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第六章 工程建筑物的施工放样
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主要内容 概述 建筑限差和精度分配 常用的施工放样方法 特殊的施工放样方法 曲线测设 施工放样一体化
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6.1 概述
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施工放样的任务是将图纸上设计的建筑物、构筑物的平面位置和高程按设计要求，以一定的精度在实地标定出来，作为施工的依据。
如果放样出错且没有及时纠正，将会造成极大的损失。 在放样前，测量人员首先要熟悉建筑物的总体布置图和细部结构设计图，找出主要轴线和主要点的设计位置，以及各部件之间的几何关系，再结合现场条件、控制点的分布和现有的仪器设备，确定放样的方法。
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基本要求 熟悉图纸，了解建筑物及各部分的精度要求。 了解施工程序和作业方式。 高度重视检核工作。
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6.2 建筑限差和精度分配
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6.2.1 建筑限差 工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工之后实际位置相对于设计位置的极限偏差。
通常对其偏差的规定是随建筑材料、施工方法等因素而改变。 按精度要求的高低排列为：钢结构、钢筋混凝土结构、毛石混凝土结构、土石方工程。 按施工方法分，预制件装配式的方法较现场浇灌式的精度要求高一些，钢结构用高强度螺栓连接的比用电焊连接的精度要求高。
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6.2.2 精度分配及放样精度要求 对于相当多的工程，施工规范中没有具体的测量精度的规定。这时先要在测量、施工、施工制造几方面之间进行误差分配。然后才可知测量工作应具有怎样的精度。
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建筑误差内容 施工误差：制造误差、计算误差、施工误差等。 测量误差：控制网误差、放样误差等。 外界影响：建筑变形、温度影响等。
建筑中误差是各种误差的综合：
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忽略不计原则 当 时， 相近的原则：
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等影响原则 两种原则应根据工程实际情况确定
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两个原则的差异 测量费用不同 对仪器要求不同 测量所需时间不同 成果的可靠性不同 对施工放样的影响不同
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6.3 常用的施工放样方法
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高程放样方法 水准仪高程放样 三角高程测量 钢尺高程传递 全站仪高程传递 GPS高程测量
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水准测量放样高程原理 HB HA b a B 水准仪 A 标定方法：打木桩、划线、拧螺丝
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水准测量倒尺法放样
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三角高程测量 HA HB kAB lAB A B AB 水平面 DAB
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利用钢尺进行高程传递 b2=a2+(a1-b1)-hAB 注意：钢尺的鉴定、配重、温度的测定
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全站仪天顶法传递高程 a A B h
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全站仪无仪器高作业法
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倾斜方向的放样 ——水准仪法 特点：给定两端点的高程 在坡顶和坡底测设设计高程点； 架设水准仪并量取仪器高；
用水准仪照准另一端点的仪器高处； 在需要放样的点位处立尺，并调整尺高使读数等于仪器高； 打桩并标定高程位置。 特点：给定两端点的高程
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倾斜方向的放样 ——经纬仪法 在坡顶或坡底测设设计高程点； 架设经纬仪并量取仪器高； 根据坡度计算经纬仪的竖直角；
根据竖直角用经纬仪照准另一端点处； 在需要放样的点位处立尺，并调整尺高使读数等于仪器高； 打桩并标定高程位置。 特点：给定一端点的高程和倾斜角
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6.3.1.2 角度放样 放样角度实际上是从一个已知方向出发放样出另一个方向，使它与已知方向间的夹角等于预定角值的工作。
1．直接法（盘左、盘右取中法） 2．归化法（多测回取均值再改化）
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角度放样精度分析 1．仪器对中误差 2．目标偏心误差 3．仪器误差 竖轴倾斜误差 测微器行差及隙动差 度盘刻划误差及带动差
照准部旋转不正确误差 4．观测误差 5．外界条件的影响
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6.3.1.3 距离放样 1．利用钢尺放样。 注意：尺长改正、温度改正、倾斜改正与距离丈量相反。 2．利用测距仪放样。
可在测距仪中将各种参数设置好，直接得到改正后的平距。
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距离放样精度分析 1．钢尺： 温度、倾斜、拉力、标定等误差。 2．测距仪： 温度、气压、观测、外界条件影响等误差。
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点位放样 工程建筑物的形状和大小，常通过其特征点在实地表示出来。如矩形建筑的四个角点、线形建筑的转折点等等。因此点位放样是建筑物放样的基础。 放样点位时应有两个以上的控制点，且已知待定点坐标，通过距离和角度来放样待定点。 放样点位的常用方法有极坐标法、全站仪坐标法、交会法、直接坐标法（如GPS RTK法）等，采用经纬仪、全站仪、钢尺和GPS接收机进行 。
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1、极坐标法放样 A B P s
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使用该法时应注意下列几点： （1） 测设前应绘制测设草图，准备放样数据。草图上应注明测设点名、控制点名、测设数据和建筑物与控制点之间的相关位置等。 （2） 尽量选用较近的控制点作为测设的起点，当利用钢尺测量边长时，边的长度一般不宜超过一尺段。 （3） 极坐标法放样的结果应进行必要的检核。如测量放样点之间的距离和角度、采用其它方法或控制点检查特征点等。
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2、直角坐标法放样
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应注意下列几点： (1) 尽量选用近处的方格点作为起点; (2) 测设工作宜从建筑物的长边开始;
(3) 当一个建筑物测设完毕后，必须选用B点以外的方格点，检测至少一个特征点的坐标，并检核建筑物的几何尺寸及角度是否与设计值相符。
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3、全站仪坐标放样法
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4、轴线交会法基本原理 利用轴线两侧的控制点确定轴线上点的坐标。该方法也可用于在轴线上测设一点。 仪器置于B点，照准A点，定出方向线；
在AB线上定出待定点P的初步位置； 仪器置于P点，测出两个水平角，并算出该点坐标； 与设计坐标比较，并进行调整。
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A B P M N O Δx1 Δx2 Δy1 Δy2 α1 α2
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精度分析 P点的位置中误差为： 当控制点基本对称于轴线时，Y坐标的平均值可基本抵消X坐标的误差影响。 一、
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5、前方交会法基本原理
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精度分析 观测误差 起算点误差影响 对中误差影响 目标偏心误差影响 三方向交会时，其精度比两方向交会提高 倍，且其可靠性有明显提高。
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交会图形分析 当γ>90°时，对称交会最为有利； 当γ<90°时，对称交会最为不利； 当γ=90°时，与图形无关。
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利用两条相互垂直的方向线确定一个待定点，又称基准线法。
6、方向线交会法基本原理 利用两条相互垂直的方向线确定一个待定点，又称基准线法。 B’ P A’ A B
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步骤： l 首先利用矩形网设置端点。 l 端点的设置一般采用量距的方法（共4个）。 l 在端点上架设仪器（经纬仪、弦线、引张线）。
l 首先利用矩形网设置端点。 l 端点的设置一般采用量距的方法（共4个）。 l 在端点上架设仪器（经纬仪、弦线、引张线）。 l 照准对面的端点，形成两条方向线，标定待定点。
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精度分析 端点设置误差： 仪器对中误差影响： 目标偏心误差影响： 照准误差： 望远镜调焦误差：1~2″
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精度分析 一个方向的误差为上述误差的和： 点位总误差为：
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7、距离交会法基本原理 利用两条边长进行交会，又称长度交会法。首先利用控制点和待定点计算放样边长，再利用钢尺或测距仪放样出边长，交点即为待定点。用测距仪放样一般需采用归化法。
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距离交会法是测设两段已知距离交出点的平面位置的方法。在建筑场地平坦、量距方便、且控制点离待定点又不超过一个尺段的长度时，采用此法较为适宜。
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在使用该法时应注意下列几点： （1） γ角通常应保持在60°至120°之间； （2） 测距要仔细，以减小测边中误差ma和mb； （3） 交会边长度a和b应力求相等。
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8、正倒镜投点法基本原理 1． 在近似直线上找一点，用盘左和盘右 分别将AO直线延长到B点附近。 2． 取正倒镜结果的平均值为结果。
2． 取正倒镜结果的平均值为结果。 3． 根据结果与B点的差值以及距离改正O点的位置。 4． 反复调整，直到3点完全在一直线上为止。
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A B O O’ B’
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测设轴线交点的位置 先将仪器移至一直线上，再移至另一直线上。需反复调整，且要有一定的经验。
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精度分析 和方向线交会法基本相同。若仅考虑投点误差，则其精度为：
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9、GPS（RTK）放样 GPS（RTK）是一种全天候、全方位的新型测量系统，是目前实时、准确地确定待测点位置的最佳方式。
它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。 RTK定位技术是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时传送给动态用户，动态用户将收到的数据链连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得动态用户的实时三维位置。 动态用户再将实时位置与设计值相比较，进而指导放样。
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作业流程 收集测区的控制点资料 任何测量工程进入测区，首先一定要收集测区的控制点坐标资料，包括控制点的坐标、等级、中央子午线、坐标系等。
求定测区转换参数 GPS RTK测量是在WGS－84坐标系中进行的，而各种工程测量和定位是在当地坐标或我国的北京54坐标上进行的，这之间存在坐标转换的问题。GPS静态测量中，坐标转换是在事后处理时进行的，而GPS（RTK）是用于实时测量的，要求立即给出当地的坐标，因此，坐标转换工作更显重要。
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坐标转换的必要条件是：至少3个以上的大地点分别有GPS－84地心坐标，北京54坐标或当地坐标。利用步尔莎（Bursa）模型解求7个转换参数。
式中：X0，Y0，Z0是两个坐标系的平面参数，X，Y，Z是两个坐标系的旋转数，是两个坐标系的尺度参数。
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在计算转换参数时，要注意下面两点： ① 已知点最好选在测区四周及中心，均匀分布，能有效地控制测区。如果选在测区的一端，应计算出满足给定的精度和控制的范围，切忌从一端无限制地向另一端外推。 ② 为了提高精度，可利用最小二乘法选3个以上的点求解转换参数。为了检验转换参数的精度和正确性，还可以选用几个点不参加计算，而代入公式起检验作用，经过检验满足要求的转换参数认为是可靠的。
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根据GPS实时动态差分软件的要求，应输入下列参数：
① 当地坐标系（如北京54坐标系）的椭球参数：长轴和偏心率； ② 中央子午线； ③ 测区西南角和东北角的大致经纬度； ④ 测区坐标系间的转换参数； ⑤ 根据测量工程的要求，可输入放样点的设计坐标，以便野外实时放样。
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10、自由设站法放样 P2 P1 P3 P4 P5 P 自由设站法原理
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在实际测量工作中，常常需要在已有的一些测量控制点基础上快速测定一个待定点的坐标，如图所示，P1、P2、P3、P4、P5为已知控制点，P为待定点，在P点上安置全站仪，以必要的精度测量P点到各已知点的距离和方向，通过严密平差计算，即可获得P点的坐标和精度，这种加密控制点的方法称为自由设站法。
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自由设站法实质上也是一种临时加密控制点的方法，即在合适的位置架设仪器，通过与已知点的联测，得到设站点的坐标，当得到设站点坐标以后，就可将此作为已知点，以此来放样建筑物的细部点。
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目前，由于测距的精度高且方便快捷，在自由设站法中大多采用测距的方式来测定设站点（即利用边长交会的方式来测定）。当精度要求较高时，也可采用边、角同测的方法来定点。为了保证测量成果的可靠性，自由设站法应有一定的多余观测，通常采用联测多点的方式进行。
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自由设站法的数据处理可用常规的控制网平差软件进行，也可根据需要编制特定的计算程序进行。在采用自由设站法时，应根据工程实际情况进行精度估算，以使放样结果达到设计要求。
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特点： 1、不必在已知点上设站便可建立控制点。常规方法是在已知点上设站,用交会法等测定未知点的坐标,然后在新点上进行下一步工作。而自由设站法只需要在待定点上架设仪器,通过观测角度或边长便可得到测站点的坐标，并可立即进行下一步的测量工作,因而工作量小,速度快。
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2、方便、灵活、安全。当原有控制点点位不理想或不安全时，自由设站法可在任意点设站安置仪器，使测量人员可以选择最佳位置进行施工放样，通视条件得到改善，外界影响减低，工作效率得到明显的提高。
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3、提高了测量精度。自由设站法在地面不设点位标志,不需对中,去掉了测量加密控制点的一些中间步骤，减少了误差的传递与累积，提高了测量点的精度。
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11、单三角形的放样 特点： 所需控制点少 有可靠的检核 精度： 式中： 若不考虑起算点误差，则：
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几点结论： 当γ＞90°（γ=103°40′）时，对称交会 最有利。 当γ＜90°时，对称交会最不利。
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12、后方交会放样
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后方交会定点的精度 当多点、多观测量构成复杂问题中，坐标的计算可利用平差平差软件来解决。
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在实际测量过程中，还应注意以下问题： （1） 已知点和待定点不能在同一个圆周上（危险圆），应至少离开危险圆周半径的20%。
（2） 为提高测量精度和成果的可靠性，一般需用第4个控制点作检核。 （3） 后方交会法不能直接定点，需用归化改正才能精确定位。 （4） 该方法一般在控制点不易到达时使用。
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放样方法的选择 在选择放样方法时，应根据根据工程的具体情况、要求、特点，综合考虑下列几个基本因素： 1. 仪器、设备的数量和精度；
2. 场地的地形、通视情况； 3. 工程的规模和大小； 4. 建筑物放样的精度要求； 5. 建筑物的施工工艺、进度要求； 6. 施工测量的方便性。
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放样结果的检查 主要目的： 1、检查放样结果的正确性 2、检查放样结果的精度 基本方法： 1、放样数据的检查 2、利用不同仪器放样
3、利用不同控制点放样 4、利用不同方法放样 5、放样点位相互关系检核
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6.3.1.5 铅垂线的放样 用途： 烟囱、高塔、立柱等的中心线的放样 电梯井、地下铁道竖井等的放样 检查建筑物的垂直性
高层建筑施工控制点的传递 仪器： 经纬仪 光学铅垂仪 激光铅垂仪 扫平仪
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激光扫平仪 水平面 垂直面
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激光扫平仪和探测器
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天顶仪
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天底仪
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天顶天底仪
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激光天顶仪
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铅垂线放样——经纬仪＋弯管目镜法 这种方法由于可利用现有仪器，只需配一个弯管目镜即可实现，因而目前在高层建筑的施工中用得最多。
望远镜的视线就可以指向天顶，实际操作时，通常使照准部每旋转90向上投一点，这样就可得到四个对称点，取其中点为最终结果，就可提高投点精度。
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铅垂线放样——光学铅垂仪法 光学铅垂仪是专门用于放样铅垂线的仪器，图为日本索佳公司出的PD3型铅垂仪，它有两个相互垂直的水准管用于整平仪器，仪器可以向上或向下作垂直投影，因此有上下两个目镜和两个物镜，垂直精度为1/40000。
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铅垂线放样——激光铅垂仪法 仪器可以同时向上和向下发射垂直激光，所以用户可以很直观地找到它的垂直投影点。垂直精度为1/30000.
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归化法放样
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为什么要用归化法放样？ 1．单测回放样精度低； 2．放样一般没有多余观测，不进行平差处理； 3．放样一般没有检核。
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什么叫归化法放样？ 归化法放样是将过渡点坐标与待定设计坐标进行比较，计算出它们的相对关系，然后将过渡点改正到设计的位置。
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归化法放样角度
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距离交会归化法
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角度交会归化法
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归化法放样直线
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构网联测归化法放样 在高精度的施工放样中，控制点通常采用带有强制对中盘的观测墩。
通过构网联测平差后，将控制点归化到某一特定的方向或几个特定位置，便于架仪器直接放样。 同样也可以将控制点与直接放样点一起构网联测，经平差后，求得各直接放样点的归化量，再将放样点归化到设计位置。
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6.3.3 刚体的放样定位 一个刚体在三维空间中有六个自由度，即三个平移量X、Y、Z和分别绕x、y、z轴旋转的三个量x、y、z。
刚体的放样定位 一个刚体在三维空间中有六个自由度，即三个平移量X、Y、Z和分别绕x、y、z轴旋转的三个量x、y、z。 要确定刚体在三维空间中的位置，也就是要固定这六个自由度。 假如有一个方案，计划采用多种测量仪器和方法，它们提供的定位数量多于六个。但是如果有些方法只是重复测定某些定位元素，而仍有某个定位元素未被测定。
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常用方法 如果刚体有一个水平的底面，则可以利用可调节螺杆放样三个高程点，这三个点的平面位置是任意的，只要位于刚体底面范围内就行。把刚体吊装就位，底面搁在这三个点上，该刚体的Z、x、y三个定位元素就达到设计要求了。 如果刚体有一个光滑的水平的顶面。则可以用水准器决定x、y两元素。
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如果刚体很高，且能标出其竖轴，例如在上下两处用标志指出竖轴位置，则可用两架经纬仪投影，使竖轴放到铅垂位置。
采用定位销。设在叠在一起的两块钢板上钻了一个孔，另备一个定位销。当这两块钢板分离后重新叠在一起时，只要把销钉同时插入两板上的定位孔内，两板就精确地恢复原先的状态即定点叠在一起 。 方向线法定位：在其表面刻划中心及方向线，就可以方便地用方向线法决定其中心点位置及轴线方向，从而可以把三个定位元素X、Y、z固定下来。如果在底板上预先放样好三个高程点，再加上用方向线法定位，则刚体就定位到设计的空间位置上了。
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6.4 特殊的施工放样方法 （自学）
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6.5 曲线测设
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直线 曲线 线路中线类型 平曲线：圆曲线、缓和曲线、复曲线
无论是铁路、公路，还是地铁隧道和轻轨，由于受到地形、地物、地质及其它因素的限制，经常要改变前进的方向。当线路方向改变时，在转向处需用曲线将两直线连接起来。因此，线路工程总是由直线和曲线所组成。 直线 曲线 平曲线：圆曲线、缓和曲线、复曲线 竖曲线
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单圆曲线的测设 单圆曲线是最简单的一种曲线，其测设和资料计算都比较容易。已知圆曲线的半径为R（由设计给出），转向角为（现场测出）。
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曲线要素计算 式中：T为圆曲线切线长；L为曲线长；E为曲线外矢距。
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曲线主点测设 从交点JD沿两切线方向量取切线长T，可定出ZY和YZ点； 沿转向角内角平分线方向量取外矢距E定出QZ点。
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圆曲线的详细放样 1． 偏角法 2． 直角坐标法 3． 辅助切线法（略） 4． 弦线偏距法（略） 5． 全站仪整体坐标法放样*
1． 偏角法 2． 直角坐标法 3． 辅助切线法（略） 4． 弦线偏距法（略） 5． 全站仪整体坐标法放样* 6． GPS（RTK）整体坐标法放样 *
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偏角法详细测设圆曲线 式中:为给定的弧长；R为半径；为180/。 有了各点的偏角，即可详细测设圆曲线。 圆曲线偏角就是弦切角。
设i是圆曲线上任一点，则i点偏角i由图可得： 式中:为给定的弧长；R为半径；为180/。 有了各点的偏角，即可详细测设圆曲线。
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切线支距法测设圆曲线 以曲线起点ZY为坐标原点，以切线为x轴。圆曲线上任一点i的坐标为 ：
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缓和曲线的测设 设圆曲线的半径为R，两端缓和曲线长为，曲线转向角为。
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要素计算 式中:m为切垂距;P为圆曲线内移值;0为缓和曲线的切线角
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以ZH点为坐标原点，以切线为x 轴。在缓和曲线内，距ZH点为的i1点在此坐标系内的坐标为：
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任意设站极坐标法测设曲线 随着短程光电测距仪和全站仪在道路勘测中越来越普及，利用极坐标法测设曲线将愈加重要。
这种测设曲线的方法，其优点是测量误差不累计，测设的点位精度高。尤其是测站设置在中线外任意一点测设曲线，将给现场的测设工作带来很大方便。 极坐标法测设曲线主要是曲线测设资料的计算问题。该方法的计算原理及思路为：把由直线段、圆曲线段、缓和曲线段组合而成的曲线归算到统一的导线测量坐标系统中，这样就便于计算放样元素了。
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如图所示，为线路的转向角，d为道路中心线至边线的距离。以ZH为坐标原点建立切线支距坐标系。
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在导线测量坐标系中，ZH至JD的方位角A0，可由该两点的导线测量坐标反算得到。
当设计给定曲线交点JD的坐标（XJD，YJD），ZH与JD连线的方位角A0及ZH点的里程L0和曲线单元的左右偏情况（用cc表示，cc=-1表示左偏，cc=+1表示右偏），那么只要输入曲线上任意一点的里程LP，就可以求出曲线单元上任意一点的设计坐标。有了统一的坐标，即可求出仪器架设在导线点或其它任意支点上测设曲线的放样元素了。
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曲线综合要素的计算 设圆曲线的半径为R，两端缓和曲线长为l0，曲线转向角为，即可计算切线长T、曲线长、外矢距E0和切曲差q等要素。计算公式如下：
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第一缓和曲线单元设计坐标计算 若i在ZH～HY段时，按切线支距法求出i点在ZH点切线坐标系中的坐标（xi,yi）及i点切线的倾角。设，则:
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通过坐标旋转公式，求得i点在路线导线测量坐标系中的坐标（Xi，Yi）和该点切线的方位角Ai，计算公式如下：
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带缓和曲线的圆曲线单元设计坐标计算 若i在HY～YH段时，按切线支距法求出i点在ZH点切线坐标系中的坐标（xi,yi）及i点切线的倾角。则 :
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第二缓和曲线单元设计坐标计算 若i在YH～HZ段时，其i点的切线支距坐标（xi,yi）及P点切线的倾角计算同前。需要注意的是：这里的
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线路左右两边线桩的设计坐标计算
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6.6 施工放样一体化
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施工放样主要涉及的工作有：用测量仪器所进行的施工控制测量、一般建筑工程的施工放样和线路工程的施工放样等。
施工测量的工作量大，现场条件复杂，使用的仪器类型多，涉及的方法内容广泛灵活。 随着电子测量仪器的发展和计算机技术的广泛应用，施工测量作业出现了所谓的内外业一体化的思想和模式。 这一思想的实质就是通过统一的数据载体和相应的软件，使各工序和设备间测量数据达到共享。 这时的“一体化”可理解为外业的数据采集与内业的数据处理以及放样点设计坐标的计算等内外业工作在外业工作时就能一起进行和完成，或部分内业工作虽然不能在外业期间同时完成，但能形成电子数据的自动化数据流，而不需要人工干预和处理。
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6.6.1 施工控制测量 近年来出现的集GPS与全站仪一体的超站仪，就能很好地解决大小测区的施工控制测量问题。
施工控制测量 近年来出现的集GPS与全站仪一体的超站仪，就能很好地解决大小测区的施工控制测量问题。 对兴建的大型工业厂区，由于测区范围用较大或控制点间通视条件较差时，一般可采用GPS接收机进行观测和数据处理，获取控制点的平面坐标，控制点的高程一般采用几何水准方法获得。 若进行控制点加密时，可采用全站仪同时获取控制点的三维坐标，并实现了从数据采集、粗差探测与剔除、测站平差、网概算、平差计算到网图显绘和报表绘出的内外业一体化，中间减少了许多人工干预和检查，提高了成果的质量和可靠性，大大减轻了人员的劳动强度。
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一般工程施工放样 放样点管理 自由设站 直线放样 弧线放样 交点放样 单点放样 放样检查 放样报表
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6.6.3 线路工程放样 线路定义 线路桩点坐标计算 线路放样 放样检查 线路桩点报表
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