王 雷，司海燕，劉 妍

（1.黑龍江第一測繪工程院，黑龍江 哈爾濱 150081；2.黑龍江工程學(xué)院 測繪工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050）

隨著國家城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑越來越多，人們對城市居住環(huán)境，尤其是住宅日照需求越來越重視，隨之產(chǎn)生的關(guān)于日照需求方面的法律糾紛事件也屢見不鮮。在目前有限的城市用地空間中，日照需求也對城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)部門充分利用建設(shè)用地、提高容積率增加了難度，詳細(xì)精確的日照分析工作是避免以上問題的重要環(huán)節(jié)和參考依據(jù)。日照分析就是通過相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，模擬日照時(shí)間的一項(xiàng)工作。日照分析涉及到時(shí)間、地域、建筑造型等多種復(fù)雜因素，要將這些相互影響的因素綜合起來進(jìn)行人工精確計(jì)算分析是非常困難的［1］。2009年國家測繪局制定的測繪資質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)將日照測量作為工程測量的一部分，是指為規(guī)劃管理日照分析提供測繪數(shù)據(jù)的測量活動。

目前，進(jìn)行日照測量的方法包括三維激光掃描、近景攝影測量和全站儀法?；诂F(xiàn)今三維激光掃描技術(shù)特別是點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)和軟件尚不成熟，三維激光掃描儀動輒數(shù)十萬甚至百萬的價(jià)格，在城市日照分析測量中作為一種常規(guī)方法尚不現(xiàn)實(shí)［1］。多基線近景攝影測量［2］雖能夠滿足建筑立面測量的精度，但無法滿足地形圖的測量，且設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，因此，也不適宜日照測量這種小型工程測量工作。利用全站儀進(jìn)行建筑物擋光測量十分便捷，避免了測量人員登高作業(yè)，克服了用鋼尺丈量有時(shí)無法作業(yè)的困難［3］。

綜上所述，目前日照測量工作主要還是采用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，全站儀數(shù)據(jù)為點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，傳輸簡單，內(nèi)業(yè)工作可借助南方CASS軟件或其它數(shù)字成圖軟件成圖，圖形文件為CAD格式，可直接提供給日照分析計(jì)算軟件進(jìn)行處理。

1 全站儀日照測量原理

1.1 三維坐標(biāo)測量

全站儀為具備電子測角、電磁波測距及相應(yīng)計(jì)算程序的電子測量儀器［4］，目前的全站儀一般具備免棱鏡測量、三維坐標(biāo)測量、懸高測量等多種功能，操作簡單，精度高，可靠性好。三維坐標(biāo)測量原理如下：

如圖1、圖2所示，控制點(diǎn)A為測站點(diǎn)，B為定向點(diǎn)，P為未知點(diǎn)（即A、B點(diǎn)坐標(biāo)已知）。首先將全站儀安置在A點(diǎn)，量取儀器高i、棱鏡高v，選擇全站儀的三維坐標(biāo)測量模式，將i，v輸入全站儀，在定向檢核無誤后，照準(zhǔn)P點(diǎn)處的棱鏡，按下測量鍵后全站儀通過計(jì)算程序就能直接顯示并存儲P點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

圖1 全站儀平面坐標(biāo)測量

圖2 全站儀三角高程測量

公式為

式中：S為斜距，θ為豎直角，α為方位角。

1.2 懸高測量

所謂懸高測量，就是測定空中某點(diǎn)的高程或距地面點(diǎn)的高度［5］。

懸高測量原理如圖3所示：首先把反射棱鏡設(shè)立在欲測目標(biāo)點(diǎn)P的天底P0點(diǎn)（即過目標(biāo)點(diǎn)P的鉛垂線與地面的交點(diǎn)），輸入反射棱鏡高v；然后照準(zhǔn)反射棱鏡鎖定全站儀的水平制動螺旋，進(jìn)行距離測量，再轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)P，便能實(shí)時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn)P至地面點(diǎn)P0的高度H，公式為

圖3 全站儀懸高測量

式中：v為棱鏡高，S為全站儀至反射棱鏡的斜距；θ1和θ2分別為反射棱鏡和目標(biāo)點(diǎn)的豎直角。

2 大比例尺地形圖及建筑平面圖的測繪

2.1 周邊地形圖測繪

大比例尺地形圖的測繪應(yīng)符合《城市測量規(guī)范》中城市工程測圖部分的建構(gòu)筑物誤差要求的規(guī)定，同一般的地形圖測繪不同之處在于，日照測量地形圖只測繪涉及日照分析的遮擋、被遮擋建筑相應(yīng)關(guān)系及周邊主要交通，不必測繪地面上其它附屬要素，如交通附屬設(shè)施、管線附屬設(shè)施、植被、獨(dú)立地物等。成圖比例尺可采用任意比例尺而不必完全按照國家標(biāo)準(zhǔn)比例尺，坐標(biāo)系也可采用假定坐標(biāo)系，但一定要標(biāo)明真北方向。

2.2 建筑物平面圖的測繪

主要測繪遮擋、被遮擋建筑主體、房頂及其附屬結(jié)構(gòu)（日照計(jì)算所必需的部分）的平面圖，并用大比例尺地形圖圖式符號進(jìn)行表示。

測量建筑物主體時(shí)應(yīng)盡量使用小棱鏡，立鏡點(diǎn)盡量按統(tǒng)一的方法立于建筑物特征點(diǎn)上，對于建筑物隱蔽點(diǎn)宜采用鋼尺丈量的方式進(jìn)行勘丈測量，對實(shí)在無法直接觀測的隱蔽點(diǎn)可使用全站儀的免棱鏡功能，但要注意照準(zhǔn)目標(biāo)的誤差控制［6］。

建筑物房頂?shù)臏y量主要針對遮擋建筑物進(jìn)行，被遮擋建筑物房頂（閣樓、影響自身日照的結(jié)構(gòu)除外）不需要測量。對影響日照效果的房頂結(jié)構(gòu)如突出的樓梯間、水箱、造型、挑廊應(yīng)精確測量，對構(gòu)造復(fù)雜的造型輪廓可用近似的包絡(luò)圖形繪制。

建筑物附屬結(jié)構(gòu)的測繪主要針對陽臺、室外樓梯、檐廊進(jìn)行，遮擋建筑物可根據(jù)相對位置只測量與被遮擋建筑物相關(guān)的一面，被遮擋建筑物只測量主體外與遮擋建筑物相關(guān)一面的各種陽臺及檐廊等，也就是遮擋建筑物著重測量產(chǎn)生陰影的部位，被遮擋建筑著重測量進(jìn)光的部位，露天陽臺、封閉陽臺要區(qū)別繪制。

2.3 內(nèi)業(yè)成圖示例

以某日照測量工程為例，根據(jù)以上要求，繪制建筑物及周邊地物平面圖如圖4所示，平面圖除精確繪制圖形外，還要注記樓名、正負(fù)零點(diǎn)、建筑物高度（相對正負(fù)零點(diǎn)）、周邊道路的路名、真北方向等。

圖4 建筑物及周邊平面

3 被遮擋建筑立面圖的測繪

遮擋建筑物不需要測繪立面圖，只標(biāo)明相對正負(fù)零點(diǎn)的高度，被遮擋建筑物才需要測繪立面圖，主要是測繪被遮擋建筑物的門窗，并精確測定其大小及高度。棱鏡無法到達(dá)的高層門窗可采用懸高測量的方法。全站儀的架設(shè)位置盡量離要測量的建筑立面有足夠的距離并架設(shè)在正面，可以避免懸高測量中望遠(yuǎn)鏡無法瞄準(zhǔn)高層門窗的上下邊界情況，可以不受封閉陽臺突出部位遮擋視線的影響。

3.1 室內(nèi)地坪高度的選取

一般選取被遮擋建筑物的室內(nèi)地坪為正負(fù)零點(diǎn)，若被遮擋建筑不止一座，一般選擇相對較低的建筑室內(nèi)地坪，注意一旦正負(fù)零位置選定，所有日照測量范圍內(nèi)的建筑物相對高度均要以此為準(zhǔn)。

3.2 門窗定位的要求

被遮擋建筑物的門窗是陽光進(jìn)入室內(nèi)的路徑，因此在建筑物主體精確定位的基礎(chǔ)上，應(yīng)更精確地測量每層門窗的具體位置，由于離地面高度低于0.5m的門窗面積不計(jì)入采光面積內(nèi)，日照時(shí)間計(jì)算起點(diǎn)為底層窗臺面是指距室內(nèi)地坪0.9m高的外墻位置［7］，所以在實(shí)際測量中對不同的門窗要區(qū)別對待。

對于門窗在水平方向的距離可使用全站儀逐邊進(jìn)行測量，亦可使用鋼尺逐邊進(jìn)行勘丈，垂直方向可采用懸高測量的方法，使全站儀十字絲橫絲瞄準(zhǔn)門窗的上下邊緣進(jìn)行測量。由于建筑物建造誤差、儀器觀測誤差造成的相關(guān)門窗大小、高度不一致等情況，可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，取多個(gè)相同規(guī)格門窗大小高度的平均數(shù)作為最終結(jié)果。

3.3 內(nèi)業(yè)成圖示例

根據(jù)以上要求，繪制被遮擋建筑物立面圖如圖5所示，立面圖除精確繪制圖形外，還要注記樓名、正負(fù)零點(diǎn)、每層門窗底邊及樓頂?shù)母叨龋ㄏ鄬φ?fù)零點(diǎn)）等。

圖5 被遮擋建筑立面圖

4 結(jié)束語

日照測量在城市規(guī)劃和建筑糾紛調(diào)節(jié)中具有特殊意義，本文詳細(xì)介紹了日照測量的方法及其在實(shí)際工作中的注意事項(xiàng)，日照測量雖屬于工程測量的范疇，但與常規(guī)的工程測量相比有著自身的特點(diǎn)，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)成圖方面有著特殊要求，工作的性質(zhì)影響到一個(gè)建筑物的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及個(gè)人切身利益，與人們居住環(huán)境需求息息相關(guān)。鑒于當(dāng)前日照測量還沒有一個(gè)具體詳盡的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，筆者只是從實(shí)際工程出發(fā)對日照測量的常規(guī)手段和方法進(jìn)行介紹，結(jié)果證明利用全站儀可以滿足日照測量中的平面、立面測量。

同時(shí)必須指出，日照分析工作除上述利用全站儀進(jìn)行日照測量獲取的建筑物平面圖、立面圖外，還需要測區(qū)的天文經(jīng)緯度及真北方向，天文經(jīng)緯度一般直接采用城市經(jīng)緯度，真北方向可采用陀螺經(jīng)緯儀直接測量［8］、地磁測量［9］、太陽高度法［10］、已知控制點(diǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等方法確定，本文不再贅述。

［1］陳永星，王蕾.建筑物日照分析測量研究［J］.中國科技信息，2012（16）：52－52.

［2］丁進(jìn)選，王斌.多基線數(shù)字近景攝影測量在建筑立面提取中的應(yīng)用［J］.測繪通報(bào)，2012（6）：47－50.

［3］曾邵文.免棱鏡全站儀在日照分析測量中的應(yīng)用［J］.中國市政工程，2009（4）：55－56.

［4］孔祥元.大地測量學(xué)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

［5］鮑建寬，李秀海，朱繼文，等.大地測量學(xué)［M］.哈爾濱：哈爾濱地圖出版社，2008.

［6］張立群，趙仲榮，袁樹才，等.免棱鏡全站儀在建筑物傾斜監(jiān)測中應(yīng)用與分析［J］.測繪工程，2011，20（2）：57－59.

［7］中華人民共和國建設(shè)部.GB 50180－93（2002）城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［8］周召發(fā)，常振軍，張志利.擺式陀螺尋北儀快速尋北的時(shí)差逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法［J］.探測與控制學(xué)報(bào)，2012，34（4）：64－66.

［9］徐家琨，王雙喜，汪平，等.海島礁地磁測量時(shí)短邊真北方位角的確定及精度分析［J］.海洋測繪，2012，32（2）：15－17.

［10］張小平.簡析太陽真方位角的測定［J］.山西建筑，2012，38（36）：219－220.