大型壁画放样方法与实践

田海勇

(洛阳规划建筑设计有限公司，河南洛阳 471000)

大型壁画放样方法与实践

田海勇∗

(洛阳规划建筑设计有限公司，河南洛阳 471000)

从项目特点、实施方法、作业步骤等多个方面，对大型壁画测量放样方法进行分析论述，提出了应用测量技术处理空间图形放样问题的简便方法。

复杂建筑；大型壁画；放样；空间图形点；数学模型；放样参数；划线模板

1 引 言

随着城市的发展，复杂造型的建筑物越来越多，对建筑物的观赏性要求也越来越高，其中，在大型复杂建筑物外表面绘制巨型壁画是近年来非常流行的设计。传统壁画的制作一般由美工设计后，采用比例放大的方法，先设计好方格网，按比例将方格网绘制到墙壁上，再由专业美工分块完成。这种方法有两个明显的缺陷:一是对作业人员要求高，不仅要懂美术，而且要有高空作业的技术，作业成本高，作业周期长；二是受空间局限较多，临摹的效果不十分理想。

在生产实践中，我们发现利用现代测量技术，由测绘人员代替美工进行现场放样效果比较好，不仅能够精确地进行细部放样，完美地反映和体现设计的构思，而且可以降低高空作业的成本，大大节约工期，并且受空间约束较少。测量放样的基本出发点是空间坐标定位技术的应用，采用全站仪可以方便快捷地放样各种复杂的空间图形和曲线，精度可以实时控制。

本文结合工程实例，对大型壁画的测量放样方法进行分析和论述，提出处理该类问题的基本思路和简便方法。

2 工程概述

宝龙城市广场是洛阳市新区的标志性建筑，由大型商业中心、豪华写字楼、高层商住楼、大型公寓等几部分组成，总建筑面积100多万平方米。其中，大型公寓由2栋高层建筑组成，平面呈圆弧形对称布置，是整个广场的门脸，凤凰图案的大型壁画是整个设计构思的点睛之笔，壁画放样测量是大型壁画绘制的关键技术，如图1所示。

设计有壁画的公寓高20层，东西两栋楼对称布置，每栋楼建筑尺寸为104 m×18 m，平面呈扇形。南侧、北侧墙面设计为凤凰图案，对称分布，共4幅图案。凤凰图案采用外墙涂料绘制，底色为白色，图案以蓝色为主，中间有黄色彩带，上部“羽毛”为卷曲图案。图案基本布满整个墙面，图案高度60 m，展开长度104 m。凤凰图案详图及其细部放样涉及特殊工艺，要求保证放样后图案不变形，保持原设计的观瞻效果。

图1 壁画设计效果图

3 放样原理及流程

3.1 图纸分析

设计单位提供了单体平面图、立面图和平面布置图，其中，立面图上标出了“凤凰”图案底稿。

根据图纸设计，公寓内墙面圆弧半径为392.28 m，外墙面圆弧半径为410.12 m。两栋公寓结构对称，细部尺寸完全一致。4面墙体上的“凤凰”图案大小一样，均沿弧形墙面由大门一侧向外延伸。

设计方提供的图件中，没有对“凤凰”图案提出明确具体的坐标、标高、角度和细部尺寸，所需尺寸均须从电子图件上量取。从电子平面图上可以查到外墙平面尺寸的数据，以及墙面的平面数学关系。立面图为展开图，长度尺寸为圆弧长。平面图和立面图没有直接的对应关系，细部点位不能直接对应起来，如图2所示。根据图纸，需要进行解算，将要放样的点位三维坐标确定下来。

图2 设计样图

3.2 放样方法及流程

根据设计尺寸建立数学模型，并根据图案特点设计细部放样模板。采用全站仪扫描和放样特征点，放样点位置偏差应≤±50 mm。特征点放样后，利用不同的模板实地绘制轮廓线，完成图案底稿。外墙装饰施工时根据绘制好的图案轮廓线进行涂色，完成图案(具体流程如图3～图7所示)。

图3 壁画放样基本流程

图4 数学模型建立

图5 测量控制基准建立

图6 图案特征点放样

图7 图形绘制

3.3 测量要素及主要技术精度指标

(1)建立数学模型

包括图纸分析、实地检测、三维坐标模型建立、放样参数计算、测量系统设计、划线模板设计。为保证数字化测量的严密性，数学模型精度应该严格得到控制。实际建模精度按±1 mm控制，所有计算全部在计算机上完成。

(2)建立测量控制基准

包括临时控制网设计与测量、实际建筑位置及尺寸检测、控制点三维坐标设计与转换、控制基准点参数计算、基准点设置、控制网检测、放样参数复核等。

控制点测量采用导线和三角网相结合的复合网，测量精度为:边长测量中误差≤±5 mm，水平角测量中误差≤±6″，竖直角测量中误差≤±5″。

(3)图案特征点放样

根据图案特征，将图案分A、B、C、D、Y共5层，每幅图案特征点约400个，4幅图案共需要放样约1 600个空间点位。考虑到图案在实地的不连续性，以及划线方便，相邻特征点间距均不超过2 m，放样点均以点对的形式出现。

放样时采用测设方位角和竖直角的方法控制投点位置，用实测距离和高差的方法与理论值进行比对，采集放样点三维坐标作为检查结果。

实际放样精度按点位中误差≤±20 mm进行控制，考虑到各种因素，放样后最大点位误差可以控制到±50 mm以内。

(4)图形绘制

根据放样好的特征点，采用特制的模板划线，组成图案轮廓。经初步检查连线无误后，沿蓝色区域一侧用蓝色涂料将图形轮廓线勾画出来，划线宽度为5 cm。从远处对图案形态进行确认，满足要求后再进行粉刷施工。图形绘制有误，或者需要变更时，在最终上色前进行修改。

划线模板为特制的大型曲线板，对应于每种曲线制作大小两种型号的模板。采用划线模板可以精确地画出轮廓线，只要区分清不同的曲线段，采用相应的模板即可。

4 数学模型建立

4.1 平面坐标系选择

根据图形特征建立施工坐标系。如图8所示，以图形对应的圆心为坐标原点O1，D、E区对称中心线为A轴，向右垂直方向为B轴。D、E区坐标数值相同，B坐标符号相反。放样时，只要计算出一侧的坐标参数，就可以直接推算出另一侧的坐标参数。

坐标系设计好后，需要在现场进行检测，保证设计与实地一致。由于存在施工偏差，实际尺寸及点位位置会有变化。理论上4个面应为一个统一坐标系，实际上并不能附合很好。为了简化计算，使四个面参数统一，在实际操作时，以每个面实测数据为准，分别独立建立控制模型，即建立4个坐标系:D－O1AB、DO2AB、E－O1AB、E－O2AB。其中，O1、O2理论上为同一设计点位，实际上存在施工偏差，应区别对待，例如:D－O1AB坐标系定位以D1D2面实际位置确定，D－O2AB坐标系定位以D3D4面实际位置确定。

图8 施工坐标系

4.2 控制模型建立

以选定的平面坐标和设计的施工标高为坐标系的3个轴，建立三维坐标系。坐标分别以A、B、H表示。其中，H坐标从施工标高±0.00 m起算。

在室内进行放样设计时，以理论值进行参数计算，坐标系实际位置经现场实测后根据建筑物实际位置确定。具体实施步骤如下:

(1)先任意假定一个坐标系O－XY，统一测定D1～D4、E1～E4点的坐标，并在实地以假定坐标系建立首级控制网。如图9所示，L1～L6为首级控制点。

图9 首级控制网

(2)根据实测的D1～D4、E1～E4点坐标(X，Y)以及圆弧半径验算图形参数，检查各弧线段弦长与理论值是否一致。

(3)分别以D1、D3、E1、E3点在O－AB坐标系中的理论坐标为基点，以理论圆心和理论半径为图形参数，根据各弧线段实际弦长解算出D2、D4、E2、E4点的施工坐标(A，B)。

(4)根据D1～D4、E1～E4点的施工坐标(A，B)，采用距离前方交会的方法，反算出对应弧线段位置的首级控制点的施工坐标(A，B)。如图9所示，L1－E3－E4、L2－D4－D3、L5－E2－E1、L6－D1－D2分别对应于4个施工坐标系。

(5)利用首级控制点，在各个施工坐标系中分别放样拟定位置的施工基准点。以D－O1AB坐标系为例，在L6点上设站，后视D1点，放样出弧线段D1－D2对应的施工基准点K1、K2。

(6)各个弧线段的施工基准点放样完成后，在实地做好标志。

(7)采用三角高程测量方法，以施工±0.00 m为基准，按四等高程测量的精度，连测施工基准点的高程。

图10施工基准点平面布置图

图10 为施工基准点布置图，表1为施工基准点在各自坐标系中的三维坐标。

施工基准点坐标成果 表1

4.3 图形点坐标参数计算

原设计图给定的图形点坐标为弧长S和标高H，需要转换为测量坐标。

如图11所示，已知圆心O点坐标为(0，0)，基点M坐标为(A0，B0，H0)，基点M到圆心距离为R0，起算方位角为OM边方位角E。主要参数计算公式如下:

图11 参数解析关系

以上参数采用Excel程序表格自动计算，计算时要注意弧度转换和方位角正负值。对于不同的弧段，计算方法相同，只需输入不同的基点坐标、圆弧半径和起算方位角即可。

4.4 放样参数计算

放样参数以测站点为起算依据，主要有放样点方位角、水平距离、竖直角(天顶距)、垂距。仪器高度预先设计好，仪器中心坐标为已知参数。根据图形点的坐标(AP，BP，HP)和仪器中心点的坐标(AK，BK，HV)，可计算出各种放样参数。计算公式如下:

其中，仪器标高HV＝HK＋i(i为仪器高，HK为测站点标高)。

采用Excel程序表格将各测站对应的所有图形点放样参数全部计算出来，现场只需按设计高度架设好全站仪，即可按数据表逐一放样点位。

放样点间距以能够实地画线为准，以不超过2 m为宜。设计点位时，不仅要考虑间距，还要考虑窗口、阳台、飘窗、檐板等影响画线的因素。

根据图形设计，每幅图案放样点分5个层次布设，分别为A、B、C、D、Y。表2为部分点位的放样数据。

图形点放样参数 表2

4.5 划线模板设计

图案由各种大小的圆弧组成，为了减少放样工作量，准确方便地划线，采用五合板制作成各种大小的弓形模板，对应于弧线编号，对模板也进行编号，以方便实地辨别和使用。

使用划线模板时，只需将弧线上2点对齐模板曲线一侧，沿着模板画出曲线即可，如图12所示。

图12 划线模板使用

5 图形特征点实地放样

放样时，按层次分别进行，一层一层逐点放样。主要作业步骤如下:

(1)按设计位置设置仪器，并保证仪器设在固定高度。

(2)设置测站参数，进行已知特征点符合(坐标、标高、边长、方位、竖直角)，检查参数符合要求再开始放样其他点。

(3)报点号，设置方位、天顶距，固定仪器。

(4)指挥投点、作标记、写编号。

(5)每隔一定间隔(5点～10点)采用棱镜测距检查，记录平距、垂距，并与设计值比较。

(6)每隔一定间隔(10点～20点)回起始方位检查，记录符合方向，超过60″该回合返工重测。符合差小于30″，可以不调仪器继续放样；符合差大于30″，调整仪器后再测。

(7)用彩色油性笔投点标记，先作点状标记，然后画“＋”字及圈“○”标记，并将测站所报编号写在旁边，如“A30”等。

(8)移动到下一个点位。

(9)随时观察，核对图形和位置，及时纠正错误。

6 放样检查

放样精度主要受角度影响，距离影响不明显。因此检查应以角度符合为主，距离符合为辅。

北面放样距离约100 m，南面放样距离约150 m，点位按±50 mm精度，相应的角度允许偏差分别为: m1＝0°01′43″，m2＝0°01′09″。放样时角度控制精度为30″，角度最大允许偏差为60″。

放样检查工作包括以下4部分:

(1)检测:放样前检测已知点，记录、比较，确认仪器设置正确。

(2)回报:放样后瞄准点位，读取实际方位角、天顶距，记在数据表右侧空位置。

(3)抽查:间隔抽查部分点位垂距、平距，记录并与原值比较。

(4)归零:间隔方向归零，记录、比较归零差。

7 图形画线

(1)画线模板制作

根据设计图形制作画线模板，用于现场快速画线。划线模板包括直线板共10块，其中:直线板1块；B模板2块；羽外模板2块；羽内模板2块；羽尾模板2块；羽内第一个内圆模板1块。

画线模板采用5合板制作，模板上书写类型和编号。

(2)模板画线

实地画线时，按线型一条一条画。对应于A、C、D层，曲率较小，采用直线板直接画线；B层采用B模板画线；Y(羽毛)层分羽外、羽内、羽尾、羽内第一个内圆4种型号7块模板。

曲线画线时，选用对应型号的模板，将边沿对上2个图形点，固定后沿曲线边沿画线即可。

画线后，核对图形，保证曲线流畅，符合要求。如有连接错误，查找是模板、连线、投点哪一种原因造成的，并予以更正。

图形全部划线完成后，在上涂料前，先用50 mm宽蓝线沿设计的蓝线涂层一侧勾画出图形轮廓，进行外观检查。符合要求后再进行外墙涂刷。

8 结 语

采用全站仪放样空间复杂图形是一种简便的方法，适用于各种大型壁画的绘制。采用特制的划线模板可以精确绘制各种复杂的曲线，减少全站仪放样投点的工作量，从而有效提高作业效率。

全站仪放样空间点需要预先建立数学模型，进行放样设计时应考虑实测方便，精度可靠，整个程序要能够控制，检核条件应充分。

根据实际需要，全站仪可以和笔记本电脑组成实时测量系统，方便现场采集数据并及时进行修正。本项目施工中建立了实时测量系统，但在实际工作中由于数据完整，不需要进行现场实时计算，采用数据表的形式更加便捷。

全站仪空间放样的精度主要由测站控制，对投点、划线的操作要求不高，技术人员可以在地面指挥，减轻了高空作业的难度。

[1] GB50026－2007.工程测量规范[S].

[2] 邓学才.复杂建筑施工放线[M].北京:中国建筑工业出版社，2007，1～10

The Layout Method and Practice of Large－scale Mural

Tian HaiYong
(Luo Yang Planning＆Architectural Design Co.，Ltd.Luoyang 471000，China)

First this paper analyzed the method and practice of large－scale mural，and elaborated the project feature，the method of enforcement and the course of works，then a simple and convenient method of space figure layout according to surveying technology is raised.

Complex Building；Large－scale mural；Surveying；Point of Space figure；Mathematical model；Surveying parameter；Drawing board

1672－8262(2010)06－129－05

P258

B

2010—01—19

田海勇(1966—)，男，高级工程师，主要从事城市测量、工程测量、变形测量等技术应用与研究工作。