利通广场超高层建筑日周期摆动监测方法研究

喻永平，黄伟明

(1．广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州510060;2．广州天徕测量仪器有限公司，广东广州510062)

一、引 言

超高层建筑通常呈细长状，在超高层建筑施工和运营过程中，因风振、日周期温度变化、现场施工、建造顺序和其他因素导致超高层建筑围绕设计中心点摆动，产生位移偏差。位移偏差会引起多种问题，如建筑物竖直施工无法准确垂直，施工控制网无法准确向上传递等。因此，研发一套能监控上述重要因素变化，模拟和预测变化趋势的动态监测系统，对于超高层建筑施工和运营阶段的健康监测具有重要意义。

本文主要以利通广场超高层建筑健康监测为例，阐述超高层建筑日周期摆动监测新方法。

二、利通广场超高层建筑日周期摆动测量内容

利通广场主体工程位于珠江新城CBD核心区北入口市民广场东侧，高度达到302．7 m，日周期摆动监测包括3方面内容。

(1)设备安装和数据采集

动态监测系统设备包括GNSS接收机和倾斜传感器等，楼顶GNSS接收机接收GPS、GLONASS卫星信号，记录动态与静态数据，数据采样率为1 Hz，截止高度角10°。倾斜传感器采集同一轴线主体工程X、Y方向的倾斜值，记录倾斜数据，数据采样率为1 Hz。GNSS接收机和倾斜传感器采用电缆直连，UPS与交直流供电，数据直接记录于GNSS主机和计算机上。数据连续采集48 h。GNSS接收机和倾斜传感器设备安装示意图如图2和图3所示。

(2)动态监测系统数据处理和模型建立

GNSS接收机获取建筑物位移变化数据，倾斜传感器获取温度、风载及其他偶然因素荷载导致主体工程在X、Y方向的倾斜值，建立超高层建筑的挠度数学模型，分析其运动规律。

图1 动态监测系统设备安装图

图2 倾斜传感器

图3 超高层顶部测量坐标的GNSS天线和接收机主机

模型建立过程如下：

1)利用笔者所在单位的GZCORS基准站数据，结合本项目基站GNSS监测数据，计算出基站GNSS站点的静态坐标。

2)根据基站GNSS接收机站点静态坐标，计算楼顶2台GNSS监测站点单历元(采样率为1 s，观测48 h以上)的实时监测坐标结果。

3)对解算的单历元数据进行滤波预处理，去掉偶然因素荷载等影响。将滤波后的GNSS单历元实时解算数据、倾斜仪数据、温度数据、楼高等统一整理到数据库中进行分析。

4)解算得出日周期摆动量，建立日周期规律变化的数学模型。其数学模型为：建筑物位移=F(温度，风力，楼高)。

5)指导施工测量施工控制网竖向投点。选择夜间温度变化小、微风和无施工影响等最有利时间进行投点。

(3)安全监测系统

安全监测系统具有的功能如下：

1)数据存储、限差设定、各种图表数据绘制等;

2)超高层建筑竣工后固有频率的监测;

3)超高层建筑竣工后在温度、风力等因素影响下是否满足健康标准，需监测其安全运行健康状况，并对其进行预警。

三、技术特色

本文提出的这种新的超高层建筑施工测量和运营维护监测工艺，将GNSS接收机、倾斜仪、测量机器人有机结合在一起。采用GNSS接收机作精确的定位测量，采用倾斜仪获取超高层建筑在“扭曲”过程中的姿态数据，从外部和内部对超高层建筑进行控制，二者统一在移动控制点测量系统中。GNSS观测点坐标先转化为当地坐标，再经过“姿态”数据的改正，获取在运动中正确的“中心位置”或者说无外力的平衡位置信息，整体把握超高层建筑在外力作用下的运动方式及实际变形量，大幅度提高建筑施工网的测设精度，这一计算思路及方法在国内目前是最先进的。

四、未来应用前景

该动态监测系统实现后，增强了笔者所在单位在国内高层建筑施工控制及监测项目方面的竞争能力，推动了高层建筑建设及监测的技术创新，促使国内高层建筑施工及监测方法更先进。该方法已经广泛应用于国外最高建筑，如哈利法塔(828m，世界第一高塔，比台北101大楼高出320m)。国内引进该套系统后，能解决高层建筑中面临的主要问题，为超高层建筑施工和运营维护保驾护航。该系统在广州新电视塔、西塔、中信广场、利通广等300m以上的高层建筑物监测中都获得广泛应用。

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