不规则建筑测量技术在赞比亚体育场项目中的应用

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1 工程概况

赞比亚卢萨卡体育场坐落在东南非洲赞比亚共和国的卢萨卡市，是一座综合性多功能的体育设施。体育场整体呈椭圆形，用地面积为177 371 m2，拥有50 009 座观众席，分为东、南、西、北4 个看台区，是卢萨卡市2011年重点建设工程项目之一，也是卢萨卡市的标志性建筑。该体育场建筑总面积48 137 万m2，体育场长轴为纵轴，轴长288.99 m，设定两个端点分别为ND（x=374.50，y=320.00）和SD（x=－22.50，y=320.00）；短轴为横轴，轴长136.20 m，设定两个端点分别为WD（x=176.00，y=169.20）和ED（x=176.00，y=470.80）（图1）。建筑物的平面外圈为互相相切的4 个正圆弧相接而成，半径为175.50 m和113.49 m的对称正圆弧。该工程为环形框架结构，看台雨棚采用辐射形网架结构，悬挑距离达30 m。

2 工程特点和测量难点

2.1 工程特点

体育场以多层的正圆弧相切连接而成，众多圆滑、交接流畅的正反圆弧是其独有的特点。交接的圆弧曲线较多，轴线控制要求较高，如轴线稍有偏移，就会造成结构连接不流畅，从而影响外部的整体效果。

2.2 轴线特点

图1 看台平面

整个体育场的控制轴线为东西两侧各18 根角度差约为3.53°的辐射轴线和半径为134.70～175.50 m的7 条圆弧形轴线，以及南北两侧各18 根角度差约为6.32°的辐射轴线和半径为72.69～113.49 m的7 条圆弧形轴线。通过辐射轴线和圆弧形轴线的相交对整个体育场结构进行控制，由于圆弧轴线的圆心位置不重叠，半径大小不一，因此实行多点控制（控制点为4 个）。在每个看台区采用伸缩沉降缝分隔。总体来看，整个场馆结构由辐射轴线和圆弧轴线控制，轴线平面像一只大眼睛。

2.3 测量难点

（a）卢萨卡体育场位于白云山西边迎风坡，坐落在卢萨卡国际机场的南面，由于场地空旷，风力较强，容易受日照、风力、沙尘、雨季等不利因素的影响，增大了测量难度。

（b）由于体育场坐落在山坡上，施工场地和户外主要控制点的高差都很大，最大高差达11 m，而且部分结构起伏跌宕，周围控制点主要分布于东西两侧。

（c）体育场基础采用的是独立承台基础和条形基础，网架柱下还设置了人工挖孔桩，为降低施工成本，采取了分层开挖的施工工艺。同时，为减少材料的影响，基础采用了分区流水施工的方法，每区只配置半个看台基础的模板量，由于各区的施工周期不同，施工区段快慢不一，呈现了两端快、中间慢，西边快、东边慢的状况。同时，同一结构层中必须分区段测量放样，通视条件受到很大的影响。

3 施工测量控制方法[1-8]

3.1 控制网的布设

为了方便控制点的使用，并保证施工过程中控制点不被破坏，采用内控法和外控法相结合的方法建立首级控制网。主控点布设在体育场长轴和短轴的端点，长轴两个端点分别为ND和SD，短轴两个端点分别为WD和ED。4 个主控点组成一个十字形轴线控制网，并形成一个相对独立的直角坐标系统。这4 个主控点按四等导线测量要求进行导线复测，并采用全站仪坐标测量法，测出各圆心点、椭圆中心点等多个次级控制点进行轴线控制（图2）。

图2 轴线坐标控制

3.2 相对直角坐标系测量法

体育场的主轴线以主场馆长轴为纵向对称轴，短轴为横向对称轴，并形成一个相对直角坐标系统。

由于场馆独特的结构造型和施工的先后顺序，造成了断层、间层和跳层，加上辐射轴线和圆弧轴线控制的剪力墙对测量视线的影响，采用了全站仪相对坐标系测量法和极坐标法相结合的联合测量方法来控制主场馆的辐射轴线和圆弧轴线。为使测量控制点尽可能的接近施工区，根据工程的实际施工情况，在相对直角坐标系中，布设了一定数量的次级控制点，保证控制点的依次传递。

3.3 坐标系统

以体育场东西看台的对称轴线作为相对坐标系的横坐标轴A，南北看台的对称轴线作为相对坐标系的纵坐标轴B，两条正交轴线的交点位于整个场馆的中心点ZK。为保证建筑物轴线上的特征点坐标均为正值，将整个建筑物设置在相对坐标系的第一象限。设定ZK点坐标为（176.00；320.00）在A轴上设定2 个圆心控制点，相对坐标分别为EK（176.00，373.70）、WK（176.00，266.30）；在B轴上设定2 个圆心控制点，相对坐标分别为SD（145.00，320.00）、ND（207.00，320.00），再以圆心坐标点为测站，测定出每根辐射轴线的次级控制点（图3）。

图3 看台轴线辐射控制点位

根据图纸计算出每根辐射轴线和圆弧轴线相交的特征点的相对坐标，对每根辐射轴线和圆弧轴线半径起点B轴和终点H轴进行控制。部分无法通视的放样部位，可通过相对坐标系转点进行测量。

3.4 轴线的弧长拱高等分法

主场馆中的圆弧轴线半径均较大，从69.69～175.50 m不等。由于半径较大，可采用弧长拱高等分法，既可复核辐射轴线的夹角，又可复核弧形轴线的半径，可加快弧形轴线的放样速度。例如通过相对直角坐标系测量法，测放的相邻2 根辐射轴线和圆弧轴线相交的特征点，可通过弦长拱高等分法放出弧形轴线。

4 结语

为保证赞比亚卢萨卡体育场这类不规则建筑物的施工测量工作按期保质完成，在国外特殊自然、施工条件的影响下，工程施测需制定合理、科学的测量方案，并根据实际情况采取不同的施工测量方法，同时应加强施工过程中的质量控制。该项目的完成，创造了一定的社会和经济效益，并为同类工程提供了宝贵的借鉴和参考经验。