基于BIM的自由设站自动化监测网型结构优化设计
（文献综述）
- 绪论
在施工时，地铁隧道的结构会受到很多因素（如地下水、地质、结构材料、周围建筑等）的影响，导致隧道结构产生倾斜、沉降等变形，严重的甚至造成大面积的塌方。因此，对地铁隧道的变形监测工作是必不可少的，尤其一些重要的施工区域，更是需要全天候、持续的监测。传统的变形监测方式费时费力、含有较多的误差源、周期较长，基准点和监测点都只能分布在狭长的隧道两端，且利用全站仪在施工现场进行测量时，往往会出现所给两个控制点不通视或控制点遭到破坏（没有控制点）的情况，难以及时发现一些形变特别快的施工区域[1]。为了及时了解隧道建设过程中各项稳定性参数的变化规律，以实现对周边原有构筑物稳定状态的及时维护，部分地区的市内地下工程已逐渐采用自动化监测系统取代传统的手动测量，并且不断的对其进行理论与技术上的分析完善。本文利用自由设站自动化监测方法对地铁隧道的变形监测工作进行了分析研究和模拟试验，对该方法的理论监测精度进行分析，并对监测网型进行优化设计，能够为地铁隧道及相关的施工变形监测提供更多的安全保障。
- 研究背景及意义
随着我国经济的发展和城市化水平的提高，由此带来的“城市综合症”也越来越严重。“城市综合症”主要包括城市人口超饱和、建筑空间拥挤、城市绿化减少、交通阻塞等等[2]。其中交通阻塞己经成为我国各大城市的普遍问题。交通阻塞的关键在于城市道路容量不足，道路扩建的速度跟不上车流量增加的速度。为了解决交通拥挤的问题，以减少单位面积道路内的汽车密度为原则，有增加道路容量、减少道路交叉、限制车辆驶入和发展公共运输系统等方法，其中发展高效的地下轨道公共交通形成四通八达的地下公共交通网是最为主要的措施之一。地下轨道交通与其他交通工具相比，具有运输能力大、运行速度快、占地面积小以及能耗小、安全舒适等优点。这些优势使得地铁建设成为我国世纪城市地下空间开发的重点。目前我国已建成运行地铁交通的有北京、上海、广州、天津、南京、成都、武汉、杭州等一线大城市和省会城市。同时很多二、三线城市包括宁波、常州、南昌等也正在兴建和准备兴建地下轨道交通。根据城市轨道交通《2020年科学和技术发展规划》，2005-2020年，我国新建城市轨道交通总投资达3000亿元。其中《武汉市城市快速轨道交通建设规划（2009-2020）》规划，到2017年武汉将建设7条轨道线，轨道交通建设总规模将达到215.3km。北京、上海、广州等地每年新修的城市轨道交通更是多达近40km，地下轨道交通在很多城市已经进入了网络建设的时代预计到年我国的城市轨道交通线路总长将超过4500km。
城市地下轨道交通建设是在岩土体内部进行的，无论采用何种开挖方法以及不同的埋深，施工建设不可避免地将扰动地下岩土体，使其失去原有的平衡。地铁隧道施工会影响地面沉降，严重时会引起隧道坊塌、地面塌陷、地下己有管道破坏以及地面建筑物的损坏。另一方面，在城市轨道交通网大规模发展建设的过程中必然会遇到线路之间的交叉、换乘等问题，存在新建线路在临近既有地铁线路区域施工以及车站及区间隧道相互穿越等工程。若不能对地铁隧道进行全天候自动化监测很难及时发现险情，地铁隧道一旦发生灾难将会造成巨大的灾难和财产损失。地铁隧道空间狭长，基准点和监测点都只能分布在狭长的隧道两端，且利用全站仪在施工现场进行测量时，往往会出现所给两个控制点不通视或控制点遭到破坏（没有控制点）的情况，此时利用传统的测量方法将无法进行具体的测量工作。而利用全站仪进行自由设站自动化监测可以快速的解决此类问题[3]。 同时地铁隧道变形监测的精度要求较高，自动化监测能否满足监测精度的需求，暂时还没有在实际的隧道工程环境下对监测结果进行专门的量化验证[4]。本文从基于自动化监测的地铁隧道的数学模型出发，对该方法的理论监测精度进行分析，并对监测网型进行优化设计，在地铁隧道监测中具有理论价值和实际意义[5]。
- 自由设站自动化监测系统
3.1自由设站
3.1.1自由设站法简介
自由设站法是在测站点上安置全站仪，并观测多个已知基准点的方向和距离，按间接平差方法计算测站点坐标的一种测量方法。间接平差以待定测站点的坐标作为未知参数，根据各类观测值建立相应的误差方程，然后基于最小二乘原理计算测站点的坐标平差值[6]。在采用自由设站法计算测站点的坐标时，可以把平面和高程坐标分开平差，而更严密的平差模型则是以斜距、水平方向和天顶距为原始观测值，以测站点的三维坐标作为未知参数进行平差。自由设站功能支持二点交会（测量距离、水平角、垂直角），三点（或以上）测角交会，及多
点角距混合交会。 有三种方式：
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