反射片非接觸式測量在核電測量中的應(yīng)用

摘" 要：當(dāng)代核電建設(shè)已經(jīng)把保護(hù)職工生命和職業(yè)健康安全擺在首位，既要保證測量作業(yè)人員安全，又要保證測量精度與質(zhì)量，更要不斷提高測量作業(yè)效率。傳統(tǒng)棱鏡測量作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大、穩(wěn)定性差，無棱鏡測量易受作業(yè)環(huán)境、物體自身特性、距離與角度影響，其精度較低、容易出現(xiàn)粗差。為了實(shí)現(xiàn)安全、高效、精度穩(wěn)定的施工測量方法，從反射片測量概念、原理、優(yōu)勢出發(fā)，通過實(shí)際案例分析反射片非接觸式測量精度，并確定反射片非接觸式測量在核電工程測量中的應(yīng)用可行性、范圍及注意事項(xiàng)。該測量方法具有作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)低、質(zhì)量穩(wěn)定、人員與工具投入少和工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：反射片；非接觸式；測量；安全風(fēng)險(xiǎn)；質(zhì)量；棱鏡；全站儀；核電工程

中圖分類號(hào)：TM623" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）03-0189-04

Abstract： Contemporary nuclear power construction has put the protection of employee lives and occupational health and safety first. It is necessary to ensure the safety of measurement operators， ensure measurement accuracy and quality， and continuously improve the efficiency of measurement operations. Traditional prism measurement operations have high safety risks and poor stability. Non-prism measurement is easily affected by the working environment， object's own characteristics， distance and angle. Its accuracy is low and gross errors are prone to occur. In order to achieve a safe， efficient and stable construction measurement method， starting from the concept， principles and advantages of reflector measurement， the accuracy of reflector non-contact measurement is analyzed through practical cases， and the application of reflector non-contact measurement in nuclear power engineering measurement is determined. Feasibility， scope and precautions. This measurement method has the advantages of low job safety risks， stable quality， less investment in personnel and tools， and high work efficiency.

Keywords： reflector; non-contact; measurement; safety risk; quality; prism; total station; nuclear power engineering

核電工程具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變、高空臨邊作業(yè)較多和作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較大等特點(diǎn)，給測量方法與測量質(zhì)量安全帶來一定的挑戰(zhàn)。在核電工程測量中，一般采用棱鏡測量，但在某些特殊作業(yè)環(huán)境中，其棱鏡測量作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大、測量穩(wěn)定性差。如采用無棱鏡模式測量易受作業(yè)環(huán)境、物項(xiàng)材質(zhì)與顏色、物項(xiàng)表面平整與凹凸、測量入射角與測量距離等影響，其精度較低、容易出現(xiàn)粗差等。因此，需要采用一種非接觸式且精度穩(wěn)定、安全風(fēng)險(xiǎn)較低的測量方法進(jìn)行核電施工測量作業(yè)。

從反射片測量概念與原理、反射片測量優(yōu)勢、反射片測量影響因素及注意事項(xiàng)等方面討論基于反射片非接觸式測量在核電測量中的應(yīng)用可行性及應(yīng)用范圍，從而降低核電測量作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)，提高核電測量工作效率，保障核電工程測量質(zhì)量，降低核電測量成本投入。

1" 反射片非接觸式測量概念及原理

1.1" 反射片測量概念

反射片結(jié)構(gòu)是由眾多全反射微棱鏡組成，根據(jù)其特定方向排列，控制光線射入和反射出的路徑。反射片是全站儀進(jìn)行測量時(shí)不可缺少的測量配件之一，其主要作用是反射光線并集中反射回全站儀，以便在全站儀上確定測量點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

非接觸式測量是指不接觸被測物體的前提下進(jìn)行精準(zhǔn)測量，反射片非接觸式測量是指利用反射片代替棱鏡或無棱鏡，全站儀測量模式更改為反射片測量模式下進(jìn)行的非接觸式測量。將反射片安置于被測物體特征點(diǎn)或線上，不用人員架設(shè)棱鏡或接觸被測物體的一種非接觸式測量方法。

1.2" 反射片測量原理

反射片測距原理主要基于光的反射定律和折射定律。當(dāng)全站儀發(fā)出光信號(hào)，而這種光信號(hào)在碰到反射片后，又被反射回來。全站儀測量時(shí)通過接收從反射片反射的光信號(hào)，計(jì)算光信號(hào)的相位移，間接獲得光通過的時(shí)間，從而測量全站儀與反射片之間的距離。

反射片的反射效率能直接影響到全站儀的測量精度。一般情況下，使用高質(zhì)量的反射片可以獲得更高的反射效率，從而提高全站儀的測量精度[1]。

1.3" 反射片測量分類

根據(jù)不同的使用場景，反射片可以分為固定式反射片、移動(dòng)式反射片。

1.3.1" 固定式反射片

固定式反射片（圖1）是指將反射片粘貼在被測物體中心線或特征點(diǎn)上，以確保其位置固定不變，從而獲得更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果，測量完畢后不再重復(fù)使用。固定式反射片一次性粘貼在被測物體上，減少人員再次安裝或重復(fù)移動(dòng)、對(duì)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是一次性粘貼，不能重復(fù)利用。固定式反射片主要用于作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大、空間狹窄、人員行走不方便及便于長期測量的地方。

1.3.2" 移動(dòng)式反射片

移動(dòng)式反射片（圖2）是將反射片安裝在一個(gè)可以移動(dòng)的測量裝置上，當(dāng)使用反射片時(shí)，將該裝置安裝在被測物體上，測量完畢后取下再次重復(fù)利用。移動(dòng)式反射片具有重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是測量時(shí)還是需要一個(gè)人安裝移動(dòng)式反射片，并且在每個(gè)測量點(diǎn)上來回移動(dòng)。移動(dòng)式反射片主要用于人員易接觸被測物體、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)小、作業(yè)空間較大及人員行走方便的地方。

2" 反射片非接觸式測量優(yōu)勢

2.1" 小巧，安置方便

反射片有20 mm×20 mm、40 mm×40 mm、60 mm×60 mm等多種尺寸規(guī)格型號(hào)，便于攜帶與使用，自貼式反射片帶有不干膠，直接粘貼到需要觀測的物體上即可。根據(jù)作業(yè)環(huán)境、測量目標(biāo)選擇移動(dòng)式或固定式反射片。

2.2" 耐用，實(shí)用性強(qiáng)

反射片能在大部分工作環(huán)境下使用，在正常日曬雨淋環(huán)境下數(shù)年后測程也能達(dá)到初始的50%。沒有人為干擾或破壞，反射片能長期保存數(shù)年，經(jīng)久耐用。

在廠房內(nèi)或地下工程中瞄準(zhǔn)方便，因?yàn)榉瓷淦瑫r(shí)也具有漫反射功能，能在夜晚或地下工程等光線弱的工作環(huán)境中，利用全站儀激光靶點(diǎn)或手電筒照準(zhǔn)反射片，就會(huì)出現(xiàn)很亮的亮點(diǎn)，便于尋找目標(biāo)，而且不需要棱鏡作業(yè)時(shí)單獨(dú)照明棱鏡，適用于各種昏暗或照明不足的環(huán)境中。

2.3" 安全，匹配性強(qiáng)

在物項(xiàng)安裝或測量前，把反射片粘貼在需要測量的點(diǎn)位上；在物項(xiàng)安裝后，直接利用全站儀反射片測量模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、物項(xiàng)調(diào)整。減少測量人員以及立棱鏡過程，整個(gè)測量作業(yè)過程安全可靠，而且?guī)缀跛械娜緝x都具有反射片測量模式，反射片與全站儀匹配性高。

2.4" 保證精度、質(zhì)量

使用反射片同樣達(dá)到棱鏡測量精度，無論測角還是測距都與棱鏡具有同等的精度。利用反射片十字線可以與測量點(diǎn)或線完全重合，減少點(diǎn)位誤差，避免棱鏡對(duì)點(diǎn)、棱鏡桿垂直度、棱鏡不穩(wěn)定和施工干擾等誤差，提高測量精度和保證施工測量質(zhì)量。

2.5" 降低投入，減少成本

反射片可以自制或采購，價(jià)格便宜。使用反射片進(jìn)行測量，減少扶棱鏡人員、對(duì)中桿及支架、棱鏡損耗與投入，降低人員、工器具投入成本。由于反射片成本低，不擔(dān)心被破壞，可以長期布置于被觀測的物體上，磨損或破壞替換也方便。

2.6" 提高效率、效益

利用反射片進(jìn)行施工測量，既能達(dá)到棱鏡測量相同的精度，減少立棱鏡帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)、棱鏡桿垂直度或?qū)c(diǎn)或整平誤差帶來的質(zhì)量偏差風(fēng)險(xiǎn)，又能避免無棱鏡模式易受施工干擾、距離、入射角、物項(xiàng)材質(zhì)與顏色、物項(xiàng)表面平整度與凹凸等影響因素。減少反復(fù)測量、避免粗差、避免返工，提高施工測量效率，從而提高工程測量經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[2]。

3" 反射片非接觸式測量在核電工程測量的應(yīng)用

3.1" 應(yīng)用實(shí)例

以核電工程蒸汽發(fā)生器廠房蒸發(fā)器預(yù)埋件反射片非接觸式測量為例，介紹操作過程、測量方法、數(shù)據(jù)結(jié)論等。

3.1.1" 蒸發(fā)器預(yù)埋件概況

蒸發(fā)器預(yù)埋件布置于蒸汽發(fā)生器廠房4個(gè)房間的4面墻上，屬于墻體兩側(cè)對(duì)穿整體預(yù)埋件，每個(gè)房間有3層預(yù)埋件，共計(jì)預(yù)埋件268塊。

蒸發(fā)器預(yù)埋件最小尺寸為900 mm×900 mm，最大尺寸為1 000 mm×2 355 mm；其單件重量最小約為0.6 t，最大約為1.2 t；其安裝精度要求：平面內(nèi)橫向偏差（水平）為±10 mm、平面內(nèi)豎向偏差（高度）為±10 mm、平面外垂直偏差（垂直墻面）為±5 mm、平整度（垂直度）為5 mm。

3.1.2" 測量物項(xiàng)反射片粘貼

蒸發(fā)器預(yù)埋件進(jìn)場驗(yàn)收合格后，安裝或測量調(diào)整前，將預(yù)埋件理論中心線精確劃分并畫十字線，在預(yù)埋件十字線上粘貼反射片，反射片數(shù)量根據(jù)測量點(diǎn)位數(shù)量以及現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境而確定。一塊預(yù)埋件粘貼4張反射片。反射片要做好保護(hù)，防止被破壞。

3.1.3" 全站儀測量模式設(shè)置

架設(shè)全站儀，并完成對(duì)中整平、氣象參數(shù)設(shè)置、定向測量。其棱鏡模式設(shè)置步驟：①進(jìn)入儀器主界面；②選擇配置菜單；③選擇EDM設(shè)置；④選擇EDM模式為反射片，選擇EDM類型為反射片，其棱鏡常數(shù)為34.4 mm。

3.1.4" 預(yù)埋件測量調(diào)整

采集預(yù)埋件的三維空間坐標(biāo)信息，并對(duì)測量結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，并將其差值與調(diào)整方向反饋于安裝人員進(jìn)行精調(diào)，直到單塊預(yù)埋件所有測量點(diǎn)調(diào)整完畢并滿足圖紙安裝要求。如要再次檢查已知點(diǎn)，注意棱鏡模式的轉(zhuǎn)換，使其與測量棱鏡類型的棱鏡模式和棱鏡常數(shù)相匹配。

3.1.5" 數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

以墻20613蒸發(fā)器預(yù)埋件為例，全站儀架設(shè)在20613墻正對(duì)面樓板混凝土面上，距離預(yù)埋件最小水平距離約為12.7 m、最大水平距離為17.2 m，儀器架設(shè)高度約為32 m，預(yù)埋件中心高度為28.455 m，其豎向入射角最大為15.6°、水平入射角最大為42°。對(duì)于調(diào)整合格的單塊預(yù)埋件采用圓棱鏡模式、無棱鏡模式進(jìn)行復(fù)核，對(duì)比3種棱鏡模式下的測量結(jié)果（表1）。

從測量數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論：①反射片非接觸式測量成果符合圖紙、規(guī)范要求；②反射片非接觸式測量降低了圓棱鏡對(duì)點(diǎn)、整平誤差；③反射片非接觸式測量避免了無棱鏡模式易受施工環(huán)境影響、預(yù)埋件反射面與材質(zhì)影響，精度更高。

3.2" 應(yīng)用范圍

基于反射片非接觸式測量在核電測量中的應(yīng)用是可行的，不僅能達(dá)到圓棱鏡測量相當(dāng)精度，其測量成果滿足核電施工質(zhì)量要求，而且還有其獨(dú)特的優(yōu)勢與特點(diǎn)，在核電測量應(yīng)用中具有良好的效益[3]。

目前，基于反射片非接觸式測量主要應(yīng)用于核電中的深基坑/邊坡、建筑物/構(gòu)筑物、廠房墻體/板底裂縫等變形監(jiān)測；應(yīng)用于廠房墻/柱預(yù)埋件、貫穿件等物項(xiàng)測量；應(yīng)用于壁板/墻柱控制點(diǎn)測量；應(yīng)用于軌道梁測量與變形監(jiān)測，都取得了良好的應(yīng)用效果。

4" 反射片非接觸式測量注意事項(xiàng)

4.1" 反射片測量影響因素

反射片測量影響因素主要包括施工環(huán)境、反射片自身特性、測量模式、物體表面特性、全站儀與反射片相互關(guān)系。

4.1.1" 施工環(huán)境

核電現(xiàn)場復(fù)雜的施工條件，密集的鋼筋、天氣的惡劣變化、障礙物的遮擋和反射片灰塵的堆積，使其光線全部不能返回或部分不返回全站儀，這都會(huì)對(duì)反射片測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，使其測量結(jié)果產(chǎn)生不確定性或缺失測量值。

4.1.2" 反射片自身特性

反射片自身的尺寸大小、反光率、產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)測量距離和測量精度有一定的影響。反射片面積越大，測量距離越遠(yuǎn)；反光率越高，測量精度越高；反射片質(zhì)量越好，測量精度越準(zhǔn)確。

4.1.3" 測量模式

全站儀測量棱鏡模式包括圓棱鏡、360°棱鏡、反射片、無棱鏡和mini棱鏡等模式，在采用不同棱鏡模式的情況下，選擇匹配的棱鏡類型和棱鏡常數(shù)，其測量結(jié)果才準(zhǔn)確。

4.1.4" 物體表面特性

物體表面特性對(duì)無棱鏡模式測量結(jié)果影響較大，對(duì)反射片測量結(jié)果影響較小，主要是物體表面不平整、粗糙、未清理干凈，會(huì)對(duì)反射片粘貼質(zhì)量、反射片平整度、反射片精確對(duì)點(diǎn)或?qū)€等產(chǎn)生一定的影響，從而對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

4.1.5" 全站儀與反射片相互關(guān)系

全站儀與反射片的相互關(guān)系，即全站儀與反射片之間的距離、入射角是影響反射片測量結(jié)果的主要因素。全站儀與反射片之間的距離越大，其測量結(jié)果準(zhǔn)確性越低，反之測量結(jié)果越可靠；全站儀與反射片之間的入射角越大，其測量結(jié)果準(zhǔn)確性越低，反之測量結(jié)果越可靠。

4.2" 反射片測量注意事項(xiàng)

第一，根據(jù)測量物項(xiàng)位置、控制網(wǎng)點(diǎn)、施工條件，合理布置全站儀測站點(diǎn)，既要保證測站點(diǎn)與控制網(wǎng)點(diǎn)之間的通視，也要保證測站點(diǎn)與物項(xiàng)反射片測量點(diǎn)之間的通視，減少搬站，提高測量精度。

第二，物項(xiàng)在安裝或測量調(diào)整之前，精確刻畫理論中心十字線或特征點(diǎn)線，并清除保護(hù)膜或表面毛刺或灰塵。將反射片安置于十字線或特征點(diǎn)線上，其數(shù)量或位置根據(jù)施工要求、通視條件、施工條件確定。反射片安置要牢固、對(duì)點(diǎn)對(duì)線要精確。施工環(huán)境復(fù)雜或安置后長時(shí)間不進(jìn)行測量，需要加以保護(hù)，防止反射片被磨損或破壞。

第三，反射片大小根據(jù)被測物項(xiàng)與全站儀之間的距離、反射片自身特性來確定。以徠卡全站儀與反射片為例，一般20 mm×20 mm反射片測量距離約為2～30 m，40 mm×40 mm反射片測量距離約為10～100 m，60 mm×60 mm反射片測量距離約為60～180 m。在無霧、陰天，沒有熱閃爍的情況下，40 mm×40 mm的反射片測量距離可以達(dá)到1 000 m。選用反光率高的反射片，保證其測量精度。

第四，反射片安置的平面方向和高度要選擇適當(dāng)，使反射片大致與觀測視線垂直，即全站儀測站點(diǎn)布置于被測物項(xiàng)的正前方處，使水平入射角和垂直入射角控制在45°內(nèi)，保證測量成果的準(zhǔn)確性。如在距離10～50 m的情況下，豎向入射角控制在15°內(nèi)、水平入射角控制在30°內(nèi)，其標(biāo)準(zhǔn)差小于等于0.5 mm。

第五，使用反射片非接觸式測量時(shí)，注意全站儀測量時(shí)的棱鏡類型和棱鏡常數(shù)參數(shù)要設(shè)置正確。在現(xiàn)場實(shí)際測量作業(yè)中，棱鏡類型和棱鏡常數(shù)在作業(yè)過程中要檢查是否配置正確。

第六，雖然反射片適用于各種環(huán)境中，但利用反射片進(jìn)行非接觸式測量時(shí)，還是要注意施工環(huán)境的影響。首先，應(yīng)確保測量區(qū)域或窗口內(nèi)沒有遮擋物，以保證反射片與全站儀之間的視線暢通；其次，還需要注意測量區(qū)域的光線狀況，避免太陽直射、光線反射等因素對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生干擾，同時(shí)還應(yīng)注意測量環(huán)境的風(fēng)向、溫度等因素，以確保測量精度。

5" 結(jié)論

反射片非接觸式測量，避開了無棱鏡模式下的各種不利影響因素，也避免架設(shè)棱鏡的困難和危險(xiǎn)、對(duì)中整平誤差，達(dá)到棱鏡測量的同等精度，且具有安置方便、耐用、成本低、安全風(fēng)險(xiǎn)低、測量速度快、測量穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)勢與特點(diǎn)。其與全站儀配合，是完成特殊情況下測量工作的最佳工具，在核電測量中適用性較強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，要注意觀測點(diǎn)位的選擇（入射角和距離最佳），保證每個(gè)測量點(diǎn)測量時(shí)盡可能通視，減少搬站，降低誤差，提高反射片測量穩(wěn)定性與可靠度，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，也要注意反射片的保護(hù)工作，避免影響正常測量與施工進(jìn)度。

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