公路工程施工边桩定位方法的创新
新闻来源：未知 作者：admin 发布日期：2017-04-24 17:59
李伙穆 颜庆陆
0 关键字： 边桩、方法、软件、效益
0 摘 要： 操作时无须基础数据输入，施工定位、计量、检测、做“内业”资料快捷、准确、方便。提高工效、缩短工期，经济效益显著。
the innovation of orientational technique of border peg
in the construction of the road
Key Words: border pile, methods, software, benefit
Abstract: When in operation, there is no need to input the base data. The running of the construction localization, the measurement, the examination and making the " industry inside " record is quick, accurate, and convenient. The work efficiency can be enhanced, the time for a project reduced, and the economic benefits is remarkable.
在公路建设的施工中，要求具有高标准的施工质量和工期进度，而测量定位的工作是走在第一步，如何提高测设定位及成果处理能力是工程技术人员长期以来积极探索，有待深入研究的重要课题。
施工初期，施工单位都是按设计图纸提供的资料，按拟定的路中线在野外的施工现场做好中桩定位工作，不依靠确定好的中桩位置，后续的一切工作就不能连续进行，但定位后的中桩位置在施工机械进入施工场地，土石方一经开挖或回填时，其标记随后就被挖掉或掩埋，这样的过程又是不可避免的，施工人员既要不辞辛苦定好这些桩位，又要忍痛割爱挖掉或掩埋这些标记，而需要时（检测与计量）又要在变化后的工作面上再一次重新测设确定各个中桩点位，在整个施工阶段工作中，恢复中桩的经历是要反复多次。是否有其他方法能更好地解决这方面的问题？
针对上述情况，我们设想改变中桩定位过程的次序，摸索、探讨边桩定位的新方法。要得到边桩的计算数据，就是要求出路线上某一横断面路中线两侧坡口点、坡脚点位置的坐标值和高程（X、Y、Z）。我们从公路路线走向形成的平面几何关系深入考虑，明确其变化的主要因素是由于起始点（计算位置前一小段路线距离的位置）与计算位置（终止点）两组路中线的坐标值来确定的，计算时取出这两组路中线的坐标值（原来的终端数据）作为判断的条件，按 X0、X1 值的大小，Y0、Y1值的大小进行比较，并按公式 tg（ii）= ( X0 - X1 ) / ( Y0 - Y1 ) 计算出路线走向的倾角，确定计算位置该路线走向的具体方向，也就是确定了该小段路线在四个象限中某一象限的象限角，然后再从计算的路线位置（桩号）横断面图中取出二维的数据（如路线横断面路中线两侧坡口点最大X值、最小X值；坡脚点最大X值、最小X值），一共要经历四次取值，通过计算公式计算四轮，就能得到该路线横断面图路中线两侧坡口点、坡脚点四个三维数据的大地坐标值。
为了实现快速、自动计算；实现计算内容系统化；实现数据图象化、图象数据化的直观显示，我们注重研究设计图纸的基础数据如何与三维空间的地理信息结合，注重研究在计算中相关数据被采用后演变过程的变化情况，注重研究设计数据终端值如何再利用，抓住运算过程变化的规律，利用计算机编程的技术，将设计图纸的基础数据存储到计算机内的数据库，将需用的计算公式集成在运算流程的框架内，设置数据信息与图象信息自动转换处理的模块，解决了在计算机内能自动读出图象的数据并将设定的路线各横断面和纵断面直观显示在屏幕上的技术难题，这一过程是将工程技术按设计思路在计算机实现可视化效果关键的一部分。我们将软件运行流程分为三大部分，即：数据录入部分、汇总计算部分、窗口显示部分。录入部分是作为信息装载的通道和资源安置的载体；汇总部分是图象与数据互相转化及各部分数据元与相对应计算公式汇集的中间阶段计算内容，其计算值（公用性）是方便于显示窗口在二次计算时直接调用；窗口显示部分是使用者调用需求的内容时（在调用瞬间进行需求功能的细化计算）显示计算数据或图象内容的终端界面。窗口显示部分每一项功能都是边桩计算整个系统的组成部分，相关的计算内容都是与定位、数据检测、自动计量有关，其智能化的数据及图象显示都是按如上所述的数据分析建立的运算流程才得于实现。计算系统经过不断的完善和优化处理，工程中各项技术难关的突破，为工程需求内容在运行显示窗口实现“人机”对话提供了很好的处理平台。为了操作应用的方便，我们在运行窗口设置为无须输入基础数据的界面，运行程序时几个步骤就能达到定位、检测、计量的目的，大大地简化了计算与定位的复杂过程，计量的数据无须手工作业和多次周转就能得出结果，业主、施工单位、监理不易争议，易于确认。设定的目的逐一得到实现后，我们将工程实例装载在程序中经过几十次的调试运行，需求的数据都能正确显示。后来我们将该成果资料在福建尤溪县至南平市公路工程建设项目等施工工地直接应用，经历工程实践检验，计算数据均能与实际情况相吻合，终于达到了预定的目的。
以下是在实际工程中应用“边桩定位”软件解决具体问题的实例。
泉州力高集团承建的福建尤溪县至南平市公路工程源湖中桥，位于河道支流与主河道的交汇处，是一座斜交、两桥墩（四支20多米高，直径各一米的立柱）的三跨高架桥（桥面的预制T形梁，每根30多吨重、20米长，吊装就位时，对各柱垂直度、各柱墩之间的尺寸精确度要求很高）。施工现场峡谷险要、水流湍急、地形复杂，施工初期，在两桥台及其他位置置镜测量，确定河中各柱中心位置的难度很大，一个测设施工组几经努力，用去6天时间仍未达到预定的目的，时间短、任务紧，几十个工人及所有设备都等待测设定位的结果。我们悉知情况后赴工地现场参与工作，确定测设方法，采用“边桩定位”软件进行计算，将输出的数据直接用于桥墩柱中心的定位及高程确定，只用半天时间就完成测设任务。施工技术人员将该方法及计算数据应用在整个施工过程，确定各柱每次翻模爬升后的中心位置及各点高程，大大提高工作效率，保证工作质量，为提前完成施工任务抢得宝贵时间，为此工程建设部门的领导和工程技术人员对此感触很深，给予我们的工作很高评价。
公路施工的特点是野外作业工作量多、时间长、专业性强，前期的施工定位是没有办法实现自动化、机械化。工作人员在各种地形地貌表面进行测设，设置在路线上的弯道、上下坡、超高等等内容，都脱离不开平面的定位和高程控制，在技术交底，现场定位，工序交替，施工检测，路况质量检验，中间计量等具体工作都必须要做大量的数据计算。但野外作业，若干计算结果时效性很强，不可能在现场为采集一个数据，而在工作面上停留很久时间。“边桩定位”技术在施工现场的应用，能快捷、方便、准确地提供需要的可靠数据，“心想事成”地满足施工工作中许多需求的计算内容。
采用“边桩定位”方法在公路施工应用的优点：
1．如采用卫星（GPS）定位，施工前期控制点、交点、转点布设的测量工序和设置标志的工作内容均可取消，而直接进行“清表”界限的测量及左边桩、右边桩、中桩定位。定位时可由室内控制台指挥野外移动的标杆定位，一个控制台可指挥十几个标杆点定位，效率很高。
2．野外施工定位，由标杆任意位置的 X、Y、Z 值就能够快速确定左边桩、中桩、右边桩位置，并显示该位置路线桩号。在任意站点位置测定任意桩号位置，无须携带图纸（册），一次置镜，一步到位，定位后的标记不会被挖掉或掩埋。
3．施工检测时，屏幕能快速显示已挖（填）、未挖（填）的高度、宽度、面积、体积。施工作业的机械位置、检测位置与路面高程、边坡界限位置非常明确，施工管理非常方便。
4．工作人员可将现场采集的数据导入计算机，通过数据、图象转化模块的处理，计算机能够自动计算各桩号位置已完成、未完成挖、填的工作量，各阶段的中间计量能够“无纸化”快速、准确记录下来并存入数据库，供查询调用。
做横断面复测的“内业”时，导入采集的数据后，计算机处理系统能快速将各桩号数据转化为图像并自动拼接在原来各桩号横断面图上，即“增加新的”、“保留旧的”；“新、旧”的工程量自动计量完成。屏幕上显示的内容非常直观；做“内业”取得必备的资料非常容易；查询、打印非常方便。程序的这一项功能改变了施工初期工程技术人员都要经历白天野外复测作业，晚上加班加点做“内业”的状况，通常对各桩号横断面有变化的情况需重新绘制横断面图及进行繁杂、重复性数据计算的工作都可以省略掉。
5．运行程序，能够将整段公路按“三维”的效果展现出来，能够从任意角度非常直观地显示各路段立体景观。施工时工程技术人员可以从立体图形中观察路段变化的情况。
“边桩定位”软件在公路工程建设中的创新点：
1．将科技成果资料转化为计算机软件产品
2．改变长期以来采用中桩放样的方法。提高工效、缩短工期，经济效益是非常显著。
3．应用于一个工程项目，几家管理部门（施工单位、业主、监理部门）可共用数据源、共享计算成果，成果数据具有科学性、唯一性、长久性，公用性和可追溯性。
4．应用界面不必输入基础数据，可以直接调出各路段、各桩号的相关信息，实现“傻瓜化”操作，非常适合各阶层管理部门、不同文化程度、不同专业技术的工作人员使用。
“边桩定位” 软件可提高工作效率产生经济效益：
采用“边桩定位”的工作效率是中桩定位的十几倍以上，每天的产值可达20000多元，净节省资金可超过15000多元。按福建省当前已完成高速公路1044公里和2000多公里的省道二级公路计算，可节省1500多万元（其中节省工程建设资金投入1000多万元，施工企业与软件业可增收创利500多万元）。按现在年完成公路路线800公里的施工进度，其中只要有2/3的路段采用新方法施工，其经济效益是不少于250万（其中每年可节省工程建设资金投入150多万元，施工企业与软件业可增收创利100多万元）。如在全国各省份推广应用，其经济效益就更可观。
该成果资料的核心部分是1999年12月通过交通厅技术鉴定为科技成果的内容（闽交科鉴字[1999]第009号），并已取得国家版权局软件版权保护认证（软著登字第004667号），该论文成稿后曾委托泉州市科委科技信息研究所查新，结论是“国内未见具备本项目采用的计算方法及实现软件运行的功能”。
泉州市土木建筑学会
2011年12月19日
