长大连续梁拱拱肋拼装线形控制测量
智能化方法研究
发布人：邢利丹
中铁四局集团第四工程有限公司 梦想QC小组
目录
工程概况 制定对策
QC小组概况 对策实施
选题理由 效果检查
设定目标 巩固措施
提出方案，并确 体会与打算
定最佳方案
工程概况
合福铁路南淝河特大桥 180m连续梁拱简介
简介
合福铁路南淝河特大桥116#墩～ 该连续梁拱拱肋计算跨径180m，矢
119#墩设计为(90+180+90)m的双线 高36m，为钢管拱混凝土结构。由于
铁路连续梁拱组合结构桥，主跨一 合宁高速不能占道、断交，故拱肋按
孔180m，跨越合宁高速公路，铁路 左右幅各分15个节段共30个节段，采
线路与合宁高速公路交角为30°。 用异桥位拼装后顶推就位的方法进行
施工。
180米连续梁拱效果图
QC小组概况
中铁四局集团第四工程有限公司梦想 成立日期 2013年 课题类型 创新型
小组名称
QC小组 10月
ZTSSQCXZ-2013-06 注册日期 2013年10 课题注 ZTSSQCKT-2013-
小组注册号
月 册号 08
活动频率 每周2次，每次不小于2h 小组活动次数 10次
活动时间 2013年10月～2013年11月 TQM教育时间 人均32h以上
序号 姓名 性别 年龄 职务 职称 组内职务
1 朱善美 男 38 公司测量队队长 高级工程师 组长
2 安刚建 男 35 项目副经理 工程师 副组长
3 李智 男 33 项目总工程师 工程师 副组长
4 商科军 男 29 公司测量队队员 工程师 组员
5 王克武 男 45 公司测量队队员 高级技师 组员
6 余松 男 31 项目技术主管 助理工程师 组员
7 邢利丹 女 22 项目技术主管 助理工程师 组员
8 石大雷 男 30 项目技术主管 助理工程师 组员
9 叶来 男 27 项目技术员 助理工程师 组员
10 张俊 男 26 项目技术员 助理工程师 组员
制表人 ：王克武 日期：2013年10月10日
选题理由
我公司施工的沪宁城
该连续梁拱拱肋计 际铁路仙林特大桥1-
算跨径180m、矢 拼装桥位工作面距 96m系杆拱，拱肋拼
高36m，为国内目 地面高度为22m， 装速度为1.7节段/天
前最长最大的连续 加上拱肋矢高36m ；合肥南环铁路南淝
梁拱；国内目前没 ，实际拼装高度达 河特大桥1-128m系杆
有这么大跨径和矢 到58m，属于特级 拱，拱肋拼装速度为
高的连续梁拱拼装 高空作业，拼装面 1.5节段/天；据经验值
的成功经验可做参 测量定位人工作业 推算，本次1-180m拱
肋拼装速度预计为1.3
考，需要我们进行 安全风险较大。 节段/天，拼装速度较
技术摸索和创新。 慢，预计拼装时间为
30节/1.3= 27天。
综上所述，如何优质高效、安全可靠地完成拱肋高空拼装是完成该连续梁拱顶
推施工前的较为关键的工作，因此我们选定以缩短拱肋拼装时间为目的的“长
大连续梁拱拱肋拼装线形控制测量智能化方法研究”作为本小组活动课题。
设定目标
活动目标：通过
优化拱肋高空拼装
测量定位的方法，
缩短测量定位时间、
降低高空测量作业
风险，将拼装速度
提升为1.8节段/1d,拼
装时间缩短至30/ 1.8=
17天，从而达到缩短
工期、节约费用的目的。
提出方案，并确定最佳方案
方案一 方案二 方案三
采用反射棱镜定位 采用反光贴定位 采用GPS动态测量
反光贴
提出方案，并确定最佳方案
方案一：采用反射棱镜定位
1、在拱肋的上弦管的特征位置设置观测点；
2、预先计算好特征点的理论三维坐标；
优点
3、测量出顺桥向两拱脚的三维坐标；
4、拱肋节段初步吊装就位后，测量人员爬坐到拱肋上，分别
在弦管的上下口观测点上安置反射棱镜，利用全站仪实测该两 测量定位准确
点的三维坐标；
5、通过实测三维坐标与理论三维坐标的比对，指挥吊机进行
管节的空间移动；
6、不断重复4、5步骤，直至观测点三维坐标与理论坐标一致。
缺点
观测次数多、时间长；
定位测量时，拱肋节段
未固定，测量技术人员
安全风险大；
配合的吊装人员、吊装
机械设备需要长时间
工作；
成本大；
提出方案，并确定最佳方案
方案二：采用反光贴定位
1、在拱肋的腹板特征位置设置观测点；
2、预先计算好拱肋的腹板特征点的理论三维坐标；
3、在桥位左右侧设置观测墩，测量出这些观测墩的三维 优点
坐标；
4、拱肋节段吊装过程中，利用全站仪实时测量拱肋腹板 定位点不需要人员配合；
上的反光贴位置的三维坐标； 成本小；
5、通过实测三维坐标与理论三维坐标的比对，指挥吊机
进行管节的空间移动；
6、不断重复4、5步骤，直至观测点三维坐标与理论坐标
一致。
缺点
全站仪竖直角度较大时
反光贴
会影响反光贴的反射，
影响测量精度；
提出方案，并确定最佳方案
方案三：采用GPS动态定位
1、在拱肋的上弦管特征位置设置观测点，安装强制对点
基座；
2、预先计算好上弦管的特征点的理论三维坐标；
3、将GPS接收机安装到上弦管的强制对点基座上，利用 优点
既有合福铁路测量控制点进行动态GPS建站；
4、通过GPS动态测量，查看手簿上的观测点实时三维坐 高空定位时不需要人员
标； 对点；
5、通过实测三维坐标与理论三维坐标的比对，指挥吊机
进行管节的空间移动；
6、不断重复4、5步骤，直至观测点三维坐标与理论坐标
一致.
缺点
GPS动态测量精度较差；
定位完毕后需要人工爬高拆除
GPS接收机；
需要人工校核；
成本较高；
方案对比分析表
经济合理性
方案 技术特点 安全性 工期 结论
（仅测量费用）
①棱镜费用：2个*1000
1.测量定位不方便， 能实现目标。前视
元/个=2000元；
前视定位测量需要人 定位需要人员配合
②全站仪租赁费或折旧
工配合； 需测量人员爬 ，拱肋在空中拼装
方案一 费：20天*100元/天
2.测量定位人员高空 上拱肋放样， 过程中处于非固定
（棱镜 =2000元； 20天
作业有一定的安全风 存在一定的安 状态，测量定位效
法） ③人工费用（2人）：2
险； 全风险 率低、作业人员高
人*20天*300元/人*天
3.定位精度高； 空作业有安全风险
=12000元；
。
以上合计16000元
1.测量定位方便，前
视测量不需要人工配 ①反光贴材料
120片*5元/片=600元；
合； 能实现目标。前视
②全站仪租赁费或折旧
2.安全性好； 不需测量人员 定位方便快捷、相
方案二 费：15天*100元/天
3.反光贴定位精度较 爬上拱肋，不 对定位精度高，且
（反光 =1500元； 15天
难控制； 存在安全风险 实现前视无人测量
贴法） ③测量人员工资（1人）
4.全站仪竖直倾角较 ，无高空测量定位
：15天*300元/天=4500
大时，精度难以保证 作业安全风险。
； 元；
以上合计6600元
方案对比分析表
经济合理性
方案 技术特点 安全性 工期 结论
（仅测量费用）
①GPS接收机连接器及焊接
能实现目标。
定位费用：60个*50元/个
1.测量定位方便，前 定位方便快捷
=3000元； 需测量人员爬
视定位测量不需要人 、但GPS动态
方案三 ②仪器租赁费或折旧费:3台 上拱肋拆卸
工配合； 测量精度相对
（GPS *15天*200元/台*天=9000元 GPS接收机，
2.安全性好； 15天 较差，拱肋拼
动态法 ； 存在一定的安
3.GPS动态定位精度相 装精度得不到
） ③人工费用（2人）：2人 全风险
对较差； 有效保证，需
*15天*300元/人*天=9000元
要进行人工校
；
核。
以上合计21000元
制表人 ：朱善美 日期：2013年10月12日
通过对以上方案的对比分析，我们认为方案二在技术可行性、操
作难易程度、经济合理性、安全风险等方面更具有明显优势，因
此我们把方案二(反光贴法)作为可行方案。
方案实施中的方案再比选
确定采用反光贴方案还需进行方案的再比选：
①反光贴定位点空间三维坐标的转换；②拱肋拼装测量定位智能
测量软件开发；③测量定位精度的控制。
经过小组成员的分析讨论，提出再比选方案如下：
拱肋定位算需计算三维坐标 智能测量软件需开发 测量定位精度需控制
方案实施中的方案再比选
编写坐标转换程序
定位点空 并利用CAD的三维
间三维坐 功能进行复核
标转换
利用科傻软件进行
转换
开发全站仪外接接
拱肋调整 口测量软件
智能测量
反光贴法
软件开发 开发全站仪内置测
量软件
设置较多的测量墩
测量定位
精度的控
制 选用较大号的反光
贴
定位点空间三维坐标计算
定位点空间三维坐标转换分析表
方案选定 特点 分析结论
1.确定坐标转换公式，编 优点：
坐标转换精度高，
编写坐标转 写源程序，进行坐标转换 根据现场实际编写源程
需两人以上进行
换程序并利 2.在CAD中根据特征点绘 序，计算精度高，且能
协作，较好的解
用CAD的三 制拱肋三维独立坐标系， 在CAD中进行复核
决了由独立坐标
维功能进行 并根据合福高铁坐标系进 缺点：
系转换为施工坐
复核 行旋转转换 需编写源程序，劳动强
标系
3.进行坐标比对 度较大 √
优点：
利用科傻软
使用方便，平面转换精
件进行平面 1.利用科傻软件进行平面
度高 平面+高程转换后
坐标转换并 坐标转换
缺点： 的精度较低，一
结合计算器 2.利用计算器进行高程计
不能进行独立高程的转 人计算即可。
计算出放样 算
换，且高程转换后影响
点高程
平面的精度
制表人 ：商科军 日期：2013年10月12日
定位点空间三维坐标计算
经小组于2013年10月12日讨论，确定采用编写坐标转换程序并利用CAD
三维功能进行复核的方案。
坐标转换程序界面
拱肋调整智能测量软件开发
拱肋调整智能测量软件开发分析表
方案选定 特点 分析结论
开发全站仪 1.确定拱肋调整公 优点： 该定位方案需增
外接接口测 式 根据现场实际编写源程序， 加成本，可以为
量软件 2.编写源程序 计算精度高 以后类似工程提
3.进行软件测试 缺点： 供软件使用
需与南方高铁合作，开发仪 √
器接口模块
开发全站仪 1.确定拱肋调整公 优点： 该定位方案需增
内置测量软 式 根据现场实际编写源程序， 加成本，可以为
件 2.编写源程序 计算精度高 以后类似工程提
3.进行软件测试 缺点： 供软件使用
小组对徕卡GEO不熟悉，软
件稳定性较差
制表人 ：朱善美 日期：2013年10月14日
拱肋调整智能测量软件开发
经小组于2013年10月12日在现场讨论，我们决定开发全站仪外接接口软件
。
仪器外接测量软件界面
测量定位精度的控制
测量定位精度的控制方案分析表
方案选定 特点 分析结论
优点：
该定位方案需增加
缩短了测量的距离，减
在桥梁的左边 时间，增加了定位
设置较多的 小了测量的倾角，提高
和右边各设置 成本，但能够很好
测量墩 了测量精度
三个测量墩 地解决全站仪竖向
缺点： √
倾角过大的问题。
成本增加
优点：
施工成本较低，但
定位速度快
选用较大号 选用十字丝较 不能彻底解决全站
缺点：
的反光贴 粗的反光贴 仪竖向倾角过大的
需要把拱肋翻转一定角
问题
度，才能进行放样
制表人 ：李智 日期：2013年10月14日
测量定位精度的控制
小组于2013年10月12日～2013年10月15日在现场进行实
验，决定采用设置较多的测量墩来控制放样的精度。
强制对中装置
测量墩
确定最佳方案
定位点空 编写坐标转换程
间三维坐 序并利用CAD三
标计算 维功能进行复核
拱肋调整 开发全站仪外接
反光贴法 智能测量 接口测量软件
软件开发
测量定位 设置较多的测量
精度的控 墩
制
制定对策
序
方案 对策 目标 措施 地点 完成时间 负责人
号
编写坐标转
定位点 两种方法
换程序并利 2013.10.1
空间三 计算出的 1.讨论确定转换公式
用CAD三维 施工 5- 朱善美、
1 维坐标 结果，较 2利用第二种方法进行
功能进行复 现场 2013.10.2 商科军
计算 差不超过 复核
核 0
0.1mm
拱肋调 实现四点 1.讨论确定调整公式 2013.10.1
开发全站仪
整智能 自动测量， 2.与南方高铁合作开 施工 5- 朱善美、
2 外接接口测
测量软 定位精度 发智能测量软件。 现场 2013.10.2 商科军
量软件
件开发 达到±1mm 0
1.增加测量墩，确保
测量定
设置较多的 全站仪的 全站仪高度倾角不大 2013.10.1
位精度 施工 李智、
测量墩 倾角不超 于60度； 5-
3 的控 现场 王克武
过60度 2.利用GPS测量出测量 2013.10.2
制
墩上强制对中点坐标。 0
制表人 ：朱善美 日期：2013年10月15日
对策实施
实施一:编写坐标转换程序并利用CAD三维功能进行复核
拱肋生产厂家只提供拱肋的相对位置坐标，在现场拼装拱肋需转换出施
工坐标系坐标，转换要进行高程旋转和平面旋转。QC小组首先开会确定了
转换模型公式，然后利用Visual Basic语言进行程序编写并做成针对拱肋坐
标转换的程序。由小组第二人利用AutoCAD三维功能进行拱肋三维绘制，进
行完全不同方法的复核。利用拱肋坐标转换程序转换的坐标与AutoCAD三维
坐标点进行比对，两种结果较差小于0.1mm，则坐标转换成功。
实施效果检查：在QC小组把两种工作都完成后，进行了两种坐标的比对，
所有点比对结果较差全部为0，坐标转化达到了较高的精度。
对策实施
坐标转换
对策实施
转换后坐标
对策实施
CAD拱肋三维坐标复核
对策实施
实施二:开发全站仪外接接口测量软件单击此处添加段落文字内容
实现拱肋的智能定位需开发定位软件，软件开发需全站仪接口程序，
QC经讨论决定与南方高铁进行合作，由QC小组编写拱肋定位源程序，南方
高铁提供全站仪接口程序，合作开发拱肋智能测量软件。用测量软件进行第
一节拱肋的定位控制，在第一节拱肋定位后，利用人工配合全站仪进行定位
精度的检核，若定位点误差小于2mm ，则软件研发成功。
实施效果检查：在2013年10月21日第一节拱肋利用测量软件拼装完成后，
进行了复核，复核四点误差都小于2mm，达到了预期的精度，并节约了拱肋
定位时间。
对策实施
软件主界面 四点测量界面
对策实施
部分源程序
对策实施
拱肋智能化测量放样
对策实施
实施三：设置较多的测量墩
根据拱肋的高度，实地踏勘，选定测量墩的位置，确保全站仪高
度倾角不大于60度，在桥梁的左侧和右侧各设置三个测量墩。在测量墩
上埋设强制对中装置，利用GPS测量出测量墩上强制对中点坐标。然后利
用全站仪建站，根据反光贴的设计坐标进行拱肋的放样。
实施效果检查：经现场检查，全站仪的高度倾角都在60度以下，GPS静态
测量达到了较高的精度。
对策实施
测量墩设置 房顶测量墩
效果检查
1.活动效果
现场具备拱肋拼装作业时间为2013年10月21日，经过QC小组成员的共
同努力，采用智能化测量技术后，拱肋拼装作业于2013年11月5日全部结
束，拼装速率为30节/15天=2节/天，超过了计划目标拼装速率1.8节/天，拱
肋拼装工期由计划工期的30节/1.3=27天缩短到15天完成，工期缩短了12
天。QC小组会同监理对拱肋安装的精度进行了检查，安装精度合格率为
100℅。 小组活动目标实现了！
活动前后的拼装速率效果
效果检查
2.经济效益
采用智能化测量技术后，拱肋拼装工期比原计划缩短了12天，经济效益明显：
经济效益对照表（工程直接费）
序号 项目 数量 单价 缩短工期（天） 金额（元）
1 焊工 10人 300元/天 12 36000
2 人 架子工 15人 220元/天 12 39600
3 管理人员 5人 200元/天 12 12000
4 材 支架租赁费 625t 6元/天*t 12 45000
5 100t吊车 2台 3000元/天 12 72000
1500 元/
6 机 50t吊车 1台 12 18000
天
7 全站仪租赁费 2台 500元/天 12 12000
合计 节约费用 234600
制表人 ：朱善美 日期：2013年11月15日
效果检查
3.社会效益：
拱肋拼装采用智能化测量方法大大降低了高空测量定位人员安全风险、有效缩短
了拼装时间，为后续拱肋顶推施工留下了充裕的作业时间，得到了业主和监理的
好评。
外监对拼装好的拱肋进行检查
效果检查
业主对拼装好的拱肋进行检查
效果检查
拼装好的拱肋
巩固措施
1、本次QC活动目标实现后，小组成员李智将本次智能化测量技术编写进
《长大连续梁拱拱肋拼装作业指导书》，经公司总工审批后下发，用
以指导公司今后类似工程的测量控制作业。
作业指导书
巩固措施
2.申报发明专利：发明专利受理书：
结合本次QC活动，小组认真总
结拱肋拼装线形控制智能化测量技
术，已就研发的智能化测量系统申
报发明专利（专利号受理号
201410050769.4）。
体会与打算
1.在QC小组的活动中，我们通过建立连续梁拱拱肋数学模型，计算拱
肋各特征点设计理论坐标、并换算至异位高空拼装位置的理论坐标
，运用智能测量新技术，杜绝了高空拼装测量定位作业的安全风险
、大大提高了拼装效率，使拱肋异位拼装的工期得到了保证，实现
了预期目标，为下步实现拱肋顶推就位打下了坚实的基础。
2.通过QC小组活动，我们小组成员的质量意识、个人能力、团队精神
、QC工具的应用以及创新意识均得到了不同程度的提高，详见小组
自我评价表和雷达图。
综合自我评价表
序号 评价内容 活动前（分） 活动后（分）
1 质量意识 80 95
2 个人能力 85 95
3 团队精神 80 95
QC工具的应
4 75 90
用
5 创新意识 85 90
制表人 ：商科军 日期：2013年11月15日 制图人 ：商科军 日期：2013年11月15日
动画.mp4
汇报完毕
谢谢大家！
2014.4