设备安装中高精度测量放线工法探讨

前言

随着科学技术的发展，工业设备安装工程中设备安装精度要求越来越高，尤其是大跨度、长距离、高速运转的自动化生产线的设备安装，如造纸生产线设备的安装，其水平度及垂直度的允许偏差均为0.3mm。

设备安装的精度取决于地脚螺栓的预埋精度，而在较大范围内的地脚螺栓预埋精度则由测量放线的精确度所决定。因此掌握整套的高精度测量放线技术是保证设备安装精度的基础。

苏州公司在几个类似工程实践的基础上，由马锦红同志总结编制了这套高度测量放线施工工法。该施工方法已在多项工程施工中，得到外方专家的认可和好评。

1、主要技术特点

1.1使用本工法，建立基准线网络，各基准线之间的平等度、垂直度均能达到很高的精度要求。

1.2网格基准线贯穿于整个厂房，无论是整条生产线，还是单体设备均能借助该基准线，利用精密仪器保证其安装精度。

1.3利用网格基线来控制设备地脚螺栓的预埋偏差，减少误差传播量，从而保证设备安装精度。

1.4利用网格基准线上基准点（线）的永久保存性，更方便于将来生产运行过程中的设备维修。

2、适用范围

本工法适用于安装精度要求较高、大跨度、长距离、高速度运转的自动生产线设备安装。例如造纸机生产线安装，厂区钢结构管架安装等。

3、施工准备

利用厂房原始的纵、横向的控制点，借助精密测量仪器（如T2经纬仪、GTS-311全站仪等）测设出厂房内设备的成条中心线，以及平等和垂直此中心线的纵、横辅助中心线，并在其纵向辅助中心线上设立各控制点，从而建立一基准线网格。

4、工艺流程及操作特点

4.1工艺流程

制作控制点基准标板→确定底层纵、横中心线→确定底层纵向辅助中心线→确定底层纵向辅助中心线上各距离控制点的起点→确定底层纵向辅助中心线上各距离控制点→其他层基准线网格投测（方法与底层测设方法相同）。

4.2操作要点：

4.2.1控制点基准标板的制作、预埋

为使控制点可长期保存，我们可用δ=10mm的不锈钢板制作100*100mm见方的基准标板，下部焊铆筋，上部加盖板，并用螺栓将盖板与标板相连接，以加强对基准点保护（参见图1）。标板亦可采用Ф=25mm,L=150mm的铜棒制作，顶部车成凹槽形并攻丝，下部加工成工字形，上部加盖板（带螺纹），参见图2所示。

基准标板制作好后，在底层地坪及各楼层浇注时，将各标板精确定位并预埋。养护期间应定期逐个进行检查、复测，确保基准标板的牢固、稳定。

4.2.2底层纵、横中心线的投测

在本工法的实施过程中，两点间距离、垂直度、直线性等精度要求均为小于0.5mm。

（1）复检土建施工轴线

底层纵、横中心线是以土建施工轴线为基准进行投测的。纵、横中心线是其余各基准线的投测起点，因此，保证该两线的垂直度至关重要。在纵向中心线投测之前，我们利用T2经纬仪架设于X2、Y2点，测出土建纵、横轴线的交点O，并用冲头在基准标板上标出该点。然后，架设T2经纬仪于O点，利用正倒镜现两侧回法，校核土建纵、横轴线的垂直度，并对其方向控制点进行调整，使土建两轴线的垂直度满足其精度要求。

（2）底层纵向中心线投测

底层纵向中心线是其余各基准线的投测起点，保证该线的投测精度至并重要。分别架设T2经纬仪于X1、X2点，采用正倒镜两侧回法，用划针在基准标板Os、Oe上划出垂直于土建纵向中心线的垂直线，然后根据土建纵向中心线与底层纵向中心线的相对距离a，将GTS311全站仪架于X1、X2点，分别测出距离X10sX2Oe等于距离a。并用钢盘尺和弹簧秤复检此距离，然后用冲头标出该两点，通过此两点的直线OsOe即为纵向中心线，如图3所示。

（3）底层横向中心线的确定

按照底层纵向中心线的投测方法，采用T2经纬仪，借助于划针在基准标板T10，D10上划出垂直于土建横向中心线的垂直线，再根据土建横向中心线与底层横向中心线的相对距离b，利用GTS300全站仪测出距离Y1T10、Y2D10为b，并用钢盘尺和弹簧秤复检此距离。用冲头在标板上标出T10、D10点，通过T10、D10点的直线即为底层横向中心线。

在底层纵、横中心线投测之后，我们应利用T2经纬仪或GTS311全站仪按照复检土建施工轴线的方法，定出其纵、横中心线的交点Oo，将GTS311全站仪或T2经纬仪架设于Oo点，对纵、横向中心线的垂直度进行检验，并进行调整，直至其垂直度满足精度要求。

在标定O点及Oo点时，我们采用正倒镜两侧回取中法，以消除仪器本身角度偏差而造成的偏差，确保O点及Oo点精确度，采用该方法即考虑人工做点误差亦可满足其相对于纵、横中心线的直线性误差（小于0.5mm）

4.2.3底层纵向辅助线的确度

在测定底层纵向辅助线时，我们分以下两步骤进行，以保证其与纵向中心线的平行性。

（1）纵向中心线的垂直线DsTs,DeTe线的确定

影响DsTs,DeTe线相对于纵向中心线垂直度误差的因素有两项，以Ds为例分析如下：

（1.1）仪器角度偏差导致的误差△d

我们使用的T2经纬仪或GTS311全站可使角度偏差小于5〃，本工法中，│OsDs│为8m，则有：

△d=(5〃/206265)*8000mm=0.19mm

（206265为角度弧度换算常数）（1.2）仪器偏差导致的误差△d＇

（1.2）仪器偏差导致的误差△d＇

在施工中利用仪器对点时，其两点间的距离一般都大于50m，人工做点误差能保证在0.5mm以内，则有：

△d=（8000*50000）*△dmax=(8000/50000)*0.5mm=0.08mm。

根据误差传播定律，以上两项对Ds的影响为0.2mm，满足0.5mm精度要求。

（2）纵向辅助方向点的确定

在测定纵向辅助的方向点时，我们采取测小角的方法间接测定，这种方法的应用，可使距离误差小于0.5mm。以Ds点为例分析如下：

在距离OsDs线约5d（本工法中取d=8m）处设一测站，利用GTS-311全站仪测距离d1、d2，用T2经纬仪测定α角，通过余弦定理d2=d12+d22-2d1d2cosα可计算出d值，经过多次测定，对Ds点进行逐步修正，使Dsos=8m，从而定位Ds点。利用同样方法即可定们De、Te、Ts三控制点。以满足纵向辅助线（DsDe、TsTe）与纵向中心线OsOe的平行性要求。误差分析：

根据下图所示，我们假设d1=d2=b，则有：

sinα=2sinα/2cosα/2=2*4*40/1616=0.198

cosα=1-2sin2α/2=1-2*16/1616=0.980

由余弦定理：d2=d12+d22-2d1d2cosα，积分得：

2d△d=2d1△d1+2d2△d2-2d1△d1cosα+2d1d2sinα(△αρ)设

△d=m，化简得：

m=（d1-d2cosα）△d1/d+（d1d2sinα（△α/dρ）上式中：

m——距离d的误差，△d1距离d1误差（取1mm）

△d2——距离d2的误差（取1mm），

d——测定距离（取8m）

ρ——角度弧度换算常数（取206265）

d1——如上图所示（取40.2m）d2——如上图所示（取40.2m）

△α——仪器角度偏差（取2）

则上式可化简为：

m=2b(1-cosα)/d+2bsinα/dρ

=2-40.2*0.02/8+2*1616*0.198/8*206265=0.2mm，满足0.5mm的精度要求。

如须使用方便，还可以根据m的计算式，设d的值，b的值的若干变量，编制的简单的计算程序，进行电算，可从结果根据d值筛选出，m趋向于很小b的最佳值，附程序。

10LETB=1

20LETA=1

30LETM=0.04b/d+0.396b2/206265d

40PRINT“b=”;B

50PRINT“α”；A

60PRINT“m=”M

70LETA=A+1

80-IFA<101THEN30

90LETD=D+1

100IFD<21THEN20

110END

4.2.4底层纵向辅助线上各距离控制点的测定

在4.2.2中，我们已确定了横向中心线上定出Do、To点，此两点即为纵向辅助线上各距离控制点的起点，其与纵向中心线距离的偏差根据4.2.3中的发析可知，满足0.5mm的精度要求。

4.2.5底层纵向辅助线上各距离控制点的测定

确定了纵向辅助线上各距离控制点的起点后，我们采用距离差取平均测距法可测出各距离控制点，在此方法运用中，对其误差影响较大的有以下两项。

（1）加权常数误差的影响

加权常数误差是指仪器中心、反光棱镜等效反射面、待测距离标志中心不一致所造成的误差，其特点是随测设距离的改变，该误差的对所测距离的影响在一定时间内大小不变、符合相同。因此在此工法应用中，可不考虑该误差对距离的影响。

（2）周期误差的影响

由于仪器内部电路的影响，而造成的测设结果随距离长短而做周期性的变化。该变化范围即为周期误差，计算公式如下：

ε=Acos[2πD/(λ/2)+ψo]

上式中：A—周期误差的振幅D——距离

λ—测距光波长ψ——初相位

为消除此项影响，我们采用距离差取平均测距法，即可消除上述两项误差的影响，以D1为例：

利用GTS311全站仪，测距离Y1Do、Y1D1

则Y1D1+Y1Y2=DoD1+｜Y1Do，即有ε｜Y1D1｜=

ε|DoD1|+ε|Y1Do|

则εDoD1=εY1D1–εY1Do=Acos[2π*Y1D1/（λ/2）+ψ0]-Acos[2απ*Y1D1/（λ/2）+ψ0]

利用GTS311全站仪，测出距离Y2Do、Y2D1

则Y1D1+Y1Y2=DoD1+(Y1Do+Y1Y2)，即有：

ε（Y1D1+Y1Y2）=ε’DoD1+ε(Y1Do+Y1Y2)，则

ε’DoD1=ε（Y1D1+Y1Y2）-ε（Y1Do+Y1Y2）

=Acos[2π*(Y1Do+Y1Y2)/(λ/2）+ψ0]

比较（1），（2）两式，要取两次结果的平均值，则应使

εDoD1+ε’DoD1=0

即：Acos[2π*Y1D1/(λ/2）+ψ0]-Acos[2π*Y1Do(λ/2）+ψ0]=Acos[2π*(Y1Do+Y1Y2)/(λ/2）+ψ0]-Acos[2π*(Y1D1+Y1Y2)/(λ/2）+ψ0]

2πY1D1/(λ/2）=Acos[2π*(Y1D1+Y1Y2;

/(λ/2）-π

2πY1Do/(λ/2）=2π(Y1Do+Y1Y2)/(λ/2）-π

解之得：Y1Y2=λ/4

因此，只须在测定时取定Y1Y2为测距波长的1/4，即可消除周期误差及加权常数误差的影响，提高测距精度，光波长度可根据使用仪器的不同查阅相关的使用说明书而得。本工法中GTS311全站仪的测距光波长度为20米。

4.3测设过程中其他注意事项

前面所述的测设方法仅在理论上对误差加以控制，在实际操作中，我们还对其它一些会对控制点测量精度造成一定影响的方面加以注意，如光学对点器的对中误差，气象因素等，还应在划线和做点的过程中特别小心，最好使划线的线条宽度不超过0.2mm，点的直径小于0.5mm，以缩小人为因素造成的误差。

4.4其它因素网格基准线的测定

在某些工程中，因设备及厂房的要求，须在其它层测设同样的基准线网格。在此测设过程中，测设方法及步骤与4.2中所述方法及步骤基本相同。其误差主要是由于仪器本身的纵轴与横轴垂直度偏差引起的，我们采用正倒镜两测回取中的方法即可消除些误差，确保精度要求。

经过以上步骤，我们已在厂房各层测设了一完整的基准网格线，利用此基准线，在后期的地脚螺栓预埋；基础板的划线、钻孔、攻丝；设备的水平度、垂直订等测量中，我们可利用T2经纬仪及GTS311全站仪，借助于一些辅助工具（如磁力表座、标尺等），便可进行各项测量，并确保精度。

5、主要使用材料

5.1δ=10mmd*1=100*100mm的不锈钢板，或者d=25mm、l=150mm的铜棒。

5.2氧气、乙炔

5.3d*150*50mm的角钢

5.4I14工字钢、[10槽钢

6、机具设备

主要施工机具设备一览表

8、质量要求

本工法在编制及实施过程中，遵照了《工程测量规范》（50026-3）中相关的规定，参考了GTS311全站仪、T2经纬仪、NA2水准仪说明书中的相关a说明。同时，在本工法中建立的网格基准线精度要求很高，故在每次施工前，应先熟悉施工现场，确定一总体的施工方案，在控制过程中，测量工程师要提高警惕，严格、谨慎地投测好每一控制点，并按照要求进行复测。同时做好施工记录，亲自监督辅助工预埋好每一块控制标板，人工地点要特别小心，减小人为误差，以满足精度要求。

9、效益分析

9.1社会效益

9.1.1基准线网格测设技术的使用与探索，保证了基准线的精确度，确保了设备的安装精度与安装质量，为公司在社会上赢得了较高的信誉。

9.1.2高精度基准线网格测设技术的使用，解决了由于仪器本身精度的不足，而无法设置高精度基准线的现状，同时还获得了建设单位及国外安装专家的赞同与认可。

9.2经济效益

采用高精度测量放线技术，自行建立基准网格，与委托测设相比，其经济效益见表三。

经济效益见分析表：

在工程中，仅此工法的采用，即使考虑仪器购置费用，也可节约费用100000元。故经济效益比较可观。

10、工程实例

本工法于一九九五年首先应用于紫兴纸业有限公司的安装工程，其后，还应用于多个工程，详见工程实例一览表。