大国工程与工程测量

新中国成立70年以来，中国共产党带领中国人民极大改变了中国的面貌，在中华民族的历史上谱就了一曲感天动地、气壮山河的奋斗赞歌，描绘了一幅波澜壮阔、气势恢宏的历史画卷，书写了一篇洋洋洒洒、震古烁今的鸿篇巨制！现在，我国已是世界第二大经济体、制造业第一大国、货物贸易第一大国、商品消费第二大国、外资流入第二大国，我国外汇储备连续多年位居世界第一，中国人民在富起来、强起来的征程上迈出了决定性的步伐，中华民族正以崭新姿态屹立于世界的东方！

70年来，我国基础设施建设成就显著，信息畅通，公路成网，铁路密布，高坝矗立，西气东输，南水北调，高铁飞驰，巨轮远航，飞机翱翔，天堑变通途。中华大地上，一个个超级工程傲然屹立，彰显着70年的发展成就。中国正成为超级工程大国，北京大兴国际机场、高速铁路、水立方、央视新址大楼、中国尊、港珠澳大桥、500米口径球面射电望远镜(FAST)、散列中子源等超级工程的涌现书写着国家强大的新篇章，它们昭示着中国已经在许多领域走在了世界的前列，这些超级工程因此被称作大国工程。大国工程的意义，在于其规格、体积等外在特征和内在的科技含量所带给人的震撼感，更在于人们在工艺或技术上克服了前人无法跨越的时空障碍。这些大国工程让我们不断感知崛起，与之相伴的国家、民族自豪感也不断地传导给每一个国民，并怀着强国国民的自信心态呈现出新的精神面貌。几乎每个大国工程都离不开测绘技术的支撑，离不开测绘人的奉献。

1 大国工程概览

70年来，中国从无到有，建设了世界上最大的高速公路网络，建成了世界上里程最长的高速铁路。中国也是世界上桥梁和隧道工程最多、最复杂的地方，架设了众多全球技术难度最高的桥梁，让天堑变通途。中国水电装机容量居世界第一，也创造了一系列引以为傲的水电工程建设的世界纪录，三峡水电站是世界最大的水力发电站，溪洛渡、向家坝、小湾、水布垭、糯扎渡、构皮滩、锦屏等一系列巨型水电站相继建设，让我国在世界水电领域继续保持领先的地位。北京大兴国际机场航站楼的总建筑面积达到103万m2，其屋盖为不规则自由曲面，难度堪称世界之最，2019年开通运营之后将成为全球最大的机场航站楼。在目前世界已建成和在建的十大高楼排行榜中，中国占了大半壁江山，已占据超高层建筑的龙头地位。截至2018年年末，我国城市轨道交通线路运营里程达到5766.6km，居世界第一。在中国的海岸线上，世界吞吐量排名前十的港口，就有7个位于中国。除了工程建设领域，中国正在越来越多的科技领域走进世界前列甚至世界第一，大家较为熟悉的就有墨子传信、神舟飞天、天眼探空、北斗组网等等，不胜枚举。

1.1 高速铁路工程

经过70年的发展，到2018年底我国铁路运营里程达13.1万km。中国高速铁路更是从无到有，从追赶到超越，从引进消化吸收再创新到系统集成创新，再到完全自主创新，已经练就成世界铁路科技的集大成者。自2008年京津城际迈出中国高铁的“第一步”，随后，世界上第一条穿越高寒季节性冻土地区的哈大高铁，世界上运营里程最长的京广高铁，世界上一次性建设里程最长的兰新高铁等高铁干线相继通车运营，一步步将中国高铁从“追赶者”推向世界的“领跑者”。“四纵四横”高速铁路网已然架设在祖国广袤的大地上，“八纵八横”高速铁路网也已经在建设当中。中国高铁运营里程达到2.9万km，超过世界高铁总里程的三分之二，覆盖百万人口以上城市比例达65%，成为世界上高铁里程最长、运输密度最高、成网运营场景最复杂的国家，中国高铁动车组已累计运输旅客突破90亿人次，成为中国铁路旅客运输的主渠道，中国高铁的安全可靠性和运输效率世界领先。

高铁改变的不仅是不断刷新的“中国速度”，更为区域与城市发展带来新的模式与机遇。高铁从无到有的十年也是中国城镇化快速发展的十年，无数大中小城市因高铁而串联，人、钱、物在城市间、地区间的流通更加便捷和高效，高铁网络正以前所未有的速度改变着中国城市的格局，借力高铁，一座座城市正在崛起。以350km/h的速度奔跑的是处于世界领先地位的高速机车，从冰雪覆盖的高原地带到热带的海岛，这个庞大的网络每天都在高速运行。同时高效而迅速的建造能力也让这个网络时刻都处在延伸之中，这是中国人最雄心勃勃的超级工程。中国高铁因其高强度大密度的运营维护需要，积累了举世无双的经验和原始数据，对开展世界铁路科研、建设和运营都具有较大的利用价值。

中国高铁的发展，犹如一颗璀璨的东方之星，照亮着中国，闪耀着世界，成为展示中国改革发展新成果的“国家名片”。高铁网越织越密，不仅拉近了地域间的时空距离，改变了人们的出行和生活方式，也在逐渐改变着中国的“经济版图”。中国高铁承载着人民走向共同富裕。

1.2 桥梁隧道工程

中国是桥的故乡，自古就有“桥的国度”之称，中国桥梁在古代基本上保持了领先水平。举世闻名的赵州桥建于隋朝年间（公元595年-605年），由著名匠师李春设计建造，距今已有1400多年。该桥是一座空腹式的圆弧形石拱桥，是中国现存最早、保存最好的巨大石拱桥。赵州桥是人选世界纪录协会世界最早的敞肩石拱桥，创造了世界之最。

近代我国的建桥技术一度远远落后于发达国家，但新中国成立后特别是改革开放以来，我们奋起直追。从斜拉桥到悬索桥，从铁路大桥到公铁两用桥，从跨江大桥到跨海大桥，中国桥梁建设者步步探索，自主创新，中国“桥梁家族’’不断壮大，以令世人惊叹的规模和速度迈向世界前列。“最长、最高、最大”的纪录不断被写进世界桥梁和隧道建设史，“中国桥、中国隧”成为展示中国形象的新品牌。

2008年6月建成通车的苏通长江大桥，全长32.4km，跨径1088m，是当时世界上最大的斜拉桥，创造了多项世界纪录。2011年1月建成通车的南京大胜关长江大桥，是世界首座六线铁路大桥，设计时速300km/h，代表了中国当时桥梁建造的最高水平，被誉为“世界铁路桥之最”，是目前世界上设计荷载最大的高速铁路大桥。2011年6月建成通车的丹昆特大桥位于京沪高铁江苏段，起自丹阳，途经常州、无锡、苏州，终到昆山，全长164.851km，是目前世界第一长桥，也是世界最长的高铁桥。2016年12月建成通车的北盘江大桥，跨越云贵两省交界的北盘江大峡谷，与云南省的杭瑞高速普立至宣威段相接，大桥全长1341.4m，桥面到谷底垂直高度565m，相当于200层楼高，是目前世界最高的大桥。在建的五峰山长江公铁大桥主跨达1120m，在世界悬索桥中位列第一；2014年3月开工建设的沪通长江大桥，是沪通铁路全线的控制性工程，是世界最大跨度(1092m)的公路铁路两用斜拉桥，也是世界首座跨度超过千米的公铁两用桥梁，大桥全长11072m，副航道桥主跨336m，合龙精度控制在毫米级。

在建设五纵七横主干公路的同时，中国开始了跨海工程建设，先后建成了东海、杭州湾、胶州湾和舟山连岛等10多个跨海大桥工程。2011年6月建成通车的青岛胶州湾跨海大桥，全长36.48km，是当时世界最长的跨海大桥，获得国际桥梁组织颁发的乔治·理查德森奖，为中国桥梁工程获得的最高国际奖项。2018年10月24日正式通车运营的港珠澳大桥，如一条海上巨龙连接珠海、香港与澳门，它是中国第一例集桥、双人工岛、隧道为一体的跨海通道，是世界建筑史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海大桥，被英国卫报评为“新的世界七大奇迹”之一。港珠澳大桥荣膺数项世界之最：港珠澳大桥全长55km，是目前世界最长的跨海大桥；港珠澳大桥有15km是全钢结构钢箱梁，是目前世界最长钢铁大桥；港珠澳大桥海底沉管隧道全长6.7km，是目前最长海底沉管隧道；沉管隧道标准管节，每一节长180m，排水量超过75000t，最深处在海底48m，是目前最大沉管隧道和最深沉管隧道。能抵抗8级地震、16级台风、设计使用寿命高达120年。正在建设中的福平铁路平潭海峡公铁两用跨海大桥，是中国首座公铁两用跨海大桥，大桥建成后，将成为世界最长公铁两用跨海大桥。由于大桥桥址处风大、浪高、水深、流急、潮汐明显，自然条件恶劣，地质复杂，也是世界在建难度最大的跨海公铁两用大桥。

隧道和地下工程施工从矿山法发展到新奥法、盾构法，从深埋到浅埋，从山岭到城市，从陆上到水下，从过江河到穿江越洋，已达到世界领先水平。在隧道建设方面，近年来我国相继建成了一批世界之最：世界最长的双洞高速公路隧道——秦岭终南山隧道，世界最大直径的盾构隧道——上海长江隧道，世界海拔最高的公路特长隧道——川藏线雀儿山隧道，世界最长的商原铁路隧道——青藏铁路新关角隧道，世界海拔最高的高铁隧道——祁连山隧道，世界最大断面的公路隧道——港珠澳大桥拱北隧道，世界最长的海底沉管隧道——港珠澳大桥沉管隧道。

资料显示，目前世界排名前10位的跨海长桥，中国占据6座；世界排名前10位的斜拉桥，中国占据7座；世界排名前10位的悬索桥，中国占据6座。中国桥隧建造能力实现了从跟跑到领跑的历史性跨越。随着高速公路和铁路的不断延伸，逢山开路，遇水架桥，我国特大桥隧建造技术达到世界先进水平。

1.3 水利水电工程

水，国之命脉。善治国者，必先治水。对于我们中华民族而言，大自然仿佛显得格外眷顾，灵巧的造化之手在这块锦绣大地上“勾勒”出万千河流，有黄河、长江、澜沧江，有淮河、黑龙江、雅鲁藏布江……数千年来，它们朝着大海，永不停息地奔流，为我们孕育了沃野千里。

中国作为四大文明古国之一，在政治、经济、文化方面都曾遥遥领先于世界，在水利工程方面也创造了举世无双的辉煌，其中的部分工程在今天都发挥着巨大的作用，不得不令人感叹古人卓绝的智慧。战国末年秦国修建了郑国渠，它充分利用了当地的地形地势，可以最大限度地控制灌溉面积，并且形成了一套自发控制的灌溉系统。在此之后的100年里郑国渠都发挥了极大的灌溉作用，而且深深地影响了后世的引泾灌溉工程。秦昭王末年李冰在蜀地主持修建了闻名中外的都江堰水利工程，是世界迄今为止仅存的无坝引水的水利工程。都江堰主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口引水口三大主体工程构成，并且在江水自动分流、排沙、控制引水量等方面表现出了极为科学的理念和方法。直到今天都江堰都发挥着非常巨大的作用，为沿岸人民的生活提供了安全和保障。隋朝开凿的京杭大运河是世界上里程最长、工程最大的古代大运河。京杭大运河的开凿使得隋朝的政治中心与经济中心紧密地联系在了一起，后世历代王朝都以京杭大运河为基础建立了经各地物资运往首都的漕运体系。南方与北方的经济联系大大加强，物产交流与经济交流愈发地丰富，使得古代中国的经济得到了极大的发展。2000年11月，都江堰被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。2014年6月，中国大运河也被列入世界文化遗产名录，成为我国第二项人选世界文化遗产的古代水利工程。2018年5月，都江堰、灵渠、姜席堰、长渠全部成功入选2018年世界灌溉工程遗产名录。至此，我国已有17处世界灌溉工程遗产项目，成为遗产工程类型最丰富、灌溉效益最突出、分布范围最广泛的国家。

改革开放之初，中国水电装机容量和发电量仅为1727万kW和446亿kWh。改革开放后，中国水电建设步伐明显加快。20世纪80年代，广蓄、岩滩、漫湾、隔河岩、水口等水电站“五朵金花”相继建成；20世纪90年代，五强溪、李家峡、天荒坪抽水蓄能电站开工建设；到2000年底，随着万家寨、二滩、小浪底、天生桥、大朝山等一大批水电站相继建成投产，中国水电装机容量达7700万kW，居世界第二。2004年，以公伯峡水电站1号机组投产为标志，中国水电装机容量突破1亿kW，居世界第一。2010年，以小湾水电站4号机组为标志，中国水电装机容量突破2亿kW。2012年，三峡水电站最后一台机组投产，成为世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。此后，溪洛渡、向家坝、小湾、水布垭、糯扎渡、构皮滩、锦屏等一系列巨型水电站相继建设，中国在世界水电领域保持领先的地位。白鹤滩、乌东德等一批具有国际领先水平的巨型水电工程正在推进建设之中。2017年，中国水力发电装机为3.41亿kW，发电量1.1945万亿kWh，分别较改革开放之初增长了近20倍和26倍，分别占到全球水电总装机容量、发电量的26.9%和28.5%。

在我国众多的水利水电工程中，长江三峡大坝和南水北调工程是名副其实的大国重器。三峡大坝全长2309.5m，最大坝高181m，装机容量2240万kW，是目前世界上最大的水利枢纽工程。如果说小浪底工程驯服了桀骜的黄河，那么三峡驯服了奔腾的长江。三峡工程的效益主要体现在防洪、发电和航运方画。三峡工程成为防汛抗旱的中流砥柱，2010年、2012年长江流域两次遭遇比1998年还要大的洪水，通过科学调度三峡工程拦蓄洪水，7万m3／s的洪峰削减到4.5万m3／s下泄，保障了长江中下游广大防洪保护区的安全。三峡工程每年的发电量相当于为国家创造数以万亿计的经济效益。三峡的建立使得长江上游地区可以通过万吨级货船，极大地增加了长江的航运能力。

南水北调工程是世界上规模最大的调水工程，通过东、中、西三条调水线路，与长江、黄河、淮河和海河四大江河连通，构成四横三纵、南北调配、东西互济的水网格局，是实现中国水资源优化配置、促进可持续发展、保障改善民生、推动生态文明建设的重大战略性基础设施。南水北调中线工程主要供水目标为京、津、华北平原，主要任务是满足城市生活、工业、生态环境等用水需求。建设南水北调中线工程是解决京、津、华北平原缺水问题的重大战略工程，是一项特大型跨流域调水工程，对缓解京、津、华北平原严重缺水现状，支撑京、津、华北平原经济社会的可持续发展具有重大的意义。南水北调东中线工程全面通水四年来，累计调水222亿m3，南水成为京津冀豫鲁地区40余座大中型城市的主力水源，便黄淮海平原地区1亿多人直接受益，有力支撑了中部崛起和京津冀协调发展，为区域协调发展提供了水资源保障，强力支撑着受水区和水源区经济社会发展。

中国水电资源的特点和难点决定了水电开发面临问题的独特性和挑战性，也造就了中国水电科技的雄厚实力，创造了一系列引以为傲的水电工程建设的世界纪录：2008年全面投产的水布垭水电站，其拥有世界最高的233m混凝土面板堆石坝；2009年全面投产的龙滩水电站，其拥有世界最高的216m碾压混凝土坝；2010年全面投产的小湾水电站，其拥有当时世界最高的混凝土拱坝；2014年全面投产的糯扎渡水电站，是目前亚洲第一、世界第三高的黏土心墙堆石坝；锦屏一级305m双曲拱坝、长河坝深厚覆盖层上240m堆石坝和在建的双江口312m堆石坝均为世界第一。它们是中国水电走向世界，赢得国际尊重和信赖的最扎实的品牌工程。

中国水利水电工程不仅为国家经济社会发展提供了源源不断的清洁电能，同时为保障国家能源安全和改善民生、大江大河束水安澜、宝贵淡水资源充分综合利用，以及推进全球节能减排、应对气候变化等做出了巨大贡献。

1.4 异型结构工程

随着技术的不断进步，我国建筑业突飞猛进。人们对建筑的要求也不仅仅限于遮风挡雨，更要求其外表美观、造型独特、结构新颖、功能多样、布局灵活。因此，现代建筑中异型结构建筑不断涌现，越来越多的建筑摆脱传统技术的束缚，以更加自由的姿态走进人们的视野，给人们创造了极高的文化价值和审美价值。

由于异型建筑的独特性、复杂性，往往需要通过三维建筑模型去实现，越来越多的建筑开始使用BIM技术。异型建构筑物的体量越来越大，结构越来越复杂，建筑内部的空间跨度也在不断增加。中央电视台新台址的双向倾斜及悬挑结构、鸟巢的异型拼装结构、广州塔上下宽中间细超高的特殊结构成为异型建筑的典型代表。中央电视台新台址主楼，两座塔楼双向倾斜6°、顶部通过14层高、1.8万t的悬臂在234m高空连为一体，形成一种挑战重力原则的结构形式。由于建筑物结构的几何中心和物理中心不重合，尤其是在没有合龙前，双塔受力不均匀，造成双斜塔结构施工不断升高的过程中时时在变形。如何保证两座塔楼各自在空中的位置形态以及两座塔楼的精确合龙，给现场的施工带来很大的挑战。国家体育场（鸟巢）工程为特级体育建筑，主体建筑是异型钢结构，由一系列钢桁架围绕碗状坐席区编制而成的椭圆鸟巢外形。“鸟巢”钢结构总重4.2万t，最大跨度343m，而且结构异常复杂，是一个大跨度的曲线结构，有大量的曲线箱形结构，其三维扭曲像麻花一样，相关施工技术难题还被列为科技部重点攻关项目。鸟巢的设计和施工均极具挑战性，采用了大量的先进的建筑科技。广州塔又称广州新电视塔，俗称“小蛮腰”。它是2010广州亚运会标志工程，也是广州市重要的地标性建筑，是已建成的世界第一高自立式电视塔。广州地处热带地区，每年遭受台风袭击的频庋和强度较大。广州塔高度高、体形细、结构布置独特，属于风敏感结构，强风、地震是广州塔需要考虑的主要外部影响，必须确保该塔在强风和地震作用下不发生过大的振动和破坏。

人们期待更加优秀的异型建筑不断涌现，希望这些造型独特的建筑既能够更加和谐地融人城市环境，更加绿色、环保，又能够成为城市风景中新的亮点，为城市增添了新的魅力。

1.5 大型场馆工程

1.5.1 大型体育场馆

在中国经济快速发展，居民收入不断提高，居民生活水平稳步提升，居民生活娱乐消费升级的宏观背景下，体育产业迎来了“全民体育”时代。发展体育事业和产业是提高中华民族身体素质和健康水平的必然要求，有利于满足人民群众多样化的体育需求、保障和改善民生，有利于扩大内需、增加就业、培育新的经济增长点，有利于弘扬民族精神、增强国家凝聚力和文化竞争力。国家也在努力营造重视体育、支持体育、参与体育的社会氛围，将全民健身上升为国家战略，把体育产业作为绿色产业、朝阳产业培育扶持。根据《国务院关于加快发展体育产业促进体育消费的若干意见》（国发[2014]46号），体育产业下一步的发展目标是：到2025年，基本建立布局合理、功能完善、门类齐全的体育产业体系，体育产品和服务更加丰富，市场机制不断完善，消费需求愈加旺盛，对其他产业带动作用明显提升，体育产业总规模超过5万亿元，成为推动经济社会持续发展的重要力量。建设健康中国，全民健身上升为国家战略，为体育发展提供了新机遇，促进了我国体育产业快速发展。从2008年北京奥运会（第29届夏季奥林匹克运动会）开始，大型体育赛事在中国几乎就没有停息过。2009年第24届世界大学生冬季运动会在哈尔滨举办，2010年第16届亚洲运动会在广州举办，2011年第26届世界大学生夏季运动会在深圳举办，2014年第2届夏季青年奥林匹克运动会在南京举办，2019年第七届世界军人运动会在武汉举办……2022年第24届冬季奥林匹克运动会将在北京市和张家口市联合举办。大型赛事离不开大型场馆，近年来我国的大型体育场馆建设如火如荼。

提到大型体育场馆，人们首先想到的应该就是国家体育场（鸟巢）和国家游泳中心（水立方）。鸟巢是第29届夏季奥运会的主体育场，位于北京奥林匹克公园中心区，占地20.4公顷，建筑面积25.8万平方米，可容纳观众9.1万人。国家体育场工程为特级体育建筑，主体建筑是异型钢结构，由一系列钢桁架围绕碗状坐席区编制而成的椭圆鸟巢外形。北京奥运会期间，国家体育场作为主会场，承担了开闭幕式、田径赛事和足球决赛。精彩绝伦的开闭幕式表演与鸟巢大气宏伟的结构相得益彰，令世人惊艳。北京奥运会后，鸟巢又成功举办了2015年北京田径世锦赛，还将成为2022年北京冬奥会开闭幕式场地。作为史上首个举办过夏季和冬季奥运会开闭幕式的体育场，鸟巢将成为代表国家形象的标志性建筑。水立方也是北京奥运会标志性建筑之一，最主要的使命是为2008年北京奥运会的游泳、跳水、花样游泳、水球比赛等提供场地，因其外观酷似一个充满了水泡的蓝色方盒子而被称为“水立方”，这种大胆而巧妙的设计在世界建筑史上还没有先例。为了实现这种多面体空间钢框架结构，工程建设中钢结构安装方法只能采取在空中把一根根钢杆件当成气泡的边棱，逐个在空中按照设计好的位置固定，再与钢球焊接，制成气泡形状。

1.5.2 大型机场

新中国成立以来，我国通用航空业发展迅速。据统计，截至2015年底，通用机场超过300个，通用航空企业281家，在册通用航空器1874架，2015年飞行量达73.2万小时。根据《国务院办公厅关于促进通用航空业发展的指导意见》（国办发[2016]38号），通用航空业下一步的发展目标是：到2020年，建成500个以上通用机场，基本实现地级以上城市拥有通用机场或兼顾通用航空服务的运输机场，覆盖农产品主产区、主要林区、50%以上的5A级旅游景区；通用航空器达到5000架以上，年飞行量200万小时以上，培育一批具有市场竞争力的通用航空企业；通用航空器研发制造水平和自主化率有较大提升，国产通用航空器在通用航空机队中的比例明显提高；通用航空业经济规模超过1万亿元，初步形成安全、有序、协调的发展格局。

上述指导意见的提出，为机场建设提供了新的动力。在新建、改扩建的机场中，北京大兴国际机场的建设最为引人注目。北京大兴国际机场的建设目标是建成国际一流、世界领先，代表新世纪、新水平的标志性工程。航站区工程总建筑面积约143万m2，以2025年满足7200万年旅客吞吐量为设计容量目标。其建设以航站楼为核心，航站楼是由综合服务楼、东西停车楼等四栋建筑共同组成的一组布局紧凑、连接方便的大型建筑综合体。北京大兴国际机场航站楼区南北长1753m，东西宽1591m，航站楼总建筑面积达到103万m2，将成为全球最大的机场航站楼。航站楼的屋盖为不规则自由曲面，其难度堪称世界之最。北京大兴国际机场航站区工程具有项目规模大、建筑功能复合，专业系统众多、协调环节密集，质量标准严格、建设周期紧迫等特点，对工程建设的规划、设计、施工、管理都提出了很高的要求。

1.6 高耸建筑工程

中国的传统社会崇尚大壮之形、崇高之美，古代城市多以高台式建筑表现这种追求，如台榭、楼阁、门关。“危楼高百尺，手可摘星辰。”唐代诗人李白《夜宿山寺》一诗反映出了古人的这种追求，其根源在于人类对天空和高度的本能梦想。现代西方城市也是将高大构筑物或超高层建筑作为手段表现空间理想的外化、建筑形象的更新以及“城市性”的提升，帝国大厦之于纽约、埃菲尔铁塔之于巴黎便是如此。正是人们对于高度的不断追求，造就了一个个高耸的超高层建筑。

超高层建筑的发展经历了三个阶段，其发展脉络与建筑技术的提升和一国的经济发展水平息息相关。19世纪到20世纪为初步发展期，美国、英国、比利时、西班牙、瑞典等国家竞相建造超高层建筑，这一时期以美国纽约为典型代表，如帝国大厦。20世纪至21世纪初为蓬勃发展期，由美国逐渐东移到中东和亚洲，如吉隆坡的石油双塔、迪拜的哈利法塔。改革开放以来，随着我国社会与经济的迅猛发展，我国超高层建筑呈现出蓬勃的发展趋势，引领着超高层建筑进入了第三阶段——持续发展期，中国已占据超高层建筑的龙头地位。截至2017年，在世界已建成和在建的十大高楼排行榜中，中国占据大半壁江山。

在目前已建成的世界十大高楼中，上海中心大厦排名第二，仅次于迪拜的哈利法塔。上海中心大厦是一幢集商务、办公、酒店、商业、娱乐、观光等功能的超高层建筑，它位于上海市浦东新区的陆家嘴金融贸易核心区。上海中心大厦地上共127层，地下5层，总高为632m，结构高度为580m，基地面积3.0万m2，总建筑面积57.8万m2，其中地上41万m2，地下16.8万m2。上海中心大厦项目于2008年11月29日开工建设，2010年3月完成大底板混凝土浇筑，2013年8月实现主体结构封顶，2014年8月全面结构封顶，2016年3月建筑主体正式全部完工。2016年4月部分投入试运营，2017年1月全面投入运营。建筑外观像一条盘旋上升的龙，顶部“龙尾”上翘，又如一支倒放着的祥云火炬，建筑表面的开口由底部旋转贯穿至顶部。

深圳平安国际金融中心大厦是目前深圳第一高楼，同时也是华南最高大厦。深圳平安国际金融中心大厦是深圳发展的里程碑建筑，是深圳的新地标，浓缩了深圳这座改革开放之都不断开拓创新的精神，和深圳人民一起见证着这座城市的发展繁荣。深圳平安国际金融中心位于深圳市福田区中心区，益田路与福华路交会处西南角，毗邻购物公园，与深圳会展中心相对。周边建筑物密集，分布有高档商场、住宅及办公区，人流密集。深圳平安国际金融中心大厦项目占地面积18931 m2，地下5层，地上分塔楼和裙楼，其中裙楼11层，塔楼118层，总建筑面积459187 m2，塔楼主体结构高度585.5m，总建筑高度600m，功能包括商业、观光娱乐、会议中心和交易中心等，已于2017年竣工。

北京“中国尊”位于北京市朝阳区CBD核心区，是北京市最高的地标建筑。“中国尊”外部形态以中国古代盛酒器皿“尊”为整体造型，寓意这座建筑是以“时代之尊”的显赫身份，奉献“华夏之礼”。“中国尊”的建筑形态具有大气之美和时尚之气，体现出世界潮流的当代建筑风格。其建筑用地面积11478 m2，总建筑面积43.7万m2，建筑总高528m，其中地上108层，地下7层。中国尊底部基座呈正四方形，从底部基座到中上部，其平面尺寸逐渐向内收紧，从腰线最窄处到顶部平台，平面尺寸逐渐放大。“中国尊”采用核心筒巨型框架外伸臂转换桁架结构，基础采用基础桩筏板加锚杆结构，是全球抗震性能最佳的超过500m的超高层建筑，具有高度超高，结构异型，构造曲线的曲率变化大等特点，并在建造的全过程采用BIM技术对结构进行预拼装。

1.7 精密科学工程

近年来，随着现代科学技术的不断进步和我国综合国力的不断提高，我国大型工程项目尤其是大科学工程得到了蓬勃的发展。大科学工程是指为了进行基础性和前沿性科学研究，大规模集中人、财、物等各种资源建造大型研究设施，或者多学科、多机构协作的科学研究项目。大科学工程在国家现代化建设中占有非常重要的地位，对政治、经济、社会、科技、国防等有着巨大的战略作用，也真切地反映了一个国家的综合实力，500m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Tele-scope，FAST)工程、探月工程、上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility，SSRF)、中国散裂中子源(CSNS)等工程均属大科学工程。

FAST是目前世界上最大的单口径望远镜。FAST与号称“地面最大的机器”的德国波恩100m望远镜相比，灵敏度提高约10倍；与排在阿波罗登月之前、被评为人类20世纪十大工程之首的美国Arecibo 300m望远镜相比，其综合性能提高约10倍。作为世界最大的单口径望远镜，FAST将在未来20～30年保持世界一流设备的地位。

上海光源(SSRF)是继北京正负电子对撞机(BEPC)等重大科学研究工程之后的第三代同步辐射光源。普通的X光就能清晰拍摄出人体的组织和器官，而上海光源释放的光，亮度是普通X光的一千亿倍。通俗说来，上海光源相当于一个超级显微镜集群，能够帮助科研人员看清病毒的结构、材料的微观构造和特性。SSRF已经成为生命科学、材料科学、环境科学、地球科学、物理学、化学、信息科学等众多学科研究中不可替代的先进手段和综合研究平台，也是微电子、制药、新材料、生物工程、精细石油化工等先进产业技术研发的重要手段。还将直接带动中国电子工业、精密机械加工业、超大系统自动控制技术、高稳定建筑技术，以及其他相关工业的快速发展。上海光源对推动中国多学科领域的科技创新和产业升级产生重大作用。

2018年8月，在历经6年半的艰苦建设后，中国散裂中子源(CSNS)项目顺利通过国家验收，投入正式运行，成为世界四大散裂中子源之一，与美国散裂中子源(SNS)、日本散裂中子源(J-PARC)和英国散裂中子源(ISIS)构成目前世界上主要的四大脉冲式散裂中子源。中国散裂中子源(CSNS)是世界一流的大型中子散射多学科研究平台，与我国已建成的同步辐射光源等先进设施相互配合、优势互补，为材料科学、生命科学、化学、物理学、资源环境、新能源等领域的基础研究和高新技术开发提供强有力的研究手段，为解决国家发展战略需求的若干瓶颈问题提供先进平台，促进我国在重要前沿领域实现新突破，为多学科在国际上取得一流的创新性成果提供重要的技术条件保障。

这些大科学工程包含的大型精密工业部件，其自身结构十分复杂，往往包含有多达数十个各种用途的核心部件。这些部件在施工、安装、检测、控制和监测等领域，都对精密工程测量提出了更高的要求，其位置测量精度从毫米提高到亚毫米级甚至是微米级，而姿态精度也从分级提高到秒级。这些更高精度需求的出现，促使精密测量得到了飞速的发展，成为影响工程整体质量的重要因素。

1.8 城市轨道交通工程

随着中国经济的发展和人均GDP增加，全国民用汽车保有量从2007年的0.57亿辆逐年增加至2017年的2.17亿辆，其中40个城市的汽车保有量超过百万辆，北京、成都、深圳、上海等城市的汽车保有量超过200万辆。伴随着日益增长的人口和汽车保有量，城市交通拥堵已成为居民生活中亟待解决的问题之一，城市交通的需求因而日益强烈。城市轨道交通具有大容量、集约高效、节能环保等突出优点，既是大城市公共交通系统的骨干，也是城市综合交通运输体系的重要组成部分，能合理地提高城市交通工具的运载能力，对城市发展起着支撑和引领作用。

自1969年北京开通第一条城市轨道交通线路以来，我国城市轨道交通用不到50年时间走过了国外发达国家150年的发展历程。我国城市轨道交通建设始于20世纪50～70年代，直到20世纪80年代末，我国仅北京和天津有地铁40km。20世纪80年代末～90年代初期，以上海地铁一号线、北京地铁复八线、广州地铁一号线建设为标志，我国真正意义上开始了以交通为目的的城市轨道交通建设。进入21世纪初，北京、上海、广州三市共拥有地铁运营里程105km。2012年底，我国17个城市开通70条轨道交通运营线路，运营里程2064km，其中地铁线路1726km。据中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通2017年度统计和分析报告》显示，截至2017年年末，我国城市轨道交通运营里程和在建里程均居世界第一。我国34个城市开通了165条城市轨道交通线路，运营里程达到5033km，其中地铁线路里程3884km，占比77.2%；轻轨、单轨、市域快轨、现代有轨电车、磁浮交通、APM（乘客自动运输系统）等其他制式运营线路约1149km，占比22.8%。上海轨道交通运营里程732km，世界排名第一，日均客运量969.2万人次。北京轨道交通运营里程685km，世界排名第二，日均客运量1035万人次，全年累计客运量37.8亿人次，位居全国首位。随着运营里程的延长，客运量稳步增长。报告显示，截至2017年末，中国内地城市轨道交通全年累计完成客运量184.8亿人次。城市轨道交通已成为大城市居民日常出行的重要方式。另外，中国内地共56个城市开工建设轨道交通，共计在建线路254条，在建线路里程6246.3km。中国城市轨道交通正在经历跨越式发展，客运量、客运强度等指标位居世界前列。

当前，在全国各中心城市以及各城市群之间通过高速铁路网络连接，多层级、大规模的网络化轨道交通系统正在中国快速建立。在大城市的中心区域采用大运量的地铁；在中心城区与卫星城之间、卫星城相互之间以及郊区和旅游区采用中运量的单轨、磁悬浮和现代有轨电车等；在城市群中的中心城市与卫星城之间以及各卫星城之间，采用市域铁路及城际铁路等，同时，近两年中运量轨道交通系统的制式多样化成为新的趋势，涌现出了“云轨”（跨座式单轨）、“智轨”、“空轨”、“中低速磁浮”等多种新的轨道交通制式。

我国城市轨道交通快速发展，在满足人民群众出行需求、优化城市结构布局、缓解城市交通拥堵、促进经济社会发展等方面发挥了越来越重要的作用。因为轨道交通，城市不断扩张，城市的经济不断得到发展，城市的形象不断得以提升。因为轨道交通，生活在城市中的人们出行更加便利，出行体验也越来越舒适。

1.9 海岛礁与港口航道工程

1.9.1 海岛礁测绘

我国是一个大陆国家，也是一个海洋国家。我国东、南两面濒临渤海、黄海、东海、南海。我国300万km2海域的10000多座海岛礁，其中面积在500 m2以上的海岛有近7000个。海岛礁是维护国家海洋权益、建设海洋强国的战略支撑点和制高点。但以前我国海岛礁测绘地理信息严重匮乏，在广阔海域特别是远海及敏感海域存在测绘“盲区”和“空白区”，导致我国长期以来海岛礁“家底”不清，缺少维护国家安全、海洋权益和海防建设等所需的精确海岛礁地理信息和海战场环境保障能力。随着国家不断加强维护海洋权益，积极拓展海洋资源开发利用，海岛礁对海洋的控制作用日益显著，精确测绘的海底地形地貌和海岛礁地理空间信息是解决国与国之间海洋国土及海洋资源争端的重要依据，也是进行海岛礁管理和经济开发的重要基础！

20世纪90年代开始，有关部门相继开展了“我国专属经济区和大陆架勘测专项”、“我国近海海洋综合调查与评价专项”等一系列海洋勘查工作，并组织了两次全国范围的海岛调查，对重点海岛（礁）的分布、类型等信息进行了较全面的普查。党的十六大提出了“实施海洋开发"战略，是为我国现代化建设和经济社会可持续发展做出的英明决策。“实施海洋开发”首先需要获取海洋和海岛（礁）地理信息。2007年9月，国土资源部和总参谋部联合向国务院和中央军委提交了《关于开展我国海岛（礁）测绘工程专项建设的请示》，国务院和中央军委领导人对提交的请示作了重要批示，同意我国海岛（礁）测绘工程立项（927工程）。海岛礁测绘正受到越来越多的重视，其主要内容包括：建立海岛礁测绘基准，利用航空航天技术进行海岛礁识别定位与遥感测图，开展海岛礁潮位与岸线综合判定，生产海岛礁矢量地形数据、数字高程模型、数字正射影像图，编制海岛礁地图，实现海岛礁地理环境动态表达与三维可视化等。

1.9.2 港口航道工程

改革开放后，我国的经济增长速度非常快，尤其是贸易方面。目前，我国是全球排名第一的贸易大国，每年动辄以万亿美元计的货物进出我国的港口，中国已经和世界融为一体。据统计，自20世纪80年代以来，90%的国际贸易是通过航运和港口实现的。随着世界经济一体化和中国经济的快速发展，对港口与航道的需求非常强劲，港口与航道工程已进入发展繁荣时期。

我国建造港口和航道工程有先天的自然条件，而且随着科学技术的不断提商，港口与航道建设取得了巨大成就。根据交通运输部《2017年交通运输行业发展统计公报》，截至2017年年末，全国内河航道通航里程12.70万km，其中等级航道6.62万km，三级及以上航道1.25万km。各水系内河航道通航里程分别为：长江水系64857km，珠江水系16463km，黄河水系3533km，黑龙江水系8211km，京杭运河1438km，闽江水系1973km，淮河水系17507km。长江干线航道设有27个水上交通流量观测断面，年平均日船舶流量702.9艘。

截至2017年年末，全国港口拥有生产用码头泊位27578个，其中沿海港口生产用码头泊位5830个，内河港口生产用码头泊位21748个。全国港口拥有万吨级及以上泊位2366个，其中沿海港口万吨级及以上泊位1948个，内河港口万吨级及以上泊位418个。全国万吨级及以上泊位中，专业化泊位1254个，10万吨级及以上泊位371个。目前我国亿吨大港数量达34个，形成了环渤海、长三角、东南沿海、珠三角和西南沿海5个港口群。据统计，截至2017年年底，在全球港口货物吞吐量和集装箱吞吐量排名前10名的港口中，我国港口占有7席。其中，上海港以4030方标箱吞吐量位居世界第一，深圳港、宁波舟山港、香港港分列第三、四、五位，广州港和青岛港分列第七、八位。如今，中国港口已与世界200多个国家和地区、600多个主要港口建立了航线联系，成为经济往来的重要纽带，并在“一带一路”建设中扮演着重要角色。上海洋山深水港是世界最大的海岛型人工深水港，也是上海国际航运中心建设的战略和枢纽型工程。洋山深水港连续七年保持为世界集装箱第一大港，洋山西期也成为全球最大无人自动化集装箱码头，标志着中国港口行业的运营模式和技术应用迎来里程碑式的跨越升级与重大变革，为上海港加速跻身世界航运中心前列注入全新动力。

2 大国工程与工程测量

2.1 工程测量内容与价值

工程测量是研究各种工程建设在勘测设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科，是研究地球空间（地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。

勘测设计阶段的测量工作主要是进行各种比例尺地形图测绘，以及为工程地质勘探、水文地质勘探及水文测验等提供测量服务；施工建设阶段的测量工作主要是将设计在现场标定出来（即所谓的定线放样），施工过程质量控制，进行高层建筑竖直度、地下工程施工断面、变形监测和工程竣工测量，还有大型设备安装测量等工作；运营阶段的测量工作主要是工程的安全健康监测，包括建筑物的水平位移、沉降、倾斜和摆动等进行定期或持续监测，大型工业设备的经常性检测和调校。

工程测量按服务对象分为线路（高速铁路、公路、城市轨道交通）工程测量、建筑（大型、异型、高耸建筑）工程测量、桥隧（公路、铁路桥梁，地面、地下隧道）工程测量、水利水电工程测量、海洋（港口、滩涂、海岛、海地）工程测量、工业设备工程测量等内容。

工程测量贯穿于工程项目勘测设计、建设和运行维护的全生命周期，以建筑物工程项目为例，首先依据工程测量提供的地形图、建设范围内的地质勘探结果，结合规划要求，设计建筑物的建筑规模（占地面积、高度、形状）和位置；其次，根据设计到实地进行定线放样，并在建设过程中，监测建筑的位置和高度变化，以及建筑物的变形等情况，及时进行调整，建筑竣工后，进行竣工测量，为后续运行维护提供资料；第三，运行维护期间的安全监测，受建筑周边环境及建筑物本身质量的变化，建筑物的外形、结构会逐渐偏离设计，监测其偏离在安全、合理的区间内，保证建筑物使用的安全健康；第四，建筑物的监测数据超出安全警戒范围，进行加固调整或拆除。

2.2 大国工程与工程测量的关系

如果没有工程测量的技术支撑，许多大国工程将无法建设。没有工程测量的技术支撑.城市规划就没有基础地图数据；没有工程测量的技术支撑，中国第一高楼上海中心就不可能立起来；没有工程测量的技术支撑，海底隧道就不能贯通；没有工程测量的技术支撑，世界最长的跨海大桥——港珠澳大桥就不可能建成；没有工程测量的技术支撑，世界上最大的水利枢纽工程——三峡工程的施工与安全运营就得不到保障；没有工程测量的技术支撑，就不可能保证高速铁路的顺利施工和平稳运行……可以这样说，没有工程测量的技术支撑，任何大型工程建设都无法顺利施工和运营。

高速铁路一般设计时速350km/h或更高，高速运行的列车要求轨道结构稳定性高、刚度均匀和结构耐久性强，CRTSⅡ型板式无砟轨道要求轨道沿线60m内相邻设标点平面相对精度优于1mm，高程相对精度优于0.5mm。超长隧道和大跨度桥梁越来越多，建设过程中一般都是对向或多作业面同时施工，对于两开挖洞口间长度在8～10km的隧道，贯通精度横向优于200mm、竖向优于70mm，桥梁上部构造施工误差大部控制在毫米级精度。

高耸建筑相对高而细，异型建筑由于外形独特，形状不规则导致结构的几何中心和物理中心不重合。在施工过程中，随着高度的增加，结构时时在变形，对于建筑高度150～200m的建筑物，在施工过程中，建筑轴线上层投测精度在平面优于30mm、竖向优于30mm。

大型场馆建筑体量大、同时开工点多、钢结构安装精度要求高，建设期间需对场区进行很好的整体性控制。北京新机场航站楼区南北长1753m、东西宽1591m，多个项目部、多个工点同时施工建设。航站楼屋顶钢结构设计为不规则自由曲面，投影面积约为35万m2，南北长约1000m，东西宽约1100m，梁间距放样误差优于4mm。

水利水电工程关系到国计民生，与人民的生活密切相关。水利工程一般跨度大、整体性强，南水北调中线工程总干渠长达1432km，全线过水以自流为主，坡比一般为1/25000，部分地区达到1/30000。水电工程一般施工场地狭窄、带状分布、施工精度要求高，白鹤滩右岸地下电站设置的两条出线竖井滑模浇筑段最大高差约为278.8m，竖井垂直度不大于1‰，即底、顶部相同坐标点较差不能大于2.8cm，平面贯通误差小于2cm、高程贯通误差水于2cm。

人的身体需要定期进行检查和调整，大国工程投入使用后，也需要进行健康安全监测和维护。在内、外部环境条件变化情况下，获取大国工程涉及安全的敏感部位毫米级、甚至亚毫米级的变形数据和其他监测数据，对大国工程进行安全健康评估。

为了保证大国工程建设的顺利实施和运行期间的安全，就需要提供施工场区统一高精度的空间定位，工程测量就是解决这个问题的，工程测量为大国工程在设计、施工和管理各阶段中保驾护航。

工程测量的发展主要依赖于工程建设的需求、新型的仪器设备以及工程测量理论的发展。可以这样认为：工程建设对工程测量不断提出新任务、新课题和新要求，使工程测量的服务领域不断拓宽，有力地推动工程测量事业的发展与进步，这是推动工程测量发展的外在原动力；随着科学技术的新成就，如电子计算机技术、网络通信技术、激光技术、微电子技术、空间技术等新技术的发展与应用，新型测量仪器设备不断涌现，推动工程测量技术和方法的进步。通过工程项目的顺利实施，推动了新技术、新装备和新方法在工程测量领域的应用，创新了技术理论方法，创建了新的技术体系，促进了工程测量学科的发展。

2.3 工程测量的关键技术

“人民对美好生活的向往就是我们的奋斗目标”，为了不断满足人民对居住、出行、教育、娱乐等多方面的追求，国家加大了基础设施的投入。快速便捷的高速铁路和高速公路，四通八达的城市轨道交通，地标性的各种大型和异型建筑，规模宏大的水利水电设施，服务于高新技术的大型精密工业设备，诸如此类的体量大、结构复杂、空间变化不规则和精度要求高的各种大型工程建设项目，需要工程测量不断进行理论创新、技术创新、装备创新、流程创新。

工程测量是一门综合程度高的应用型学科，充分应用了大地测量、摄影测量和地理信息等学科的成果，集成了空间定位技术、地理信息技术、激光技术、无线通信技术和计算机技术等技术，创造性地应用在工程测量中。目前，在大国工程测量中得到广泛应用的主要是无人机摄影测量、多传感器集成移动测量、三维激光扫描、测量机器人和激光跟踪测量等技术。

无人机摄影测量系统简单说就是使用无人飞机携带高清相机在空中对所测物体连续拍照，获取高重合度的影像照片的一套设备，该套系统由无人机、云台、相机、地面控制站、相片处理软件组成，主要分两类，一种是通过单镜头相机拍摄以正射影像为主要数据的系统（无人机航空摄影测量系统），一种是通过多个镜头以提供三维建模数据为主要数据的系统（无人机倾斜摄影测量系统）。

惯性技术是以力学、机械学、光电子学、控制学和计算机学等为基础的多学科综合的尖端技术，广泛应用于航空航天航海及重要车辆陆地导航中。惯性导航系统无需任何外来信息，也不向外辐射任何信息，仅靠系统本身就能在全天候条件下、全球范围内和所有介质里自主地、隐蔽地进行三维定位和三维定向。惯性技术的核心传感器是陀螺仪和加速度计。陀螺仪作为惯性定向技术的重要代表，有着不可替代的技术优势。由于陀螺是通过敏感地球自转角动量实现其寻北定向测量，无需任何外部辅助信息，具有较好的自主性和灵活性，且观测时间较短，不受气象等外部因素的影响。陀螺全站仪（经纬仪）是一种将陀螺仪与全站仪（经纬仪）集成连接于一体，通过敏感地球自转角动量独立测定任意测线真北方位角的敏感型寻北定向仪器，由于其具有全天候、全天时无依托自主定向的功能，而被广泛地应用于矿山、隧道、城市地铁等地下工程的建设及国防建设领域。

多传感器集成移动测量系统通过在移动载体上装配全球定位系统(GNSS)、惯性测量单元(IMU)、摄影成像相机(CCD)、三维激光雷达(I。S)等传感器和设备，在载体行进过程中，快速采集空间位置数据和属性数据、高密度激光点云和高清连续全景影像数据，并通过系统配备的数据加工处理、海量数据管理和应用服务软件，为用户提供快速、机动、灵活的一体化三维移动测量完整解决方案，系统可完成高精度三维坐标测量、矢量地图数据建库、三维地理数据制作和可量测实景数据生产等，全方位满足三维数字城市、街景地图服务、城簪部件普查、公安应急、安保部署、交通基础设施测量、矿山三维测量、航道堤岸测量、海岛礁岸线三维测量、电力巡线、高精度无人驾驶地图等应用需求。

三维激光扫描技术又称为高清晰测量(High Definition Surveying，HDS)，它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量密集点的三维坐标信息和反射率信息，将各种大实体或实景的三维数据完整地采集到电脑中，进而快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。结合其他各领域的专业应用软件，所采集的点云数据还可进行各种后处理应用。

测量机器人(Measurement Robot；Geo-robot)是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确照准目标并获取角度、距离、三维坐标等信息的电子全站仪，亦称测地机器人或智能全站仪。它是在全站仪基础上集成步进马达、CCD影像传感器构成的视频成像系统，并配置智能化的控制及应用软件而发展形成的。

激光跟踪测量系统的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。简单地说，激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。