22

Главный купол храма представляет собой полусферу радиусом 12 метров, центральная точка которой имеет высоту 57,3 м.

Каждый из четырех приделов храма покрывает купольный свод радиусом 9,7 м, центральная точка которого имеет высоту 30,8 м.

Геодезические обмерные работы при восстановлении храма имеют следующие особенности:

- необходимость выполнения работ в условиях интенсивного непрекращающегося строительства (отсутствие удобных и постоянных мест установки приборов, перекрытие строительной техникой видимости, большая запыленность воздуха и т.д.);

- стесненность церковных помещений и значительная высотой потолков и сводов, что вынуждает работать геодезическими приборами при вертикальных углах визирования от 30 до 75 градусов, а отсутствие строительных лесов не позволяет выполнять прямые линейные обмеры снимаемых участков;

- невозможность маркировки снимаемых точек;

- отсутствие математических формул для вычисления площадей поверхностей сводов Храма Христа Спасителя;

- отсутствие формул предрасчета точности проведения обмерочных работ при вычислении площадей основных сводов.

Диссертантом проанализированы преимущества и недостатки доступных в последнее время средств и геодезических методов проведения обмерных работ. Отмечено, что применение безотражательных электронных тахеометров или лазерных рулеток, закрепленных на теодолитах, позволяет более оперативно и надежно выполнить обмерные работы. В то же время, при проведении обмерных работ более широкому использованию электронных рулеток, закрепленных на теодолитах и безотражательных тахеометрах, препятствует ряд нерешенных вопросов, таких как:

- учет поправок в результаты измерения электронной рулеткой при различных способах крепления рулетки на теодолите;

- отсутствие данных о влиянии на точность измерения лазерными безотражательными электронными приборами угла падения лазерного луча на измеряемую поверхность и отражающих свойств данной поверхности, что необходимо в связи с использованием в строительстве большой гаммы материалов.

2. Теоретические исследования формул вычисления площадей и погрешностей их определения для основных видов церковных сводов

В данной главе приведены полученные диссертантом математические формулы вычисления площадей основных видов церковных сводов (свода главного подкупольного плафона, купольного свода придела, классического крестового свода). Выполнены теоретические исследования и получены формулы для оценки точности полученных площадей церковных сводов.

Под основной формой церковного подкупольного плафона понимается поверхность, образованная вращением выпуклой непрерывной кривой вокруг вертикальной оси. Кривая, равная четверти окружности, образует при вращении купол в виде полусферы - свод главного подкупольного плафона (рисунок 2.1).

22

В результате проведения теоретических исследований для свода главного подкупольного плафона были получены следующие формулы:

1. Вычисления площади S главного подкупольного плафона:

, (2.1)

где - координаты съемочной точки на поверхности сферы;

a,b,с - проектные координаты центра сферы;

n - число съемочных точек.

2. Расчета погрешности mS определения площади главного подкупольного плафона по результатам обмеров:

, (2.2)

где R - радиус сферической поверхности;

- ср. кв. погрешность определения пространственных координат съемочной точки;

n - количество съемочных точек, участвующих в определении среднего радиуса главного церковного свода;.

Купольный свод придела является частью поверхности сферы, вырезанной четырьмя вертикальными плоскостями (1,2,3; 3,4,5; 5,6,7; 7,8,1) в зонах примыкания свода купола с арками (рисунок 2.2).

22

В диссертации для купольного свода придела получены следующие формулы:

1. Формула вычисления площади S купольного свода придела:

, (2.3)

Для уменьшения влияния погрешностей проведения строительных работ на величину вычисляемой площади в формуле (2.3) используются средние значения величин a, b, R.

2. Формула расчета погрешности mS определения площади купольного свода придела по результатам обмеров:

, (2.4)

где mT - ср.кв. погрешность определения пространственных координат съемочной точки.

Классическая геометрическая форма крестового свода, применяемая на галереях хоров Храма Христа Спасителя, образуется пересечением под прямым углом двух цилиндрических сводов одинаковой высоты и радиуса (рисунок 2.3).

22

Для классического крестового свода в диссертации получены следующие формулы:

1. Вычисления площади S классического крестового свода:

. (2.5)

2. Формула расчета погрешности mS определения площади классического крестового свода по результатам обмеров:

, (2.6)

где , (2.7)

. (2.8)

Выполненные разработки и исследования позволили на основе требований техзадания получить необходимые данные для выбора инструментов и схемы организации работ по геодезическим обмерам церковных сводов Храма Христа Спасителя.

3. Разработка формул вычисления горизонтального проложения и превышения для основных способов крепления лазерной рулетки на теодолите

В настоящее время при проведении геодезических работ широко используются лазерные рулетки. Простота обращения с ними, возможность проводить бесконтактные измерения, малые габариты, быстродействие и высокая точность при относительно низкой стоимости обеспечат лазерным рулеткам широкое применение в будущем. В то же время неустойчивое ручное нацеливание ограничивает применение лазерных рулеток в обмерочных работ сложных по геометрии объектов. Решение данного вопроса возможно посредством закрепления корпуса лазерной рулетки на неподвижном основании теодолита. Лазерная рулетка закрепляется на теодолите с помощью адаптера. В настоящей главе автором диссертации получены формулы вычисления горизонтальных проложений и превышений при выполнении измерений расстояний лазерной рулеткой, укрепленной с помощью адаптера на теодолите. Конструкция адаптера выбирается в зависимости от условий проведения измерений. При проведении работ, когда вертикальные углы не превосходят 45 градусов, рекомендуется применять крепление рулетки на колонке или ручке теодолита, так обеспечивается возможность контроля наведения лазерной рулетки с помощью зрительной трубы теодолита. Если вертикальные углы находятся в диапазоне от 45 до 90 градусов, единственно возможным является крепление рулетки сбоку на трубе теодолита. Предложенные в диссертации формулы позволили при проведении геодезических обмерных работ в Храме Христа Спасителя исключить из результатов линейных измерений рулетками, укрепленными на теодолите, погрешность, вызванную планово-высотным эксентриситетом «нуль-пункта» лазерной рулетки и точки пересечения вертикальной оси теодолита и оси вращения трубы, и тем самым повысить точность измерений.

Разработанные для различных видов крепления рулеток формулы повышают точность результата и расширяют возможность использования при обмерных и других геодезических работ достаточно недорогую и хорошо себя зарекомендовавшую геодезическую технику - теодолиты и лазерные рулетки.

4. Экспериментальное исследование влияния на точность измерения безотражательным тахеометром угла падения лазерного пучка и отражающих свойств поверхности

В данной главе приведена разработанная диссертантом программа исследования влияния на точность измерения безотражательным тахеометром угла падения лазерного пучка и отражающих свойств поверхности, описана оснастка, разработанная для исследования, приведены результаты и анализ исследований.

Развитие полупроводниковой технологии, разработка полупроводниковых лазеров, светодиодов и приемников излучения привели к созданию легких и портативных светодальномеров.

В строительной геодезии из-за возможности видимого точечного наведения широко используются лазерные безотражательные рулетки и электронные тахеометры, где осветителями являются полупроводниковые лазеры или светодиоды. Точность светодальномеров, работающих на оптические отражатели, характеризуется формулой , (4.1)

где а - постоянная составляющая, равная сумме погрешностей, не зависящих от величины измеряемого расстояния;

b - коэффициент, учитывающий влияние погрешностей, зависящих от величины измеряемого расстояния;

D - измеряемое расстояние , мм.

В руководствах по эксплуатации безотражательных электронных тахеометров их точность также описывают с помощью формулы (4.1).

Современное строительство характеризуется следующими особенностями:

- большим количеством разнообразных строительных и отделочных материалов, имеющих различные отражающие способности;

- необходимостью проводить геодезические измерения при больших углах падения лазерного пучка на отражающую поверхность.

Эти свойства сказываются на точности измерений расстояний безотражательными электронными тахеометрами.

Экспериментальные исследования в этом направлении были проведены автором по специально разработанной программе. В исследованиях использовался электронный безотражательный тахеометр SET 1030R3 (ср. кв. погр. измерения расстояния в безотражательном режиме по тех. паспорту - 3 мм) с универсальной подставкой для закрепления образцов отделочных материалов и двенадцать наиболее часто используемых в настоящее время образцов типовых строительных и отделочных материалов.

При проведении исследований электронный тахеометр SET 1030R3 устанавливался в т. А, универсальная подставка с закрепленным «образцом» строительного материала в т. В. Плоскость «образца» ориентировалась перпендикулярно линии АВ. Тахеометром трижды измерялось горизонтальное проложение АВ. «Образец» с помощью микрометренного винта поворачивался против часовой стрелки вокруг точки В на угол и измерения расстояния повторялись. Значения угла последовательно увеличивались на 5?. Для каждого значения выполнялись аналогичные линейные измерения. Прямой ход заканчивался при . Далее выполнялся обратный ход с теми же установками лимба.

Данные измерения были выполнены с каждым из двенадцати «образцов» на линиях длиной 9,8 и 16,9 м и шестью образцами на линии 63,6 м. В процессе измерений поддерживались постоянная температура и освещение. Используя разности двойных измерений, определялись средние квадратические погрешности измерений (mD). Сопоставляя эти данные с допустимой средней квадратической погрешностью измерения расстояния данным тахеометром в безотражательном режиме (m доп =3 мм), получен вывод, что для большей части исследуемых строительных и отделочных материалов (под данное условие не попадает только «оцинкованное железо») выполняется условие m D ? m доп.

Полученные в ходе исследований данные по каждому расстоянию и виду отражающей поверхности сведены в таблицы, по ним построены графики зависимости точности измерения безотражательного светодальномера от угла падения лазерного пучка. На графиках рисунка 4.1 в качестве отражающих поверхностей - дерево и белый пластик.

22

Для проведения анализа исследуемой зависимости составлена таблица, показывающая для каждого исследуемого материала максимальную величину угла падения (в градусах), после которого точность измерения линии безотражательным светодальномером не соответствует заявленной в техпаспорте точности, то есть m D ? m доп. Фрагмент расчёта приведен в таблице 1.

Таблица 1- Величина угла падения после которого m D ? m доп

Анализ проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы:

Погрешность измерения расстояний безотражательным тахеометром возрастает при увеличении угла падения лазерного луча на отражающую поверхность.

Величина погрешности зависит не только от величины угла падения луча на отражающую поверхность, но и от отражающих свойств материала поверхности.

При малых углах падения (от 0 до 30 градусов) погрешность, вызванная различием отражающими свойства большинства современных строительных и отделочных материалов, не превышает заявленной точности измерения безотражательным тахеометра.

На основе полученных результатов исследований для повышения точности и качества безотражательных линейных измерений тахеометром можно рекомендовать:

При выполнении исполнительной съемки объекта, где используется «новый» отделочный материал, рекомендуется предварительно провести исследования на «полевом стенде» для выявления зависимости точности измерения длины лини от угла падения и отражающих свойств данного отделочного материала. Данные исследования позволят построить график зависимости и определить «допустимые» углы, при которых обеспечивается нужная точность.

При наблюдениях плоских, прямолинейных объектов данный график позволяет вычислить поправку в измеренную линию, тем самым расширяется диапазон съемки и повышается ее точность.

При определении погрешности измерения линии безотражательным лазерным светодальномером в строительстве при углах падения больше 30 градусов использовать следующую формулу:

, (4.2)

где к - переменная величина, зависящая от угла падения лазерного луча и от материала отражающей поверхности;

а - постоянная составляющая, равная сумме погрешностей, не зависящих от величины измеряемого расстояния;

b - коэффициент, учитывающий влияние погрешностей, зависящих от величины измеряемого расстояния;

D - измеряемое расстояние , мм.

5. Результаты внедрения разработанных технологий при обмерных работах на Храме Христа Спасителя и на стройках г. Москвы

В главе подробно описаны следующие технологии проведения обмерных работах в Храме Христа Спасителя:

- вертикальных промеров электронной рулеткой с точек, фиксированных в плановом положении;

- обмеров с использованием теодолита, электронной рулетки и лазерного указателя цели;

- обмеров с использованием прямой угловой засечки и лазерного указателя цели.

Технология вертикальных промеров электронной рулеткой разработана для выполнения обмерных работ свода главного подкупольного плафона.

Технология обмеров с использованием теодолита, электронной рулетки и лазерного указателя цели более универсальна и разработана для выполнения обмерных работ любых сферических поверхностей как с использованием лазерной рулетки, установленной на теодолите, так и безотражательного электронного тахеометра.

Технология обмеров с использованием прямой угловой засечки и лазерного указателя цели разработана для выполнения обмерных работ подкупольного плафона церковного купола прямой угловой засечкой с использованием двух теодолитов и лазерного указателя цели.

Разработанные технологии проведения обмеров и формулы вычисления площадей церковных сводов по результатам исполнительных геодезических съемок были применены при проведении работ по определению площадей под роспись восстанавливаемого Храма Христа Спасителя в г. Москве. По разработанным технологиям были проведены обмеры интерьеров приделов, галереи хоров, нижних коридоров и центральной части Храма. За указанный период были определены координаты более 4000 съемочных точек и выполнено около 1000 контрольных линейных промеров. По полученным данным с помощью программы AutoCAD построено 370 компьютерных разверток и вычислены их площади. Полученные развертки передавались художникам для макетирования и живописных проработок, что позволило начать воссоздание живописи и орнамента до построения лесов внутри храма и выполнить роспись Храма всего за восемь месяцев.

В результате выполнения большого объема инструментальных обмеров и компьютерных разверток определены площади интерьеров Храма Христа Спасителя под роспись. Общая площадь внутренних помещений, подлежащих росписи (без ниш) составляет 18 540,6 м2. Предельная относительная расчетная ошибка определения площадей интерьеров Храма составила от 0,02 до 0,2%.

Основные положения разработанных технологий проведения обмерочных работ с использованием безотражательных светодальномеров и программы AutoCAD были использованы при разработке технологий оперативного деформационного мониторинга строящегося Лефортовского тоннеля и восстанавливаемого после пожара ЦВЗ «Манеж».

Заключение

В диссертации рассмотрен комплекс вопросов, связанных с разработкой и исследованием современных технологий геодезических обмерных работ при воссоздании живописного облика Храма Христа Спасителя.

В результате выполненных исследований и разработок получены следующие результаты:

Разработаны технологии, позволяющие на основе бесконтактных методов измерения расстояния надежно выполнять геодезические работы без потери точности в стесненных, неблагоприятных условиях строительства.

Разработаны технологии проведения геодезических обмерочных работ основных сферических поверхностей интерьеров храмовых зданий.

Экспериментально исследовано влияние на точность безотражательных методов угла падения на поверхность и отражающих свойств поверхности. Разработана новая формула расчета погрешности безотражательных лазерных светодальномеров с учетом факторов, влияющих на точность измерения в строительных условиях.

Получены формулы и разработаны алгоритмы вычисления и оценки точности площадей основных видов церковных сводов.

Выведены формулы вычисления горизонтального проложения и превышения при выполнении измерений лазерной рулеткой укрепленной на теодолите с помощью адаптера в четырех основных вариантах.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора

1. Назаров И. А., Жидков А.А., Горелов В. А. «Инструментальные обмеры Храма Христа Спасителя: воссоздание духовного величия». Геодезист, №5 за 2001 г.

2. Назаров И. А., Жидков А. А., Титов П.В. «Оперативный деформационный мониторинг Лефортовского тоннеля». Сборник трудов МИИГАиК «Международная научно-техническая конференция посвященная 225-летию МИИГАиК». Москва, 2004 г.

3. Седельникова И.А., Назаров И. А. «Комбинированный способ геодезической съемки фасадов зданий». Сборник трудов МГСУ 2005 г. Москва, 2005 г.

4. Назаров И. А., Глухов Г. В., Титов П. В., Фрейдин А. Я. «Геодезический мониторинг при воссоздании и реконструкции ЦВЗ «Манеж». Сборник трудов МГСУ 2006 г. Москва, 2006 г.

5. Назаров И. А. «Исследование влияния на точность измерения безотражательным электронным тахеометром угла падения лазерного луча и отражающих свойств поверхности». Сборник трудов МГСУ 2006 г. Москва 2006 г

6. Рязанцев Г. Е., Седельникова И. А., Жидков А.А., Назаров И. А. Смирнов В. Н. «Состояние и возможности современной геодезии при строительстве высотных зданий и комплексов». Сборник трудов МГСУ 2006 г. Москва 2006 г.

7. Назаров И. А., Жидков А.А., Горелов В. А. «Расчетные формулы вычисления площадей основных видов сводов Храма Христа Спасителя». «Геодезия и аэрофотосъемка» №3. Известие вузов 2006г.

Страницы: 1, 2