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無論面臨什么環(huán)境，Ian J Ayson一直用*的數(shù)字測量設(shè)備裝備自己的隊(duì)伍，以實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)，促進(jìn)世界上施工速度的工地香港赤臘角新機(jī)場的完工。

這位香港機(jī)場管理局50多歲的總測量師，帶著他的70人的隊(duì)伍，完成了控制、測量、計(jì)算、繪圖以及大量地形地貌的數(shù)據(jù)采集工作。

與傳統(tǒng)的測量方法不同，機(jī)場管理局的測量師們采用了 GPS測量, 攝影測量, 地理信息系統(tǒng), 水下地形測量和地面探測技術(shù)，為工地上14000多名技術(shù)人員提供快速、高精度、專業(yè)化服務(wù)。

在前期規(guī)劃階段, Ian Ayson 已經(jīng)負(fù)責(zé)一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的測量項(xiàng)目。他的指揮所，也就是他在赤臘角的辦公室正好位于這個(gè)日新月異的工地之中。如果需要，他可以馬上會(huì)集現(xiàn)場監(jiān)理和地質(zhì)工程師召開一個(gè)現(xiàn)場會(huì)，給他的同事一些工程管理與規(guī)劃方面的簡短提示。 這些現(xiàn)場監(jiān)理和地質(zhì)工程師為了管理各個(gè)不同的施工公司聯(lián)合體和轉(zhuǎn)包商及其他們的測量隊(duì)，在島上也建立了自己的辦公室。

機(jī)場建設(shè)管理局總部辦公室位于香港374米高的中心廣場內(nèi)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和共享數(shù)據(jù)庫使現(xiàn)場工作人員和他們的同事以及總部間保持暢通的聯(lián)系。每天超過一萬名以上的工人和技術(shù)人員乘船到達(dá)小島與島上四千名工人會(huì)合，機(jī)場完工以后，這四千人將成為機(jī)場居民。

13公里長的防浪堤內(nèi)938公頃的新場地

當(dāng) Ian Ayson 和他的先遣于1992年到達(dá)赤臘角時(shí)，這個(gè)花崗巖的小島總面積才302 公頃 (746 英畝),島上到處可以聽到南海的濤聲。 現(xiàn)在，當(dāng)這位總測量師進(jìn)入他工地上的汽車時(shí)，他只能看到西面漫天的塵土。僅僅31個(gè)月,就從海里奪取了 938公頃 (2318 英畝)的新場地，整個(gè)海岸線也向外延伸了5公里。

一條13公里長的防浪堤環(huán)繞在機(jī)場小島的周圍，現(xiàn)在的機(jī)場小島是原來小島面積的四倍。 重達(dá)1噸、3噸和5噸的巨大花崗巖巖石保護(hù)著防浪堤，島外的巖石被炸成防浪堤要求的標(biāo)準(zhǔn)大小，一個(gè)一個(gè)用鋼筋連接起來，散放在防浪堤周圍，消除海浪對防浪堤的沖擊。

巨大的施工工地

如何完成這一巨大的工程項(xiàng)目？ — 當(dāng)然這一切現(xiàn)在已經(jīng)在赤臘角得以實(shí)現(xiàn) — 如何在2年半內(nèi)在海面上建立將近9.5平方公里的陸地，而有的地方水深達(dá)到90米？從哪兒得到這些材料？如何放置這些材料，又考慮運(yùn)輸費(fèi)用最省？土地與主要建筑如何布置才能達(dá)到的穩(wěn)定程度？赤臘角上的建筑物結(jié)構(gòu)實(shí)在是太復(fù)雜了！

除了巨大的基礎(chǔ)平臺(tái)本身外，給人印象最深的恐怕是8層樓高的機(jī)場大樓了，大樓1.27公里長，占地面積 560’000 平方米(超過6百萬平方英尺) ，其符合空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的巨大屋頂可以抵抗臺(tái)風(fēng)的襲擊。 要是沒有合理設(shè)計(jì)的支撐結(jié)構(gòu)，大樓難以抵抗雨季巨量的大雨。盡管大樓建立在赤臘角的基巖上，但是有些若風(fēng)化巖石還是打入了50米長的水泥樁，許多地方打入了鋼板樁，這是確保大樓基礎(chǔ)在受到各種擠壓力、上浮力、重力和其它的應(yīng)力影響時(shí)紋絲不動(dòng)的辦法。

赤臘角島上建成的幢建筑是機(jī)場控制中心大樓，它有高的控制塔，84米高。 另一個(gè)主要的建筑是南跑道，它有60米寬，3.8公里長，它的下面還有兩條交通隧道。在這些建筑物和土建工程中還有汽車站和火車站、大的航空貨運(yùn)中心、餐飲大樓和辦公室，還包括將來的機(jī)場管理局的總部和香港航空公司的總部。

緊挨著海上運(yùn)油船停泊的港口建設(shè)有9個(gè)巨大的儲(chǔ)油罐，可以為每小時(shí)50架次以上的飛機(jī)供應(yīng)燃料。總共儲(chǔ)存有1800億公升的航空燃油 — 約 400億英國法定加侖（500億美國加侖）! 所有這些，通通考慮到了噪音以及對環(huán)境的危害最小，同時(shí)也要避免打擾生活在小島周圍海洋中的白豚。

赤臘角整個(gè)建筑物的施工合同費(fèi)用超過200億港元，約30億美元。 但是這個(gè)巨大的建設(shè)工地不僅僅是世界上建設(shè)速度的工地，恐怕其測量任務(wù)也是90年代最困難的測繪項(xiàng)目之一。 機(jī)場終于如期完工并于1998年4月正式運(yùn)行，其所有的建設(shè)費(fèi)用超過了1500億港元，約200億美元。

3.4億立方米的石頭填海造地

整整兩年，每天在兩個(gè)固定的時(shí)間段，上午11：30到下午2點(diǎn)，下午4點(diǎn)到6點(diǎn)，整個(gè)赤臘角爆炸聲響徹云霄。鉆爆孔的總長度達(dá)到了2700km。為了除去島上的花崗巖，將小島平整到120m高程，鉆爆師們用掉了40’000 噸，將小島變成了一個(gè)高出海面5米的平臺(tái)。緊挨赤臘角的小島Lam Chau，雖然面積僅8公頃（20英畝），也變成了一樣的情景。 這個(gè)小島現(xiàn)在也是機(jī)場的一部分，是機(jī)場跑道東面三分之一段天然的基礎(chǔ)。

就算是將兩座島上的巖石全部用上，也不夠平均深度15米的海域的填筑，也不夠機(jī)場所需的填筑量。擺在眼前的方法是將鄰近的兩個(gè)小島 — 兄弟島— 通通削平，將700萬立方米的材料用上。 這兩個(gè)小島位于靠近跑道的直線上，島上建有兩個(gè)航空雷達(dá)站，確保航空安全。它們不象赤臘角那么大，有那么穩(wěn)固的基礎(chǔ)。施工期間，主要通過巨大的運(yùn)輸船將所需要的材料運(yùn)到附近的主體建設(shè)工地上。

比較復(fù)雜的問題是，赤臘角機(jī)場周圍海底的表面地層對于建機(jī)場是不穩(wěn)定的。裝配有吸盤機(jī)和抓臂的13個(gè)挖泥船對海底大量的軟泥、淤積物和粉塵進(jìn)行挖除。淤泥挖除后，施工員開始著手構(gòu)筑機(jī)場基礎(chǔ)，他們將巖石拋入海中，同時(shí)還要用挖泥船將沙子撈出。

在他們的共同努力下，小島陸地面積每天增加1公頃(212 英畝)，峰時(shí)達(dá)到每天3公頃。完成這一任務(wù)的工程量是：拋投1.21億立方米的巖石和7600立方米的沙子到海中，另外 1.42 億立方米的廢料要從海中運(yùn)到的垃圾場。 整個(gè)小島的表面由兩米厚的碎石層和沙子覆蓋。這是一個(gè)特別的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，總面積達(dá)7百萬平方米，將兩米厚的排水層與土層填筑區(qū)嚴(yán)格分別開來。

水下測量與空中測量

不同測量方法的結(jié)合

關(guān)于赤臘角和Lam Chau兩座小島的地質(zhì)數(shù)據(jù)，起先只有一張香港勘測局在1967年到1969年用徠卡設(shè)備制作的一張地圖，1989年予以更新。原始的地形數(shù)據(jù)是香港政府測繪辦公室1979年到1980年使用 徠卡航測相機(jī) 和 立體量測儀制作的地形圖。1992年用徠卡TC1010全站儀完成控制網(wǎng)的測量。

當(dāng)開始開山采石時(shí)，大部分這些控制點(diǎn)已經(jīng)丟失，只有建立性的測量控制點(diǎn)后才能開始施工。在基巖上建立牢固的測量標(biāo)墩作為控制網(wǎng)的網(wǎng)點(diǎn)，在粘土填筑區(qū)用鋼樁深入基巖建立標(biāo)墩，直到整個(gè)小島布滿測量標(biāo)墩。

大量水下地形測量工作

海底水下地形圖的測繪剛開始是由英國地質(zhì)勘測局測繪的。 階段包括地震探測研究，總長335公里，鉆孔236個(gè)，404個(gè)CPT，按照100米乘100米的格網(wǎng)提供赤臘角島周圍詳細(xì)的地質(zhì)圖，接著完成了赤臘角周圍的地質(zhì)板塊運(yùn)動(dòng)情況調(diào)查。

盡管有無法預(yù)計(jì)、長短不一的大雨季節(jié)，但是在南海這兒的填海計(jì)劃必須按時(shí)按預(yù)算成本完成。由于海底地形的重要性，為了監(jiān)測每天不斷變化的海底地形，Ian Ayson和他的同時(shí)們用GPS、回聲測深儀、計(jì)算機(jī)和自己開發(fā)的導(dǎo)航軟件裝備了三條船，用來完成水下地形測量任務(wù)。從比利時(shí)和荷蘭運(yùn)來的挖泥船采用DGPS完成定位工作。同轉(zhuǎn)包商的測量數(shù)據(jù)合并后，他們提供海底不斷覆蓋的地形數(shù)據(jù)，這樣對于計(jì)算填充部分材料的方量十分有效。也有利于計(jì)算各轉(zhuǎn)包商完成的工程量以及所填筑的各種材料的工程量。

在測量13公里長的防水墻時(shí)采用了一項(xiàng)特殊的測量技術(shù)。在離岸邊近的地方用測深尺測量水深，在每10米需要測量一個(gè)橫斷面的地方，用浮筒在水面上作一個(gè)標(biāo)識(shí)。在挖泥船和距防水墻75米以上的地方，采用回聲測深儀和 DGPS 進(jìn)行測量。 采用這兩種方法相結(jié)合，盡管在進(jìn)行防水墻測量時(shí)每10米一個(gè)斷面，每1米一個(gè)測點(diǎn)，但是測量速度非常快。水面上的測量工作，大部分采用徠卡全站儀。在許多地方，防水墻下挖近80米深，以確保小島不受海浪的沖擊和侵蝕。

采用航空攝影測量的方法實(shí)施工程量測量、施工進(jìn)度監(jiān)測以及提供工地全貌圖

Ian Ayson 講到： “相片糾正技術(shù)與攝影測量的結(jié)合，數(shù)字地面模型以及GIS技術(shù)提供了測量手段和方法，快速提供整個(gè)工地的全貌圖。從工程開工開始，每四星期一次，裝備有Wild RC10A 航空相機(jī) 的King航空公司，代表機(jī)場管理局完成整個(gè)赤臘角的航飛任務(wù)。”

飛行高度為1000米，采用 230mm ?230mm 的膠片，60%的縱向重疊 30%的旁向重疊，完成整個(gè)小島測量任務(wù)總共需要36張。Ayson 解釋說: “我們在中心廣場的辦公室內(nèi)采用數(shù)字掃描儀和全數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)處理和糾正相片。在計(jì)算機(jī)屏幕上采用標(biāo)準(zhǔn) 3D 攝影測量方法生成工地的數(shù)字地面模型。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，我們可以提供地形圖并計(jì)算工程量。第二步是制作正射影象圖。”

“在這個(gè)過程中，我們將航空照片轉(zhuǎn)換成正射影象圖，點(diǎn)位精度為平面 ?00mm 高程 ?00mm。這對于施工進(jìn)度分析和整個(gè)工地全貌的了解已經(jīng)足夠了。當(dāng)然這個(gè)精度對于分析工地下沉情況是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在盡可能的情況下，我們將空中三角測量點(diǎn)與地面測量固定的控制點(diǎn)相結(jié)合。我們也將這些正射影象圖與其它圖形，如從數(shù)字地面模型得到的圖、相關(guān)的測量、設(shè)計(jì)和各種數(shù)據(jù)庫得出的地圖相結(jié)合。我們采用的軟件和特殊的方法可以使我們?yōu)楣こ處焸儭⒃O(shè)計(jì)人員、計(jì)劃人員和承包商提供各種特別的平面圖、放大的圖片等。

數(shù)據(jù)與測量結(jié)果的一體化

土地分配

香港機(jī)場管理局的數(shù)據(jù)庫有土地信息和動(dòng)態(tài)的地籍圖，這樣它就具有另外重要的功能。 島上的施工每個(gè)地方每小時(shí)都在發(fā)生變化，為了保證這些活動(dòng)不至于互相干擾并且相互配合得很好，在施工的每一個(gè)階段監(jiān)測施工結(jié)果是十分必要的。

基于這一目的，赤臘角區(qū)域被劃分為幾個(gè)工區(qū)，機(jī)場管理局將這些區(qū)域分配給的承包商，方便承包商完成他們的任務(wù)。在贈(zèng)與期過后，承包商要將這些工區(qū)“歸還”給機(jī)場管理局，并且詳細(xì)說明施工情況和工地變化情況。 Ayson的同事們通過采用施工測量和土地管理的方法予以監(jiān)督。這一測量任務(wù)中主要采用的測量儀器有 GPS, 徠卡TC2002, TC1700, 和TC1010 全站儀, 以及 徠卡 NA2002 和 NA3003 數(shù)字精密水準(zhǔn)儀。

野外電子測量

按照Ian Ayson的說法: “在數(shù)據(jù)采集、記錄、處理和報(bào)告生成方面，測量過程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電子化。采用條碼尺，水準(zhǔn)儀能自動(dòng)讀數(shù)并將讀數(shù)記錄下來。RAM 卡不僅可以記錄讀數(shù)，而且可以在測量員回辦公室之前計(jì)算出測量“閉合差”。 RAM卡上的數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)后，進(jìn)行網(wǎng)平差處理就可以得到測量結(jié)果。”

將平差結(jié)果直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫并進(jìn)行仔細(xì)檢查，然后才能將這些可用的數(shù)據(jù)提供給其它的用戶使用。每月一次將表格數(shù)據(jù)下載到 CADD 系統(tǒng), 繪制點(diǎn)之記和全部測點(diǎn)的布置圖。 還要在另外平面圖上繪制超過8周以上的點(diǎn)，以利于比對。只有這樣，這些平面圖和報(bào)表才能提供給其它人分析使用。

沉陷預(yù)報(bào)

對于赤臘角上工作的測量師來講，監(jiān)測改造區(qū)域的沉陷情況是許多挑戰(zhàn)之一。在和總工程師Graham Plant博士和他的地質(zhì)工程師專業(yè)隊(duì)伍密切合作后，總測量師Ian Ayson和他的測量隊(duì)，配合地質(zhì)儀器工程師Colin Lang，完成了島上12.4平方公里1878個(gè)測點(diǎn)的布設(shè)。有些傳感器的深度達(dá)到90米深。采用往返水準(zhǔn)和平面測量的方法對一些重要的地表標(biāo)墩實(shí)施監(jiān)測，以獲得三維沉陷監(jiān)測數(shù)據(jù)。

為了達(dá)到監(jiān)測目的，也采用了其它一些監(jiān)測儀器：用壓力計(jì)測量壓力，傾斜計(jì)測量土層的水平位移，伸縮計(jì)記錄垂直方向的變化。總共安裝了77 個(gè)傾斜計(jì)和伸縮計(jì), 24 個(gè)磁力伸縮計(jì), 以及11個(gè) MPBX 多點(diǎn)位移計(jì)。

實(shí)際發(fā)生的沉陷量與計(jì)算和預(yù)測的數(shù)值是吻合的。在頭6個(gè)月，新開墾的地區(qū)沉陷量約0.5米，越往后越少。在緊接著的18個(gè)月內(nèi)，月平均沉陷量僅 5mm，最后期間月平均沉陷量僅1mm 乃至更少。

測量師們采用 徠卡 NA3003 數(shù)字水準(zhǔn)儀 測量高程，對最后剩下的500個(gè)測點(diǎn)，每月收集沉陷數(shù)據(jù)。

用徠卡 全站儀 和 GPS 定位

牢固建立在赤臘角花崗巖上的固定標(biāo)墩用作測量首級(jí)控制點(diǎn)，在施工開始時(shí)，控制點(diǎn)的坐標(biāo)已知，精度在 2ppm以內(nèi)。開工以后，他們?nèi)匀唤?jīng)常對控制點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測。

采用打樁的方法在新開墾的地方建立測量標(biāo)墩，控制網(wǎng)不斷擴(kuò)展，在新開墾的地方，控制網(wǎng)的密度達(dá)到每兩公里一個(gè)，在原來區(qū)域則不到1公里一個(gè)控制點(diǎn)。

盡管如此，由于工地太大，情況不斷變化，如果遇到視線受阻，還得經(jīng)常布設(shè)三角測量點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)。

除了采用徠卡 TC1010, TC2002, 和 TC1700 全站儀外，還采用三臺(tái)美國生產(chǎn)的 GPS 設(shè)備 來確定測點(diǎn)的 XY坐標(biāo)。 采用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位達(dá)到厘米級(jí)精度，采用常規(guī)后處理則達(dá)到毫米級(jí)精度。Ian Ayson 聲稱:“誰都知道GPS測高的精度底于平面定位的精度，所有的生產(chǎn)廠家也指明了這個(gè)問題。我們雖然有使用GPS進(jìn)行變形監(jiān)測的經(jīng)驗(yàn)，但是我們也發(fā)現(xiàn)它不能取代水準(zhǔn)測量手段。在我們用GPS進(jìn)行RTK測量時(shí)，我們注意到由于島上電離層的不規(guī)則影響，高程測量值始終在特定的精度范圍內(nèi)。這證明在進(jìn)行快速靜態(tài)或后處理測量時(shí)，消除這一測量誤差是可能的。不管怎么說，我的觀點(diǎn)是，沒有進(jìn)行進(jìn)一步研究和檢測，GPS目前還不能用于高精度的高程測量。”

新的水準(zhǔn)測量方法

優(yōu)于GPS的高精度水準(zhǔn)測量系統(tǒng)
徠卡 NA2002 和 NA3003 數(shù)字水準(zhǔn)儀是世界上無二的產(chǎn)品，它們是赤臘角機(jī)場工程測量的技術(shù)明星。這些水準(zhǔn)儀不僅提供百分之一毫米的精度測量，而且可以作到電子測量和記錄。

測量員在測站上經(jīng)過簡單的整平和檢查之后，儀器就可以將測量數(shù)據(jù)記錄到 PC 卡 上。每天必須將不同儀器上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)庫中，這一點(diǎn)不僅可以避免觀測員的不同而帶來的測量誤差，而且可以防止數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。 由于沉陷，每周有幾百個(gè)點(diǎn)需要檢查并制作報(bào)告，對我們來講，盡可能將一些工作經(jīng)驗(yàn)少的年輕人安排在野外工作，要求他們從野外帶回來完整而精確的數(shù)據(jù)。

徠卡數(shù)字水準(zhǔn)儀 由于其影象識(shí)別軟件配合高精度的銦瓦尺，能自動(dòng)讀數(shù)和記錄，才能成為如此出色完成此測量任務(wù)的產(chǎn)品。“這不僅給我們一個(gè)機(jī)會(huì)來讓年輕人做這項(xiàng)有趣的工作，而且也使他們得到了實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)這樣做可以讓我們節(jié)省 50% 的測量時(shí)間，它意味著可以節(jié)省一筆人員工資開銷。”這是機(jī)場建設(shè)工地總測量師的觀點(diǎn)。

專業(yè)測量必將達(dá)到的結(jié)果

如果要計(jì)算香港機(jī)場建設(shè)的測量人員的話，則不僅有香港機(jī)場管理局自己的測量專業(yè)隊(duì)伍、測量技術(shù)人員、攝影測量員、測量計(jì)算機(jī)操作員，還有那些為不同的跨國公司聯(lián)營體和大量的分包商工作的測量人員。這樣在香港赤臘角工地上有時(shí)有二到三百個(gè)測量員。不僅僅是香港機(jī)場管理局的Ian Ayson 和他的測量隊(duì)擁有徠卡測量儀器設(shè)備，而且其它為各個(gè)承包商服務(wù)的測量專業(yè)隊(duì)伍也把徠卡設(shè)備作為他們的質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)要求。

Ian Ayson 非常滿意所努力結(jié)果: "我們做的導(dǎo)線，其閉合差都非常的好。從精度上講，誤差范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范的要求。 我們定時(shí)定期測量的高差資料于與計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)的同一時(shí)間下沉高程吻合。在赤臘角5年的工作經(jīng)驗(yàn)告訴我將來也會(huì)是相同的狀況。”

在下一個(gè)10年，香港新機(jī)場將達(dá)到其運(yùn)行高峰，超過8700萬的旅客將從這一傾注了測量師、工程師和承包商心血的工程中受益。對于測量工作而言，第三個(gè)千年正邁著巨大的腳步正逐步來臨。

信息標(biāo)題：香港赤臘角機(jī)場建設(shè)結(jié)合多種測量手段

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