摘? 要：對(duì)BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系在不同基準(zhǔn)下的轉(zhuǎn)換進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)雖然BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系原點(diǎn)的選擇及起算方向不同，但兩者之間存在幾何關(guān)系和共同的基準(zhǔn)。通過(guò)坐標(biāo)系之間的關(guān)系利用計(jì)算公式和CAD軟件兩個(gè)方法對(duì)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析研究，利用計(jì)算公式主要是通過(guò)坐標(biāo)系之間的幾何關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化;利用CAD軟件主要是通過(guò)坐標(biāo)系之間的共同基準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以期使BIM技術(shù)在核電工程建筑行業(yè)中更加全面地應(yīng)用及推廣。

關(guān)鍵詞：BIM坐標(biāo)系;施工坐標(biāo)系;核電工程不同基準(zhǔn);坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）04-0153-04

Research on Transformation between BIM Coordinate System and Construction Coordinate System under Different Benchmarks

LYU Guangyao

（Zhangzhou Nuclear Power Project Department of China Nuclear Industry 24 Construction Co.， Ltd.， Zhangzhou? 363000， China）

Abstract： This paper studies the transformation between BIM coordinate system and construction coordinate system under different benchmarks. It is found that although the origin selection and starting direction of BIM coordinate system and construction coordinate system are different， there is a geometric relationship and common benchmark between them. Through the relationship between coordinate systems， the transformation of coordinate system is analyzed and studied by using calculation formula and CAD software. The use of calculation formula is mainly transformation based on the geometric relationship between coordinate systems; the use of CAD software is mainly transformation based on the common benchmark between coordinate systems. In order to make BIM Technology more comprehensively applied and popularized in nuclear power engineering construction industry.

Keywords： BIM coordinate system; construction coordinate system; different benchmarks for nuclear power projects; coordinate system transformation

0? 引? 言

隨著B(niǎo)IM軟件在核電工程領(lǐng)域中快速推廣與應(yīng)用，BIM軟件在核電工程中應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，BIM軟件中生成的建筑模型在建筑施工應(yīng)用中發(fā)展很快，測(cè)量放線(xiàn)作業(yè)需融合入BIM技術(shù)的應(yīng)用，將現(xiàn)代智能化測(cè)量放線(xiàn)方式與BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)合能夠有效地提高現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)效率，但由BIM軟件生成的設(shè)計(jì)圖紙中的坐標(biāo)系為數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系，無(wú)法直接應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)施工作業(yè)中，因此需將BIM坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系，以此保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)工作的順利進(jìn)行。

1? 概述

隨著將BIM融入核電工程的建設(shè)中，BIM在核電中的應(yīng)用愈加廣泛，核島建設(shè)應(yīng)用的設(shè)計(jì)圖紙均使用BIM軟件生成，然而設(shè)計(jì)圖紙的坐標(biāo)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)使用的測(cè)量施工坐標(biāo)系存在差異，導(dǎo)致BIM生成的設(shè)計(jì)圖紙無(wú)法直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)工作。需將BIM生成的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化，在核電工程中各子項(xiàng)由BIM生成的設(shè)計(jì)圖紙均有自身的（0，0）原點(diǎn)，但各子項(xiàng)之間存在者關(guān)聯(lián)。需將BIM生成的不同基準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化到統(tǒng)一施工坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量放線(xiàn)工作，下文以漳州核電工程為例，對(duì)BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化進(jìn)行闡述。

2? BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的區(qū)別

BIM軟件生成設(shè)計(jì)圖紙的坐標(biāo)系的形式為數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系，數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系的橫軸為X軸、縱軸為Y軸，原點(diǎn)為（0，0），其X軸向右作為正向，Y軸向上作為正向。其象限角分布為以X軸正方向?yàn)槠鹗挤较虬唇嵌饶鏁r(shí)針?lè)譃棰?、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限?/p>

測(cè)量施工坐標(biāo)系是由測(cè)量平面直角坐標(biāo)系的X、Y軸與建筑物的主軸線(xiàn)平行、垂直、重合而建立起來(lái)的坐標(biāo)系。在核島工程中根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙中坐標(biāo)系示意圖發(fā)現(xiàn)一般施工坐標(biāo)系與建筑物的主軸線(xiàn)重合。但與BIM軟件生成坐標(biāo)系不同的是其橫軸為Y軸，縱軸為X軸，其象限角以縱軸正向（北方向）沿順時(shí)針?lè)譃棰?、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限?/p>

3? BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化

為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)需求，需將BIM坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系。以漳州核電工程為例進(jìn)行以下闡述：

核電工程核島反應(yīng)堆廠(chǎng)房及周邊廠(chǎng)房設(shè)計(jì)圖紙均采用BIM坐標(biāo)系統(tǒng)繪制設(shè)計(jì)圖紙，故指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的設(shè)計(jì)圖紙無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)的需求，為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)需求需將設(shè)計(jì)圖紙的坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其坐標(biāo)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)施工坐標(biāo)系達(dá)成一致。由于BIM軟件生成的設(shè)計(jì)圖紙中不同子項(xiàng)的起始原點(diǎn)不同，需將設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行梳理。梳理后發(fā)現(xiàn)BIM軟件中生成的圖紙中設(shè)計(jì)原點(diǎn)類(lèi)型主要分為以下幾種類(lèi)型：一種是以圓心中心點(diǎn)為起始原點(diǎn)并以中心主軸線(xiàn)為X、Y橫縱軸，如圖1所示，此種類(lèi)型主要應(yīng)用于核島內(nèi)部結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化;一種是以每個(gè)廠(chǎng)房的墻邊角點(diǎn)為原點(diǎn)，以墻邊為X、Y橫縱軸，如圖2所示，此種類(lèi)型主要應(yīng)用于核島周邊廠(chǎng)房，但這兩種類(lèi)型坐標(biāo)系均為局部坐標(biāo)系，只能適用于與之相對(duì)應(yīng)的廠(chǎng)房，未能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位的需求，在施工作業(yè)中如需保證周邊廠(chǎng)房與核島內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，那么在測(cè)量定位過(guò)程中需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)核島總平設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行各廠(chǎng)房主軸線(xiàn)與核島內(nèi)部結(jié)構(gòu)主廠(chǎng)房主軸線(xiàn)相對(duì)位置的計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)廠(chǎng)房位置的定位放線(xiàn)。

核島反應(yīng)堆廠(chǎng)房使用BIM軟件生成圖坐標(biāo)系與反應(yīng)堆廠(chǎng)房的主軸線(xiàn)重合，周邊各廠(chǎng)房使用BIM軟件生成圖的坐標(biāo)系與周邊各廠(chǎng)房主軸線(xiàn)平行，原點(diǎn)一般位于廠(chǎng)房墻體邊線(xiàn)內(nèi)側(cè)角點(diǎn)位置，該廠(chǎng)房?jī)?nèi)各物項(xiàng)均為至此原點(diǎn)的相對(duì)距離。

核島反應(yīng)堆廠(chǎng)房與周邊廠(chǎng)房的施工坐標(biāo)系是以反應(yīng)堆廠(chǎng)房的主軸線(xiàn)為坐標(biāo)系橫、縱軸，即縱軸為X軸，橫軸為Y軸;則將核島反應(yīng)堆廠(chǎng)房及周邊廠(chǎng)房BIM坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為施工坐標(biāo)系分為利用計(jì)算公式轉(zhuǎn)化或者利用CAD軟件進(jìn)行坐標(biāo)系及圖紙的轉(zhuǎn)化。

3.1? 利用計(jì)算公式進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化

3.1.1? 核島反應(yīng)堆廠(chǎng)房坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的研究發(fā)現(xiàn)BIM軟件中的坐標(biāo)系發(fā)現(xiàn)坐標(biāo)系的Y軸增大方向?yàn)槭┕ぷ鴺?biāo)系的270°方向，X軸方向?yàn)槭┕ぷ鴺?biāo)系0°方向，其起算位置與主軸線(xiàn)與施工坐標(biāo)系重合即需將BIM坐標(biāo)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后施工圖方向得以與施工坐標(biāo)系中施工圖方向匹配，旋轉(zhuǎn)后BIM軟件坐標(biāo)系在施工坐標(biāo)系中X值增量不變，Y值增量變位反符號(hào)，由此可以得出BIM軟件生成圖中物頂點(diǎn)位坐標(biāo)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)計(jì)算公式。

假設(shè)施工坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)為（A0，B0）;BIM軟件坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)為（a，b），P點(diǎn)在BIM坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（a1，b1）。則P點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中坐標(biāo)（A1，B1）的計(jì)算公式為：

A1=A0+（a1-a）（1）

B1=B0-（b1-b）（2）

3.1.2? 周邊各廠(chǎng)房坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化

周邊各廠(chǎng)房坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化以NX廠(chǎng)房為例。根據(jù)核島反應(yīng)堆廠(chǎng)房及周邊廠(chǎng)房總體平面圖確定出該廠(chǎng)房在BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系中共同的主軸線(xiàn)，并計(jì)算出該廠(chǎng)房主軸線(xiàn)在施工坐標(biāo)系中至施工坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離為（SA，SB）;由此可計(jì)算出NX廠(chǎng)房主軸線(xiàn)交點(diǎn)的施工坐標(biāo)：

A=A0+SA （3）

B=B0+SB （4）

根據(jù)BIM生成的NX廠(chǎng)房圖紙可得出BIM坐標(biāo)系原點(diǎn)至NX廠(chǎng)房主軸線(xiàn)距離為（Sa，Sb）且BIM坐標(biāo)系縱橫坐標(biāo)軸與施工坐標(biāo)系縱橫軸為平行關(guān)系，由此可計(jì)算出NX廠(chǎng)房BIM坐標(biāo)系原點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)：

a=A+Sa=A0+SA+Sa（5）

b=B+Sb=B0+SB-Sb（6）

周邊廠(chǎng)房物項(xiàng)在BIM坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（a1，b1）根據(jù)式（1）～（7）可以得出P點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

A1=A0+SA+Sa+a1 （7）

B1=B0+SB-Sb-b1 （8）

利用計(jì)算公式進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化可能還存在另外一種類(lèi)型，其中BIM坐標(biāo)系主軸線(xiàn)與施工坐標(biāo)系主軸線(xiàn)并不重合，主軸線(xiàn)之間存在旋轉(zhuǎn)角度。在此種狀況下，需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)注的BIM坐標(biāo)系主軸線(xiàn)方向在施工坐標(biāo)系中的方向計(jì)算出旋轉(zhuǎn)的角度，通過(guò)正余弦定理進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化。以核反應(yīng)堆廠(chǎng)房為例，其標(biāo)注Y軸正方向?yàn)槭┕ぷ鴺?biāo)系的270°方向，但當(dāng)兩種坐標(biāo)系原點(diǎn)重合時(shí)發(fā)現(xiàn)BIM坐標(biāo)系Y軸正方向與施工坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)方向并不垂直或者平行，那么此時(shí)需要進(jìn)行角度、距離換算。

假設(shè)P點(diǎn)在BIM坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（A，B），BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度為α，BIM坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)為（A1，B1），施工坐標(biāo)系的原點(diǎn)坐標(biāo)為（A0，B0），那么P點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中坐標(biāo)（A2，B2）的計(jì)算公式為：

A2=A0+（A-A1）COSα+（B-B1）SINα（9）

B2=B0+（A-A1）SINα+（B-B1）COSα（10）

表1為核島周邊廠(chǎng)房物項(xiàng)BIM坐標(biāo)與施工坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成果表，利用計(jì)算公式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)在于基礎(chǔ)性較強(qiáng)，其中的轉(zhuǎn)化過(guò)程均為基礎(chǔ)理論知識(shí)，對(duì)其操作性要求低。但其存在著較大的缺點(diǎn)就是由于核電現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)圖紙較多，且每份設(shè)計(jì)圖紙中的物項(xiàng)較多，若每一項(xiàng)進(jìn)行梳理需耗費(fèi)較大人力和較多時(shí)間。

3.2? 利用CAD軟件進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化

隨著B(niǎo)IM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用愈加廣泛，坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化作為BIM技術(shù)應(yīng)用于測(cè)量放線(xiàn)施工技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，除利用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化計(jì)算公式外，還可以利用CAD軟件進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換亦能達(dá)到此目的。利用CAD軟件進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化相對(duì)于計(jì)算公式轉(zhuǎn)化來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)化且更加直觀。

首先在BIM建筑模型中選取需要轉(zhuǎn)化的廠(chǎng)房并將該施工區(qū)域的BIM建筑模型以DXF格式導(dǎo)出，如圖3所示;在CAD軟件中打開(kāi)該格式文件，如如圖4所示，打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)該BIM建筑模型在CAD軟件中顯示三維圖形，需將將視圖模式更改為俯視。

其次依據(jù)圖紙中建筑物主軸線(xiàn)尺寸在CAD軟件中繪制施工坐標(biāo)系的軸線(xiàn)圖。選擇BIM模型建筑物與施工坐標(biāo)系主軸線(xiàn)網(wǎng)中兩個(gè)共同基準(zhǔn)點(diǎn)，將BIM模型已導(dǎo)入CAD軟件的建筑物圖以其中一個(gè)共同基準(zhǔn)點(diǎn)為準(zhǔn)，利用CAD軟件中“平移”命令將BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系一個(gè)共同基準(zhǔn)點(diǎn)重合，再以CAD軟件中“旋轉(zhuǎn)”命令，以重合后共同基準(zhǔn)點(diǎn)為基點(diǎn)將BIM模型生成的建筑物圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)使BIM圖與CAD軟件中的軸線(xiàn)網(wǎng)圖完全重合，即可實(shí)現(xiàn)BIM建筑模型坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化完成后可以使用計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)算以保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確性。

利用CAD軟件進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化優(yōu)點(diǎn)在于坐標(biāo)轉(zhuǎn)化操作過(guò)程比較簡(jiǎn)捷，基本上單人操作即可完成轉(zhuǎn)化過(guò)程。缺點(diǎn)是人員對(duì)轉(zhuǎn)化方法的影響較大，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)操作員的技能要求較高，且要求精細(xì)，容易出現(xiàn)位置偏差。在利用CAD軟件轉(zhuǎn)化完成后需要利用計(jì)算公式對(duì)轉(zhuǎn)化結(jié)果進(jìn)行校核。

4? 結(jié)? 論

結(jié)合以上坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，可以完美地實(shí)現(xiàn)BIM模型中坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，亦可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行相互驗(yàn)證以保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的準(zhǔn)確性。并將轉(zhuǎn)化的成果應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放線(xiàn)工作中去。

BIM模型在核電工程的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，作為核電工程一個(gè)重要環(huán)節(jié)的測(cè)量放線(xiàn)工作，亦急需把BIM與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)工作融合到一起，利用BIM模型的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步加快現(xiàn)場(chǎng)的施工步伐。BIM坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化是測(cè)量放線(xiàn)工作的第一步，轉(zhuǎn)化過(guò)程主要是數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系與測(cè)量施工坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化，通過(guò)利用BIM建筑模型的直觀性并結(jié)合現(xiàn)代測(cè)量放線(xiàn)工作的智能性，使施工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放線(xiàn)作業(yè)更加的精確及便捷。

總而言之，測(cè)量放線(xiàn)作為核電工程行業(yè)基礎(chǔ)及服務(wù)的專(zhuān)業(yè)，必須學(xué)會(huì)融會(huì)貫通，把最新的技術(shù)和測(cè)量放線(xiàn)關(guān)聯(lián)起來(lái)，走在科技的最前沿，不斷地進(jìn)行科技創(chuàng)新不斷進(jìn)步，把測(cè)量從人工到智能化的轉(zhuǎn)變做到實(shí)處并與BIM技術(shù)進(jìn)行完美融合。在既保證現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和質(zhì)量的前提下又能節(jié)省人力和物力，為核電工程的測(cè)量放線(xiàn)工作夯實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：呂廣耀（1990—），男，漢族，河北廊坊人，工程師，本科，研究方向：測(cè)量、放線(xiàn)及其自動(dòng)化、智能化。