陆建新 戴立先 冯长胜 孟祥冲
（中建钢构有限公司 广东 深圳 518040）
摘要：结合广州珠江新城西塔工程的钢结构施工，介绍了超高层钢结构施工过程中的测量关键技术，包括坐标系的转换、轴线控制点的竖向传递、倾斜圆管柱安装精度的控制、复杂构件检验、外环梁的精度控制等。
关键词：超高层；测量；坐标转换
1、工程概况
广州珠江新城西塔主塔楼总建筑面积为253076㎡，建筑高度为432m，地上共103层，地下室为停车场和餐厅，地上为办公楼、高级酒店客房、最高处设有直升飞机平台。
塔身平面呈“心”形布置，其外筒平面轮廓由三段大半径和三段小半径的圆弧相交组成，外筒立面呈“鼓”形，由三种大曲面和三种小曲面相互间隔连成一体。本工程外筒由30根钢管柱15个节点，最大的重量是64t，相互斜交形成网格状，通过楼层环向、辐射钢梁与内筒混凝土剪力墙或钢框架连接成一体，形成高耸的空间稳定结构。
2、控制网的建立
2.1、坐标转换
钢结构设计图上所有外框筒节点定位平面坐标均为建筑坐标（x-o-y），原点为内筒中心，即编号为A、B、C的三条轴线的交汇处。
总平面设计图中所有桩点坐标为城市大地坐标，两坐标系旋转夹角为150，按下图所示进行坐标系的转换，统一归化为建筑平面坐标，便于现场测量的快速计算。下图中“X-O-Y”为城市大地平面坐标系，“x-o-y”为建筑平面坐标系。
2.2、二级控制点布置
平面轴线控制点的位置转换方法，首先应以图纸设计的轴线点理论坐标为根据，对原控制点坐标进行测设；然后布网测量并进行平差处理，与理论值比较，当误差在允许范围内时才可以继续上传递。69层转换点位后的内圈测量控制网可以一直使用到屋顶层，详见图69～71层二级测量控制点、主楼71层～98层二级测量控制点布置示意图、主楼98层～屋顶层二级测量控制点布置示意图。
3、控制点的向上引测
竖向引测对接收点组成的控制网进行角度、距离测量，考虑投点存在误差，因此测量的角度和边长与已知存在一定的差异，需进行平差处理，以提高控制点的精度。
3.1、平面轴线引测
上部楼层平面轴线控制点的引测，首先在±0.000m混凝土楼面激光控制点上架设激光铅直仪，垂直向上投递平面轴线控制点，以后每隔54m中转一次激光控制点，（图9 详见标高引测示意图）。为提高激光点位捕捉的精度，减少分段引测误差的积累，制作激光捕捉靶。
3.2、标高控制点引测
地上楼层基准标高点由全站仪从首层楼面竖向引测，每升高54m引测中转一次，54米之间各楼层的标高用钢卷尺延主楼核芯筒外墙面向上量引测。全站仪引测标高基准点的方法如下：
（1）、在±0.000m层的砼楼面架设全站仪，通过气温、气压计测量，对全站仪进行气象改正设置。
（2）、全站仪后视以每隔54m中转一次的核心筒墙面+1.000m为标高基准线。测得仪器高度值，对仪器内Z向坐标进行设置，包括反射棱镜的常数设置。示意如下：
（3）、全站仪望远镜垂直向上，延激光控制点的预留洞口垂直向上测量，顶部反射棱镜放在土建提模架或需要测量标高的楼层位置，镜头向下对准全站仪。由于反射贴片配合远距离测距时反射信号较弱，影响测距的精度，故本工程用反射棱镜配合全站仪进行距离测量。反射棱镜放置示意如下：
（4）、计算得到反射棱镜位置的标高后，用水准仪后视全站仪测得的标高点，计算水准仪高度值，将该处标高转移到剪力墙侧面距离本楼层高度+1.000m处，并弹墨线标识。
4、外筒钢柱安装测量定位技术
测量定位技术主要体现在外筒钢结构，外筒钢柱节点为X形，各层节点的分枝角度不同，所以每一个节点的位置都必须用全站仪进行三维空间坐标定位测量。测量放样总体流程：
测量步骤：
（1）计算上一节将要吊装的钢柱顶中心的三维坐标；
（2）平面和高程控制网点投递到顶层并复测校核；
（3）吊装前复核下节钢柱顶中心的三维坐标偏差，为上节柱的垂直度、标高预调提供依据 ；
（4）对于标高存在误差的钢柱，可切割上节柱的衬垫板（3mm内）或加高垫板（5mm内）进行处理，如需更大的偏差调整将由制作厂直接调整钢柱制作长度；
（5）用全站仪对外围各个柱顶中心进行坐标测量；
a、架设全站仪在投递引测上来的测量控制点上，照准一个或几个后视点；
b、输入后视点、测站点坐标值、仪高值、棱镜常数、棱镜高度值，建立本测站坐标系统；
c、配合小棱镜或对中杆测量各柱顶中心的三维坐标；
（6）结合下节柱顶焊后偏差和单节钢柱的垂直度偏差，矢量叠加出上一节钢柱校正后的三维坐标实际值；
（7）向监理报验钢柱顶的实际坐标，焊前验收通过后开始焊接；
（8）焊接完成后引测控制点，再次测量柱顶三维坐标，为上节钢柱安装提供测量校正的依据，如此循环。
计算三维坐标：
(1)常温条件,不考虑荷载增加引起变形而影响每节柱顶中心点的三维坐标；
(2)按施工顺序，考虑各种因素，主要是荷载增加引起每节柱顶中心点位移。
6、X节点构件进场检查
外框筒由30根巨型钢管混凝土柱斜交组成，共分成17个区域。每个区域由钢管相交成15个X节点，共255个。X节点受力大，构件对接部位多，每端口对接中心控制点之间夹角面多而杂。由于钢结构构件在工厂内加工制造的质量好坏，对钢结构工程的现场安装及整体结构的安全稳定至关重要，因此对构件的精度要求非常高。
6.1、验收原理
采用高精度全站仪，对于每一个构件建立新的坐标系，对关键点位的检测，记录三维坐标，将实测坐标输入电脑并转换为图纸构件同一坐标系,还原实物,将实测构件关键点坐标与构件标准模型以最大限度拟合对齐，得出偏差。
6.2、验收内容
本工程X节点构件构主要测量工作内容包括：钢柱外形尺寸、对构件各关键点位空间坐标进行检测、柱上牛腿和连接耳板。
6.3 、验收过程
6.3.1 钢柱外形尺寸检验
钢柱外形尺寸验收包括钢柱的直径、长度、柱中圆心间距，其中直径和柱中心间距尺寸非常重要，对构件拼装影响大，钢柱直径检查采用钢卷尺，直接量取两对角点（柱口四等分点）距离，（对角点在构件出场时以经用红色油漆笔做出醒目标记）以垂直角度量取两次取平均值，柱的长度及柱中心间距由于构件的特殊性用钢尺检验比较困难，在后面用全站仪检测。
6.3.2、节点测量
本工程测量工作的重点就是节点各连接点测量，它关系着整个建筑的最终成型，由于每个节点上有4个直管柱、6个钢梁的连接分枝，各分枝的位置处于三维空间状态，这构成了节点形态复杂，空间位置各异，因此必须采用三维坐标测量法核对各点的空间位置。
（1）X节点采用三维坐标测量，坐标精度要求非常高，必须配置高精度全站仪，本工程拟选拓普康GPT-7001全站仪作为主要测量仪器，并配反射薄膜贴片。
（2）X节点测量流程
在测量的过程中必须为每个X节点建立单独坐标，使X节点的坐标统一。利于测量控制计算，工程资料的记录、检查。
6.3.3、柱上牛腿和连接耳板、各关键点位空间坐标进行检测
现场单个X型外筒节点构件，周边建立任意坐标系。坐标系建立以方便测量、各控制点相互通视、架设地点坚硬为原则，测站点坐坐标定为（0，0，0）。
在钢柱四等分点拉上磁力线锤确定圆心，拉上磁力线锤后必需再用钢卷尺复查，以保证圆心准确性，然后调节十字架中心激光反射片中心与磁力线锤交点重和。
牛腿测量以牛腿外边中点向内偏移150mm
X节点钢柱三维坐标测量要点
(1) 在地面已建立好坐标系原点上架设全站仪，在节点管口测量点上安放激光反射片；膜片中心与节点上十字中心重合，因膜片厚度＜1mm，全站仪数据面板显示的坐标读数即为该点的实际数值，省略了反射棱镜垂直对中和坐标值换算的麻烦。
(2) 在同一点上，全站仪每次架设高度不可能一致，也没规律可寻，若用钢尺量取仪器中心的高度，则误差较大，不能满足精度要求，因此在正式施测前，对一个已知高程点作Z向坐标的比测，将测得的数据直接在全站仪上进行数据改正。
6.4、偏差核对
6.4.1 将记录实测的节点柱关键点三维坐标（1、2、3、4、5、6号点），并输入电脑。
6.4.2 将实测出三维坐标线模与厂家提供标准三维模型以最大限度拟合对齐，以3号点为起始点，3、1，3、4为起始边对齐，即可捕捉到线模A与标准模型B上的4个管口坐标实际偏差。上面提到的牛腿、连接耳板的位置和角度偏差均可以此体现出来。如下图：
6.5、偏差核对数据
构件坐标偏差核对时，因为是以3号点为起始点，3、1，3、4为起始边对齐，以3号点为基准点，而构件实际偏差定位是以X节点中心交点o为基准点（因构件自身情况特殊性而观测不到），所以在以上得出偏差值必须除以2还原实际偏差值。钢结构施工中，对构件精度要求高，而且验收要求迅速、可靠，不影响施工进度。
传统钢尺测量法是目前钢结构构件验收采用的普遍方法，其原理简单、直观，容易被大多数人所接受，但工作较大，不仅耗费大量的人力、物力，而且效率较低。在高新技术日益发展的今天，全站仪和电子计算机得到了广泛的应用，运用接口技术使二者相连，建立一套完整的全站仪实时测绘系统对钢柱验收检查是非常必要的，西塔钢结构施工中，对常规方法与钢结构实时测量系统进行了比较，结果说明该系统不仅提高了工作效率，而且提高了构件的检查精度。
7、结束
广州珠江新城西塔工程建筑造型独特，外筒巨型钢柱成斜交网格、钢柱角度变化复杂，立面成腰鼓型，此结构体系在国内尚为首次，在施工过程中积累了许多成熟的测量技术，为其他类似项目的测量工作提供了借鉴参考的实践依据。
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