概述

數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的問世，使測(cè)繪技術(shù)、設(shè)備和工具得到了進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，它以傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)和測(cè)繪設(shè)備為基礎(chǔ)，對(duì)相關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行整合和完善。

3.1 數(shù)字化測(cè)繪基本概念

通常情況下，測(cè)繪需要由專業(yè)人員進(jìn)行，且測(cè)繪的相關(guān)數(shù)據(jù)以圖紙的形式展現(xiàn)。而數(shù)字化測(cè)繪是一種全新的測(cè)繪模式，首先數(shù)字測(cè)繪采用大量的數(shù)字化設(shè)備完成測(cè)繪工作，其次數(shù)字測(cè)繪的成果能夠通過數(shù)字化的平臺(tái)，以立體模型展示。數(shù)字測(cè)繪的模型，所有數(shù)據(jù)均來自相關(guān)測(cè)繪設(shè)備上傳的結(jié)果，測(cè)繪平臺(tái)將上述數(shù)據(jù)以及圖像等拼接后，能夠得到完整的數(shù)字測(cè)繪模型。數(shù)字測(cè)繪的基礎(chǔ)是信息技術(shù)的發(fā)展，以及能夠完成測(cè)繪和模型生成的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展[3]。作為一種全解析的輔助性測(cè)繪方法，使用數(shù)字化測(cè)繪系統(tǒng)，能夠?qū)鹘y(tǒng)情況下必須由專業(yè)人員解讀的測(cè)繪結(jié)果，轉(zhuǎn)化成為更為直觀的模型以及數(shù)據(jù)，便于測(cè)繪結(jié)果的有效利用。

3.2 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在建筑工程測(cè)量中應(yīng)用的幾個(gè)方面

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

由于施工項(xiàng)目的復(fù)雜性和多樣性，使得測(cè)量工作變得更加困難。因此，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，不但需要海量的資料，而且還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并進(jìn)行誤差分析，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)和準(zhǔn)確。在采用數(shù)字測(cè)量技術(shù)時(shí)，可以采集建筑物的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，利用三維建模技術(shù)建立三維模型，獲取建筑物的主要信息，便于以后的分析和利用。另外，還可以采集建筑物的墻壁結(jié)構(gòu)，然后利用數(shù)字地圖技術(shù)，對(duì)不同類型的建筑物的墻壁進(jìn)行測(cè)量和分析，獲取詳細(xì)的數(shù)據(jù)。在收集建筑頂棚資料的時(shí)候，主要是收集天花板的數(shù)據(jù)，然后繪制出吊頂?shù)母叨龋缓笸ㄟ^這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為以后的設(shè)計(jì)做好鋪墊。

3.2.2 土質(zhì)檢測(cè)

土地勘測(cè)是指對(duì)建設(shè)工程的基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，以確保其相應(yīng)的安全。由于傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)需要耗費(fèi)大量的資金，而且測(cè)量的數(shù)據(jù)也存在很大的偏差，因此，利用數(shù)字測(cè)量技術(shù)，可以有效地降低土地測(cè)量的工作量，降低測(cè)量的誤差，提高測(cè)量的質(zhì)量。具體來說，就是將數(shù)字測(cè)繪技術(shù)運(yùn)用到土地的檢測(cè)過程中，通過掃描的方式來完善測(cè)繪的流程，減少由于環(huán)境和其他不相關(guān)的因素造成的誤差，然后將所獲得的測(cè)繪信息繪制成圖形的部件，并在圖像中找到瑕疵和錯(cuò)誤，加以改進(jìn)，將其應(yīng)用于特定的建筑工程中，以保證工程的安全性和準(zhǔn)確性。

3.2.3 變形監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)的變形是影響建筑結(jié)構(gòu)安全的重要因素，變形監(jiān)測(cè)是提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要手段。在數(shù)字化測(cè)繪地基中，變形監(jiān)測(cè)就是把三維圖像輸入到計(jì)算機(jī)中，對(duì)建筑物的變形進(jìn)行綜合分析。通過對(duì)建筑物的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以使施工人員能夠及時(shí)地獲得建筑物的變形，并能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)房屋的地基問題。因此，從客觀角度看，可以確保讓相關(guān)的施工人員隨時(shí)了解到施工過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過對(duì)建筑物的變形監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)地解決建筑的變形問題，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，避免建筑結(jié)構(gòu)的倒塌、開裂等問題。利用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，能夠在建筑工程中得到全面的運(yùn)用，并與相關(guān)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)變形的精確和可操作性的輔助。

3.2.4 定位測(cè)量

定位測(cè)量將數(shù)字測(cè)繪技術(shù)與工程建設(shè)相結(jié)合，保證工程建設(shè)的順利進(jìn)行。GPS在數(shù)字地圖上的應(yīng)用，不但能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的地形，還不需要人工測(cè)量，而且能24h地進(jìn)行定位測(cè)量[4]。GPS的定位精度很高，可以減少由于位置信息的誤差而造成的安全隱患。GPS技術(shù)可以在靜止和動(dòng)態(tài)兩種情況下，接收到來自衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，從而提高了定位測(cè)量的效率。數(shù)字地圖技術(shù)能夠精確地定位建筑，為建筑提供精確的位置信息，在施工的時(shí)候，能夠使用合適的技術(shù)，避免出現(xiàn)問題。

3.3 數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.3.1 保證數(shù)據(jù)完整

我國的建設(shè)項(xiàng)目雖然得到了很大的發(fā)展，但由于受測(cè)量工作的制約，不能得到完整、精確的資料，從而影響到整個(gè)施工項(xiàng)目的順利開展。所以，加大數(shù)字測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，一方面可以極大地提高采集資料的效率，便于在施工過程中隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量。其次，可以有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)的缺陷，提高工程資料的利用價(jià)值。從總體上說，加大數(shù)字測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用，可以為各方面的建設(shè)工作提供最有價(jià)值的資料，對(duì)推進(jìn)我國建筑業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

3.3.2 確保測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)

在實(shí)際的測(cè)量工作中，運(yùn)用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)可以把建筑工程的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖像處理技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，使工程測(cè)量精度得到很大的提升。此外，在傳統(tǒng)的測(cè)量工作中，各種測(cè)量結(jié)果極易受人為因素的干擾，如果測(cè)量人員操作不當(dāng)、測(cè)量不準(zhǔn)確、角度誤差等，都會(huì)使測(cè)量精度下降。而數(shù)字測(cè)繪技術(shù)具有預(yù)先設(shè)定的作業(yè)流程和大量的資料，能夠較好地進(jìn)行施工資料的收集，因而具有較強(qiáng)的抗干擾性，可以從根本上確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。然后將有關(guān)數(shù)據(jù)上傳到電腦上，實(shí)現(xiàn)平面、立體、整體、細(xì)節(jié)等多種形態(tài)的圖形和模型。該技術(shù)能極大地解決人工繪制工程圖紙時(shí)容易產(chǎn)生誤差的問題，從而保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3.3 自動(dòng)化程度較高

為了得到最終的數(shù)字化成圖，施工人員需要對(duì)RTK測(cè)量的根點(diǎn)、全站儀測(cè)點(diǎn)、RTK測(cè)量的碎片點(diǎn)進(jìn)行控制，加強(qiáng)數(shù)字測(cè)繪的應(yīng)用，可以大大提高工程測(cè)量的自動(dòng)化程度。

4 數(shù)字測(cè)繪的應(yīng)用形式及效果

4.1 原圖數(shù)字化

長時(shí)間以來，我國建設(shè)施工包括勘測(cè)結(jié)果、設(shè)計(jì)圖紙、施工各階段技術(shù)調(diào)整繪圖圖紙等，均普遍采用掃描件的形式進(jìn)行保存。掃描件的優(yōu)勢(shì)在于：其對(duì)細(xì)節(jié)的保持較好，且在傳輸過程中不易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失等情況，能夠長時(shí)期維持穩(wěn)定狀態(tài)。然而掃描的劣勢(shì)同樣顯著：掃描件不僅空間占用大，傳輸效率更低，同時(shí)大部分掃描件均需要特定軟件才能夠?qū)崿F(xiàn)讀取。掃描件無法進(jìn)行修改同樣為限制掃描件使用的重要因素。相對(duì)而言，使用數(shù)字測(cè)繪技術(shù)，能夠?qū)⒏黝愋偷膱D紙采用數(shù)字化的技術(shù)進(jìn)行保存。數(shù)字格式保存對(duì)空間的占用更低，且更便于利用信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸[2]。

4.2 地面數(shù)字測(cè)繪技術(shù)

地面數(shù)字測(cè)繪技術(shù)是目前最常用的工程測(cè)量方法之一，不但能提高數(shù)字化地圖的精確度，還能將數(shù)字化地圖與其他測(cè)量技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字化地圖的控制，降低誤差。此外，地面數(shù)字測(cè)繪技術(shù)主要是收集地圖的空間信息，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、比較，最終形成圖形，并將其存儲(chǔ)起來。而電腦的精確計(jì)算，不但可以讓地圖的準(zhǔn)確度得到很大的提升，而且還可以減少人工工作量。因此，許多工程項(xiàng)目在建設(shè)之前，都會(huì)采用數(shù)字地圖技術(shù)，利用電腦進(jìn)行測(cè)量，不但可以節(jié)省人力，還可以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.3 GPS測(cè)量測(cè)繪技術(shù)

GPS技術(shù)是一種從軍用GPS定位系統(tǒng)衍生出來的技術(shù)，通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以精確地繪制出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，通過GPS接收到地圖上的數(shù)據(jù)，然后通過相應(yīng)的計(jì)算軟件，將這些信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通過計(jì)算軟件，可以精確地反映出地圖的三維坐標(biāo)。GPS技術(shù)的測(cè)量精度較高，不需要進(jìn)入到測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，通過人工操作就可以得到精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，滿足人們快速、高質(zhì)量測(cè)圖的需求。

4.4 數(shù)字地球技術(shù)

“數(shù)字地球”的出現(xiàn)，是科技發(fā)展的必然結(jié)果，需要各方面的技術(shù)支撐，以及各部門的共同努力。比如，將遙感技術(shù)與GIS兩者相結(jié)合。利用遙感技術(shù)，可以獲得精確的地理坐標(biāo)，同時(shí)也能收集、整理被測(cè)物體的空間信息，經(jīng)過電腦的最終整理、篩選、整合，最終匯集到一個(gè)資料來源，其中包含了大量的資訊。然后再用電腦和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將資料上傳到網(wǎng)上，這樣不僅能保存資料，而且還能方便施工單位隨時(shí)查閱資料。

4.5 數(shù)字化測(cè)圖軟件

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字繪圖軟件的數(shù)量也在不斷地增長，這將有助于對(duì)測(cè)距進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改和處理，從而大大地縮短了制圖所需的時(shí)間，從而提高了精度。

4.6 PTK技術(shù)

這種技術(shù)叫做實(shí)時(shí)差分法，是GPS技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，PTK可以在任何地方都達(dá)到毫米級(jí)的精度，這是其他任何一種方法都無法比擬的，其在地形圖上的應(yīng)用，解決了測(cè)量過程中遇到的困難。PTK采用了載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測(cè)量方法。在這種格式下，參考站可以利用數(shù)據(jù)調(diào)整解調(diào)器將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)和位置坐標(biāo)通過電磁信號(hào)傳輸給移動(dòng)基地，該移動(dòng)基地不但可以接收參考站提供的數(shù)據(jù)，而且還可以接收GPS系統(tǒng)的相關(guān)信號(hào)和測(cè)量數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

作為一種能夠廣泛運(yùn)用于建筑施工前期準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)輔助、施工檢測(cè)的技術(shù)，數(shù)字測(cè)繪技術(shù)不僅能夠在測(cè)繪環(huán)節(jié)發(fā)揮充分的作用，在建筑施工整體流程中均能夠?qū)崿F(xiàn)有效的提升以及促進(jìn)。目前，具備較高普適性的數(shù)字測(cè)繪軟件等已經(jīng)逐步得到了應(yīng)用，促進(jìn)數(shù)字測(cè)繪成本進(jìn)一步降低。隨著數(shù)字測(cè)繪的操作要求不斷簡化、成本進(jìn)一步降低、準(zhǔn)確性不斷提升，該技術(shù)對(duì)建筑施工行業(yè)的影響將更為清晰地凸顯。