1 工程概况

　　湖北武汉琴台美术馆工程建筑造型起伏多变、若隐若现，建筑仿佛从土里长出，与周边景观自然融入，形成极具互动性、体验性的大地景观建筑。美术馆工程屋盖为自由双曲面密肋梁+实心板结构形式，自由双曲面设计，因任何一块区域的曲率均不一致，形态高低起伏类似山体;屋面建筑为等高线反坎形成的梯田造型，阶梯高度为150mm/300mm，等高线均为不规则曲线(见图1)。

　　图1 屋面造型 

　　2 工程测量放样重、难点分析

　　琴台美术馆屋面造型为任意双曲面，屋面上等高线反坎为不规则曲线，无线形要素，测量计算难度特别大，无三维数据模型提取相应节点坐标，无法完成美术馆工程测量施工放样;而且不规则曲线点密集、三维数据极易混淆、放样精度要求高、测量计算及放样难度巨大。

　　3 研究思路

　　美术馆工程工期短，设计院未提供三维模型;寻找BIM团队建模，有可能跟不上工程施工进度。结合本工程测量放样的复杂难度，针对无规律可循、相应坐标数据无法应用数学公式计算的情况，联合拓普康公司武汉技术中心，应用测量软件MAGNET Field建立工程三维模型，研究应用单人测量系统(索佳测量机器人)IX1001+360°棱镜+SHC5000手簿组合密集放样精度、效率和实用性(见图2)。

　　图2 研究应用工作流程 

　　1)技术支撑MAGNET软件为拓普康定位系统(Topcon Positioning Systems,TPS)公司开发的新一代测量系统。MAGNET系统集成采用云计算技术，实现外业数据采集与内业数据处理的无缝衔接。可实时完成信息交换、数据通信和追踪管理。其中，MAGNET Field是一款处理能力极强的应用软件，支持各种信息数据的输入和输出，根据电子设计图纸及依据导入软件，生成三维模型。

　　2)研究思路先制定可行性研究计划，并对过程中遇到的问题与设计师共同探讨，优化解决方案，确保研究应用效果达到预期目的。

　　4 模型建立及应用

　　4.1 模型建立

　　先整理设计图纸及相关数据，导入测量软件MAGNET Field建立工程三维模型。及时同设计师探讨模型与设计效果吻合性，并根据探讨分析的建议将局部模块优化，改进生成符合设计效果的三维模型(见图3)。

　　4.2 模型应用

　　图3 密肋梁与屋面三维模型  

　　工程三维模型建成后，从模型中提取相应数据，指导测量放样施工。

　　4.2.1 放样数据统计

　　按《施工组织设计》要求，支撑架体选择贝雷架+扣件式钢管满堂架的支撑体系。为满足承载力、刚度及稳定性要求，立杆水平纵、横向间距均为700mm，每个节点处立杆都需定位，且节点高度均不一致，合计约35 000个坐标点。

　　屋盖结构钢筋施工完成后，须在屋盖面筋上放样出等高线反坎中线，屋面等高线为拟合的不规则曲线，共144条，每条曲线相邻点间距1 000mm，点位共24 000个。

　　4.2.2 从模型中导出需要的数据

　　在屋盖模型中提取满堂架立杆高度数据，绘制立杆排版及编号图，编制立杆编号高度Excel表，指导现场施工(见图4)。

　　图4 导出屋面上翻梁(等高线)xy坐标 

　　5 单人测量系统性能特点

　　单人测量系统(测量机器人)索佳IX1001+360°棱镜+SHC5000手簿组合(见图5)性能如下。

　　图5 全站仪+遥控器+360°棱镜 

　　IX1001性能特点:测角精度为1s，测距精度为1+2×10^-6，体积、质量与普通手动全站仪相当;超高转速，转速为180°/s，跟踪速度为20°/s;超长测程，免棱镜测程1 000m，避免换站补测。

　　遥控系统性能特点:RC-PR5是索佳专门为测量机器人IX的单人测量开发的配套产品，主要起到信号中转和放大作用，配RC-PR5的测量机器人IX工作半径达到600m。

　　SHC5000手簿性能特点:SHC5000将室内计算机的处理速度直接用于野外作业的控制管理和无线通信，无线连接蓝牙和wifi为SHC5000的标配，内置GPS模块、500万像素相机、LED闪光灯、8GB闪存以及功能强大的外业数据采集软件，支持所有型号的索佳GPS接收机和全站仪设备。

　　索佳IX1001+360°棱镜+SHC5000手簿单人测量系统数据采集设计操作如图6所示。

　　图6 设计操作简图 

　　索佳IX1001测量机器人配置手簿与棱镜，通过蓝牙与仪器连接，实现单人放样，操作方便快捷，自动存储放样数据，同时可导出生成放样报告，当前点放样标识完自动跳转下一个放样点(见图7)。

　　图7 索佳单人测量系统工作原理流程  

　　索佳单人测量系统:基于索佳最新IX1000系列测量机器人，配以索佳RC-PR5超强蓝牙控制系统，索佳SHC5000手簿及MAGNET Field测量软件，自动照准和自动跟踪测量，由一个人在镜站控制全站仪完成测量工作的测量系统。拓普康公司2019年上半年完成单人测量系统(IX1000系列测量机器人)研发，2019年11月7日在中国测绘地理信息技术峰会(长沙站)展出，计划2020年全面推向市场开拓应用。

　　6 实施应用

　　测量施工选择单人测量系统(测量机器人)IX1001+360°棱镜+SHC5000手簿组合放样与常规全站仪放样做研究对比，从放样需要人数、放样精度、放样时间、内业成图等方面分析研究应用效果。

　　1)常规全站仪测量和索佳IX1001测量机器人测量放样人数对比常规全站仪放样需2人配合作业，索佳IX1001测量机器人放样1人完成。

　　2)常规全站仪测量和索佳IX1001测量机器人测量放样内业成图对比常规全站仪放样完成后，依靠测量员手绘草图，成果质量不好，点位可能会遗漏，不便复核;索佳IX1001测量机器人SHC5000手簿自动生成放样图，点位清晰可见。

　　3)常规全站仪测量和索佳IX1001测量机器人测量放样精度对比常规全站仪放样完成后，可复测1次，储存放样数据，但须一一导出，通过与设计坐标数据对比计算才能知道放样精度，不能自动生成放样精度报告。索佳IX1001测量机器人放样完成后，可从SHC5000手簿中导出自动生成的放样精度报告，数据具有可追溯性;第三方须复核时，直接提交放样精度报告，无须再去现场抽检复核。

　　4)常规全站仪测量放样和索佳IX1001测量机器人测量放样时间对比(1)目标精确照准常规测量放样照准目标先须手动调整仪器方向，再通过对讲机指挥前视目标人员到达预定目标点位;索佳IX1001测量机器人自动跟踪瞄准，手簿自动显示点位，按提示接近目标。(2)目标精确移动至设计点位常规测量1次后，得到实测数据，仪器操作人员须对比设计数据，计算坐标较差，再用对讲机指挥前视人员移动至设计点位。索佳IX1001测量机器人组合放样时，手簿自动显示较差，测量员直接按手簿显示精确移动至设计点位，减少了中间计算和通信时间(见图8)。

　　图8 从手簿中导出自动保存的放样数据及每个点所需时间 

　　由图8可看出索佳IX1001测量机器人组合放样时间:10:31—11:00放样出18个点。统计2019年12月3—4日在屋盖施工放样点数及时间相关数据如图9所示。

　　图9 放样效率对比 

　　常规全站仪和索佳IX1001测量机器人在不同的控制点架站，同时各放样1个点，相互复核得到的结果是点位坐标较差符合要求，精度一致，常规全站仪耗费的时间接近索佳IX1001测量机器人的3倍。通过对比常规全站仪和索佳IX1001测量机器人同时放样时间及效率，索佳IX1001测量机器人放样所花时间少，明显效率更高。

　　7 结语

　　从模型提取数据，按需要放样指导现场施工，达到设计预期效果。同时，后期安装系统的声、光、电、水及外墙幕墙装饰均能借鉴应用，可提前排查出各专业线路设计与施工的定位差异，对发现的图纸相关问题提出会审变更建议，提前编制相关专业施工前期预案，用于指导工程整体施工策划与研究。

　　对于放样点少或直线放样等难度不大的测量施工放样，普通全站仪和索佳IX1001测量机器人组合放样效率差异可能不明显;针对曲线线形复杂、点位密集、造型奇特、测量放样难度大的工程，如机场航站楼、医院、会展中心、大型场馆、高铁站、大跨度钢构屋面、大坝监测等，应用索佳IX1001测量机器人组合放样效果更好。