1.国家体育场工程概况

国家体育场，因其外观独特的造型而被俗称为“鸟巢”。该建筑位于北京北四环路北侧的奥林匹克公园中心区，是2008年奥运会主会场，可容纳观众9.1万人，承担了奥运会开幕式、闭幕式和足球、田径等比赛项目。工程总占地面积20.4公顷，总建筑面积25.8万平方米，绿化占地面积7.9万平方米。地上高度69.21米，地下深度7.1米，东西长280米，南北长333米。屋顶开口，钢结构用钢总量约4.2万吨。





“鸟巢”工程的建成不仅标志着建设者施工技术的创新和先进，而且从众多侧面和角度充分展示出精密施工测量技术，为保障其施工按设计要求，准确地实施发挥了重要作用。“鸟巢”工程从规划、设计、施工，一直到竣工、运营的每一步建设进程，测绘工作始终和她相伴而行，测绘工作者用智慧和汗水做出了本专业应有的贡献。


2.工程测量的技术难点


国家体育场结构在空间变化的不规则性、多样性、复杂性以及超大规模，增加了施工测量难度和困难，超出传统工程测量范畴，而且又无工程先例，更无工程经验。


不论是地面拼装还是安装定位，测量工作都十分烦琐和困难，这些对工程测量的实施都提出了挑战。同时，由于施工场地相对狭小，场地中的大型施工设备、运输车辆和重型起重机械的运行频繁，以及作业公司多，配合、协调、工作交圈难度大都给测量工作带来了很多意想不到的困难。


1 需要快速建立高精度三维工程控制网


施工场地建筑材料，对测量控制点通视影响大，安装精度要求高，为满足施工要求，要根据工程进展情况随时快速建立高精度三维工程控制网，保证工程各阶段施工放样的需要。





2 混凝土结构施工测量精度要求高、难度大


1)斜扭柱施工测量；


2)看台板安装的高精度测量。





3 钢结构安装施工测量精度高、难度大


1)钢构件（胎架）组装测量；


2)钢结构安装测量。





4 钢结构支撑塔架卸载变形监测难度大、责任重


钢结构78根支撑塔架卸载工程总卸载量大，卸载工作有一定的难度。





5 跑道施工定线测量精度要求高


跑道施工特点：跑道长度测量定位要求达到国际标准；跑道平整度、精度要求高。





6 施工测量管理难度大


“鸟巢”总体测量工作有北京城建勘测设计研究院有限责任公司负责，下面还有十几个公司单位，因作业公司多，配合、协调、工作交圈不容易，施工测量管理和协调难度大。





针对上述问题采取的措施：


1）应用卫星定位系统、智能化的全站仪及数字水准仪快速建立了覆盖整体工程的高精度三维工程控制网。加密精密导线网和精密水准网。


2）采用强制对中标志，有效减少了测量误差。


3）开发和应用基于智能化全站仪、激光和通讯等技术的集成式精密空间放样测设技术。（Trimble R8 GNSS GPS接收机、LEICA TCA2003智能化全站仪）


4）应用激光扫描等技术对整体工程设施的空间形态进行实时或准实时的精确检测和完整记录，形成了对整体工程实施动态与静态变形监测的自动化技术和方法。


5）建立、健全了各种工程测量项目的质量安全管理体系，以及各项工程测量项目的监督制度，确保了工程测量成果的可靠性与完整性。


3.钢结构卸载变形监测技术


1 工程概况：


国家体育场主体钢结构，采用78个临时支撑点（塔架）分段（共分成182段）高空散装焊接而成。在主体钢结构合拢后，需对临时支撑塔架进行分阶段整体卸载，使鸟巢钢结构屋面由临时塔架的支撑逐步转换为自身承重状态。





2 变形观测点的位置：


卸载过程中钢结构变形最大的部位是内环桁架梁，在主结构内环桁架梁0度、90度、180度和270度四个轴线方向及四个像限的45度方向附近上、下弦各置一个结构变形监测点，并尽可能让同一方向线上的上、下弦监测点处在同一垂直线上，主结构内环桁架梁共布设16个监测点。


另外在东、西、南、北方向四个支撑塔架上，各布设了一个支撑塔架变形监测点，总共布设了20个监测点。





3 变形测量方法的选择：


由于卸载步骤为每小时进行一步，其中包括油缸升降、对监测点进行观测、监测数据计算及对三个监测单位的数据汇总分析整理，并报告信息中心，信息中心专家综合研究确定下一步卸载动作并报告指挥部，由指挥部下达卸载指令。


卸载过程中，结构上不能有人，而且必须在20分钟内提交数据，为节约时间，用反射片代替棱镜。


利用反射片精度要低于棱镜，通过模拟实验进行评估。



4 卸载结束后的监测：

卸载结束后每天在相同时间段对结构的稳定性进行监测，用同样的方法对监测点持续进行观测，根据三天的观测数据比较（气温在19℃～22℃），钢结构内环环桁架各变形监测点的标高互差值最大为2㎜，依据观测数据分析，认为卸载后的钢结构屋面基本稳定，微小的变化量也是由温度差和观测误差所引起的，至此停止对监测点的观测。