建筑工程测量基础教案与练习

建筑工程测量基础教案与练习一、课程概述与教学目标本课程旨在向学习者系统介绍建筑工程测量的基本理论、常用仪器及基本操作技能，为后续从事建筑工程施工、管理等工作奠定坚实的测量基础。通过理论学习与实践操作相结合的方式，使学习者能够理解测量工作的基本原则，掌握水准测量、角度测量和距离测量的基本方法，并能初步应用于简单的工程实践。教学目标：1.知识与技能：*理解建筑工程测量的基本概念、任务及在工程建设中的作用。*掌握地面点位确定的基本原理和方法（坐标系统、高程系统）。*熟悉水准测量、角度测量、距离测量的原理，掌握常用仪器（水准仪、经纬仪、全站仪）的基本构造与操作方法。*能够进行简单的测量数据处理与成果检核。*了解测量误差的基本知识及其在实际工作中的影响与处理原则。2.过程与方法：*通过课堂讲授、案例分析、仪器演示和分组实习，培养学习者观察、分析和解决实际测量问题的能力。*强调测量工作的规范性、严谨性和团队协作精神。3.情感态度与价值观：*培养严谨细致、实事求是、精益求精的工作态度。*树立安全第一、质量为本的工程意识。*激发对工程测量技术的兴趣，为后续专业课程学习和职业发展打下良好基础。二、课程主要内容（一）建筑工程测量基本知识1.建筑工程测量的任务与作用：*任务：测绘大比例尺地形图、施工放样（测设）、变形监测。*作用：为工程规划设计提供基础资料；指导工程施工，确保工程按设计进行；监控工程质量和安全，保障工程结构稳定。2.测量的基本原理与原则：*基本原理：将地球表面的形态和点位通过测量手段，用数据或图形表示在平面上。核心是确定地面点的三维坐标（X,Y,H）。*基本原则：“从整体到局部，先控制后碎部”、“前一步测量工作未作检核不进行下一步测量”。这两条原则是保证测量精度、提高工作效率的关键。3.地面点位的确定：*水准面、大地水准面、铅垂线、绝对高程（海拔）与相对高程的概念。*坐标系统：高斯平面直角坐标系（重点介绍6°带和3°带投影的基本概念），独立平面直角坐标系。*用水平面代替水准面对距离和高程的影响（简要分析，理解为何在小范围内可以用水平面近似）。（二）水准测量1.水准测量原理：*利用水准仪提供的水平视线，借助水准尺读取两点间的高差，从而由已知点高程推算未知点高程。*高差法与仪高法的基本计算。2.水准测量仪器与工具：*DS3型微倾式水准仪的构造：望远镜、水准器（圆水准器、管水准器）、基座及其作用。*水准尺：塔尺、双面尺的特点与使用。*尺垫的作用与使用场合。3.水准仪的使用：*安置仪器（粗平）：通过脚螺旋使圆水准气泡居中。*瞄准水准尺（精平与读数）：目镜调焦、物镜调焦、消除视差、用微倾螺旋使管水准气泡居中、读取读数。*注意事项：仪器安置的稳定性、气泡居中的准确性、读数的清晰度。4.水准测量的施测方法与成果计算：*水准点的概念（已知高程点）。*附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线的布设形式。*一个测站的观测步骤：后尺读数（a）、前尺读数（b），计算高差h=a-b。*水准测量记录与计算：手簿记录要求（清晰、准确、规范），高差闭合差的计算与调整（重点讲解等权分配原则），待定点高程的计算。*示例：以闭合水准路线为例，演示记录、高差闭合差计算、调整及高程推算过程。5.水准测量的误差分析与注意事项：*仪器误差（i角误差、水准尺误差等）。*观测误差（整平误差、读数误差、视差影响等）。*外界条件影响（地球曲率与大气折光、温度变化影响等）。*消减误差的措施：严格按照操作规程作业、采用测回间变动仪器高、前后视距尽可能相等、选择适宜的观测时间等。（三）角度测量1.角度测量原理：*水平角：地面上一点到两个目标点的方向线在水平面上的投影所夹的角度，取值范围0°~360°。*竖直角：在同一竖直面内，目标方向线与水平线之间的夹角，取值范围-90°~+90°（仰角为正，俯角为负）。2.光学经纬仪的构造与使用：*主要组成部分：照准部（望远镜、横轴、竖盘、水准器、读数设备）、水平度盘、基座。*各部件作用：望远镜用于瞄准目标；水平度盘用于读取水平角；竖盘用于读取竖直角；水准器用于整平仪器；制动与微动螺旋用于精确瞄准。*经纬仪的使用步骤：对中（使仪器中心与测站点在同一铅垂线上）、整平（使仪器竖轴竖直，水平度盘水平）、瞄准（精确对准目标）、读数（读取水平角和竖直角数值）。*对中、整平的操作技巧与检验方法。3.水平角观测（测回法）：*测回法观测水平角的步骤：盘左（正镜）观测（瞄准左目标A，读数；瞄准右目标B，读数，计算上半测回角值）；盘右（倒镜）观测（瞄准右目标B，读数；瞄准左目标A，读数，计算下半测回角值）；计算一测回角值（上、下半测回角值取平均）。*2C值（两倍照准差）的概念与检核意义。*多测回观测时角度值的取平均方法。*水平角观测记录与计算示例。4.竖直角观测与指标差：*竖盘指标差的概念及其对竖直角观测的影响。*竖直角观测方法（中丝法）：盘左、盘右分别瞄准目标，读取竖盘读数，计算竖直角及指标差。*竖直角观测记录与计算示例。5.角度测量的误差分析与注意事项：*仪器误差（对中误差、整平误差、视准轴误差、横轴误差、竖轴误差等）。*观测误差（瞄准误差、读数误差）。*外界条件影响（风力、温度、目标成像清晰度等）。*消减误差的措施：仔细对中整平、采用盘左盘右观测取平均值、选择有利观测时间、提高目标瞄准精度。（四）距离测量与直线定向1.距离测量方法概述：*钢尺量距：传统方法，了解其原理、工具（钢尺、测钎、标杆、垂球）、一般量距与精密量距的步骤（定线、量距、温度改正、尺长改正、倾斜改正）。*视距测量：利用经纬仪或水准仪望远镜内的视距丝和视距尺，同时测定距离和高差的简便方法，了解其原理和适用场合。*光电测距：现代主要测距方法，了解全站仪的测距原理（电磁波测距）、主要技术指标和操作流程。2.直线定向：*标准方向：真子午线方向、磁子午线方向、坐标纵轴方向（高斯平面直角坐标系）。*方位角与象限角的概念：真方位角、磁方位角、坐标方位角（重点）；象限角。*坐标方位角的推算：正、反坐标方位角的关系，由已知边坐标方位角及连接角推算未知边坐标方位角。（五）测量误差的基本知识1.测量误差的来源与分类：*系统误差：在相同观测条件下，对某量进行一系列观测，误差出现的符号和大小均保持不变或按一定规律变化。（如钢尺的尺长误差、水准仪的i角误差）。可通过校正仪器、采用合理观测方法或加改正数消除或减弱。*偶然误差：在相同观测条件下，对某量进行一系列观测，误差出现的符号和大小没有明显的规律性，呈随机分布。（如读数误差、瞄准误差）。其特性：有界性、对称性、抵偿性、单峰性。2.衡量精度的指标：*中误差、相对误差、极限误差（容许误差）的概念及应用。3.误差传播定律简介：*理解当观测值含有误差时，其函数值也必然含有误差，初步了解如何根据观测值的中误差计算函数的中误差。（六）全站仪及其基本操作1.全站仪的组成与功能：*组成：光电测距仪、电子经纬仪、微处理器、数据记录与传输系统、电源等。*主要功能：同时进行角度（水平角、竖直角）、距离（斜距、平距、高差）测量，并能自动计算三维坐标。2.全站仪的基本操作：*安置仪器（对中、整平）、开机初始化、设置测站参数（测站坐标、仪器高、棱镜高）、后视定向（输入后视点坐标或后视方位角，瞄准后视点进行定向）。*碎部点测量：瞄准目标棱镜，按测量键，仪器自动显示或记录碎部点的坐标（X,Y）和高程（H）。*简单放样功能的实现思路。3.全站仪使用注意事项：*电池的正确使用与保养。*避免在强电磁干扰、高温、潮湿、多尘环境下使用。*仪器的运输与存放。*数据的及时备份与导出。三、实践教学与练习（一）课间实验与实习项目1.水准仪的认识与使用实习：*目的：熟悉DS3型水准仪的构造与各部件作用，掌握仪器的安置（粗平）、瞄准、精平、读数方法。*内容：*仪器的开箱、安置与装箱。*在指定两点间进行往返测高差练习，记录并计算高差。*进行闭合或附合水准路线观测、记录、计算高差闭合差并调整，推算待定点高程。2.经纬仪的认识与使用实习：*目的：熟悉光学经纬仪的构造与各部件作用，掌握仪器的对中、整平、瞄准、读数方法，学会用测回法观测水平角。*内容：*仪器的开箱、安置与装箱。*练习对中、整平操作。*用测回法观测一个水平角（一测回或两测回），记录并计算角值。*（选做）练习竖直角观测。3.全站仪的认识与基本操作实习：*目的：了解全站仪的基本构造和主要功能，初步掌握全站仪的安置、定向和碎部点坐标测量方法。*内容：*全站仪的开机、关机，熟悉键盘与显示屏。*练习全站仪的对中、整平。*在教师指导下进行测站设置和后视定向。*测量若干碎部点的三维坐标。（二）课后练习与思考题1.思考题：*简述建筑工程测量在工程建设各阶段（设计、施工、运营）中的主要任务。*解释“从整体到局部，先控制后碎部”和“步步检核”原则的含义及其在测量工作中的重要性。*水准测量中，前后视距相等能消除或减弱哪些误差？*什么是水平角？什么是竖直角？如何用经纬仪测量水平角？*测量误差分哪几类？各有何特点？如何处理？2.计算题：*已知A点高程为H_A，通过水准测量测得A、B两点间高差h_AB，试计算B点高程H_B。*完成一份闭合水准路线的高差闭合差计算、调整及各点高程推算。*根据测回法观测水平角的记录数据，计算上、下半测回角值及一测回角值。*已知某直线的坐标方位角，求其反方位角；或已知一条直线的坐标方位角及转折角，推算下一条直线的坐标方位角。（三）综合练习（小型模拟工程）*模拟地形图测绘：在指定小区域内，布设简单的平面和高程控制，然后使用全站仪或经纬仪配合测距工具，对区域内地物、地貌特征点进行碎部测量，记录数据，最终在坐标格网上展绘成简单的地形图。*模拟建筑物轴线放样：给定建筑物的设计坐标，在实地（如操场）利用经纬仪和钢尺（或全站仪）进行建筑物主轴线的测设练习。四、课程总结与学习建议建筑工程测量是一门实践性极强的专业基础课程，其核心在于理论与实践的紧密结合。学习者在掌握基本概念、原理和方法的同时，必须高度重视实践操作技能的培养。学习建议：1.勤思考，多提问：对于基本概念和原理要深刻理解，不要满足于死记硬背。遇到疑难问题及时向老师或同学请教。2.注重实践，勤于动手：珍惜每一次仪器操作的机会，严格按照操作规程进行练习，在实践中体会和巩固理论知识。3.规范记录，认真计算：测量成果的记录必须清晰、准确、完整、规范。数据计算要细致，养成校核的习惯，确保成果质量。4.重视团队