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現(xiàn)代建筑工程施工測量的核心任務為定位放線,定位依據(jù)點是原始的參考基準,其平面點部分包括平面控制點、建筑紅線樁點。其中,以前者最為常見,其通常被稱為首級平面控制點,所產生的約束作用明顯,能夠直接對大中型項目布設的場區(qū)控制網(wǎng)、小規(guī)?;蚓雀唔椖坎荚O的建筑物施工控制網(wǎng)進行定位。不難看出,校測首級平面控制點具有必要性和準備性,在實踐中同樣面臨方法與精度兼顧的傳統(tǒng)課題。由于校測精度一般都符合規(guī)范規(guī)定的要求,故在實際生產中工作人員習慣直接采取“方便易用、長邊定向”原則設定點的使用性質,并進行測站點、定向點、校核點的定性分布。筆者認為該做法的理論依據(jù)略不足,造成校測的意義停留在可靠性驗證層面。文章從首級平面控制點的校測與使用性質設定兩個方面出發(fā),基于點組形式及本質的詳細分析,對校測的內容、方法、精度進行綜合分析與論述,最終圍繞邊長相對誤差總結出了使用性質設定的關鍵方法。
就建筑施工的具體項目而言,在與業(yè)主單位完成首級平面控制點的成果資料、現(xiàn)場點位兩方面交接之后,應及時開展校測工作,論證點的可靠性、精確性及使用方案等。首級平面控制點實際上是由當?shù)匾?guī)劃部門提供,一般數(shù)量為3個或3個以上,以3個點構成的點組最具代表性。以下針對具體實例展開細節(jié)分析,由于受到多方面因素的影響,施工單位實際接收的點組可以劃分為三類不同的具體形式,如圖1所示。
圖1 點組形式劃分圖
三類點組各有特點,易辨別。三角式點組的特點為三點構成一個三角形,三點能相互通視,可以獲取3個水平夾角和3個邊長;導線式點組非常常見,特點為三點構成1個多線段,首尾兩點不能相互通視,可以獲取1個水平夾角和2個邊長;直線式點組的圖形結構最簡單,特點為僅兩點具備相互通視條件,可以獲取1個邊長。
通過進一步分析發(fā)現(xiàn),三類點組的最大區(qū)別在于觀測邊不斷遞減,同時觀測邊與觀測角數(shù)量相關,本質上反映了相互包含的拓撲關系。導線式、直線式點組理論構成如圖2所示,導線式點組能構成3個多線段,直線式點組能構成3個直線段,具體的連接組合具有唯一性,由現(xiàn)場點位通視條件決定。
圖2 導線式、直線式點組理論構成圖
對于建筑施工首級平面控制點的校測內容,根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標準《建筑施工測量標準》(JGJ/T 408—2017)的要求,外業(yè)是指角度、邊長兩個項目的實測收集,內業(yè)是指角度、邊長、點位三個條件的誤差驗算。它們實際上描述了外業(yè)、內業(yè)兩個視角下校測任務的不同,外業(yè)是為獲取點組中的角度值、邊長值,內業(yè)則為評價點組精度,即角度誤差、邊長相對誤差、點位誤差是否滿足限差要求。三差指標存在線性相關性,角度、邊長誤差大小決定點位誤差大小,綜合起來反映了點組本身的相對精度,但無法評價具有絕對意義的準確度。
根據(jù)校測內容分析校測方法,常規(guī)做法是先使用全站儀測定點組三個點之間的角度、邊長,再進行各項誤差的計算,首級平面控制點的校測限差如表1所示。該方法過程并不復雜,實質是經典的實測校驗法,最終為衡量精度,將實測誤差與理論允許誤差(即限差)比較大小。校測方法涉及全站儀選型、觀測方式及測回數(shù)等,沒有明確的規(guī)定與要求。通過誤差計算論證,確定使用普通型全站儀測定點組的邊角,其角度采用半測回法,邊長采用單向一測回法,成果精度滿足比對、校驗的需求,所產生的影響可忽略不計。
表1 首級平面控制點的校測限差
可以得出以下結論:一是獲取角度、邊長作用明顯,需要進行精確觀測,以更加集中、真實地反映點組精度,絕不能因為測法對儀器、作業(yè)程序的要求不高而忽視各單項測定的精確度;二是內業(yè)三差指標的綜合評定需要先進行準確計算,由于邊長相對誤差、點位誤差略復雜,可基于角度誤差、邊長相對誤差推算得出,可見邊長相對誤差屬于關鍵性指標,應進行重點分析。
真誤差描述的是觀測值與真值或數(shù)學期望之差,不難發(fā)現(xiàn),邊長采用的單向一測回測法使真值或數(shù)學期望不能根據(jù)觀測值計算得出,但能根據(jù)邊長兩個端點的設計坐標進行坐標反算得出,所得水平距離具備條件邊長的已知性,可作為近似真值可替代。另外,根據(jù)相對誤差概念,邊長相對誤差計算還需要界定邊長的觀測值,考慮到邊長測定特殊的單程單次性,此處不宜直接使用觀測值,宜使用近似真值替代觀測值。
基于以上分析,總結邊長相對誤差的計算思路,主要有以下三個具體步驟:(1)應用坐標反算計算邊長的近似真值;(2)計算邊長誤差,即真誤差Δ為與L之差,L為邊長的觀測值;(3)計算邊長相對誤差,其中,最終求出觀測邊的邊長相對誤差,屬于實測性質,與規(guī)范規(guī)定的限差值進行比較即可判斷是否超限。
在建筑施工測量生產中,其實涉及的各個等級或用途的控制點都在不同程度上需要設定使用性質,以首級平面控制點最具代表性。點組校測精度一般都符合規(guī)范規(guī)定要求,且可比較的兩個邊長大致相等,造成定向邊選取具有任意性的特點,但現(xiàn)場采取“方便易用、長邊定向”原則符合測量基本規(guī)則,不可否定其可行性,因此在各點使用性質的設定過程中容易出現(xiàn)一些細節(jié)問題,總結分析如下。
(1)針對三角式點組各點,測站點比較容易設定,通常選擇離建筑場區(qū)較近、方便拓展測量的點作為測站點,能進行后視定向的兩個邊都可保證精度,將長邊方向上的點設為定向點。由于三個點坐標的設計值帶有在理論限差值范圍內隨機分布的誤差,可供選擇的兩個邊長觀測值又帶有作業(yè)過程中產生的偶然性誤差,它們將共同影響真誤差計算數(shù)值大小,加上邊長距離差較小而可忽略相對值計算的影響,進而會影響邊長相對誤差計算數(shù)值大小,因此基于精度衡量,長邊定向不一定是最優(yōu)選擇。
(2)針對導線式點組各點,使用性質設定稍顯復雜,可以選用以下兩套方案:方案一將中間點設為測站點,首尾兩點分別設為定向點或校核點,或者將首尾兩點分別設為測站點或校核點,中間點設為定向點;方案二中的測站點、校核點之間不能相互通視,只有通過測定過渡點才可轉站校核。方案二由于耗時、耗工較少而被采用;通常采用的是方案一,但由于能進行后視定向的邊不唯一,也需考慮是否選用精度更優(yōu)的定向邊。
上述兩個細節(jié)問題在本質上是同一個細節(jié)問題,集中反映了定向邊的選取問題。然而直線式點組則不同,測站點、定向點可以直接設定,后視定向方位具有唯一性,故只重點考查測站點的設定選用,通常采取“方便易用”原則解決,不會面臨選擇難題。定向邊選取從精度視角來看,應進行本身精度的實測比較,這是其內部衡量的一種方式,同樣涉及需要采用合理可行的方法。
定向邊精度的不同決定了各等級各專題平面控制網(wǎng),以及各種定位放線的精確度存在差異,關鍵要在符合精度要求的前提下,進行更優(yōu)精度的選擇,這樣才更有利于控制誤差傳播積累。因此,邊長相對誤差的再利用是將兩個觀測邊對應的邊長相對誤差進行比較、選定,選擇誤差值較小的觀測邊作為定向邊,從理論上表明該邊精確度更優(yōu),相關點的坐標值更接近理論真值。
根據(jù)校測現(xiàn)場條件對各點使用性質進行設定,具體來講是以用途為主要出發(fā)點,考慮可行性、精度等,在測站點、定向點、校核點之間進行合理可行的選擇,其實際影響因素較多,歸納起來體現(xiàn)在以下三個方面:首先,測站點穩(wěn)定性強,方便引測拓展;其次,定向點穩(wěn)定性強,通視條件良好,精度更有保證;最后,校核點穩(wěn)定性強,通視條件良好。根據(jù)影響因素的性質進行深度分析,影響因素可分為可行性衡量因素和精度衡量因素??傊?,應采用綜合比較法,即逐點權定、多面考查,排除可忽略不計的點。
綜合比較法合理、可行,其優(yōu)勢明顯,既能兼顧判斷三種性質的點,又能統(tǒng)籌考慮影響因素。在具體項目中應用綜合比較法,應注意以下兩點:一是先衡量可行性,再衡量精度,在某種意義上可行即合理;二是在精度的衡量過程中采取就高不就低的原則,證明設定合理可行即可。
在建筑施工測量現(xiàn)場,具體定位放線的工作內容多、精度要求高,有必要重視首級平面控制點的校測工作,各點使用性質的設定可當作校測的后續(xù)技術環(huán)節(jié)。技術方法、成果質量相輔相成,有方法論證才會有質量保證。在保證合理可行的前提下,應考查校測方法的精確性與選定方法的精度性,特別是設定最常見的導線式點組各點使用性質,再利用邊長相對誤差,從精度上把握定向邊的內在區(qū)別。另外,綜合比較法并不復雜,在實際應用中可全面考查對象,有所側重。