GPS技术在超高层建筑施工监测中的应用

长春万科物业服务有限公司 于 杰

目前，超高层建筑的发展呈良好态势，在国内涌现了以台北101大楼、上海金茂大厦、广州西塔、广州电视观光塔为代表的超高地标性建筑。在国外，阿联酋港口城市迪拜全力打造的摩天大楼“迪拜塔”，设计高度为700m，为目前世界第一高楼(如图1所示)。超高层建筑物的建设属于特高等级精密工程的范畴，而与之相关的测量体系是其施工保障的关键前提[1]。超高层建筑显著的特点就是绝对高度高，一般建筑工程施工测量中利用经纬仪技术建立施工控制网的常规方法，将因高度过高，照准仰角过大引起测量误差影响偏大而无法采用，必须寻找严密可靠的施工测量方法和施工监测方法。

图1 迪拜大厦

1.超高层建筑的特点

超高层建筑施工测量利用垂准仪将施工测量基准竖直向上传递(如图2所示)，随着塔体的升高，日照、地球自转、风力、温差等多种动态因素的影响将逐渐加强，据相关研究，塔体处于偏摆运动状态。塔体将围绕塔体主垂线，以日为周期沿准椭圆做周期性运动，且高度越高，椭圆越大；风力对塔体影响的规律为沿风向做前后摆动(如图3所示)，振幅随高度和风力的变化而变化。

图2 激光投点示意图

图3 动态先进性对投点的影响

施工测量采用分段控制的方法，设立转换层，转换层之间的距离大约在40-50m，利用激光垂准仪将施工基准向上传递(如图4所示)。

图4 转换层示意图

激光垂准仪旋转4个方向，可以在一定程度上消除系统误差的影响，并且施工测量会针对所投点位进行边长和角度检查(如图5所示)，此检查属于内符合检核。鉴于工程的精密性及严密性，利用GPS法进行外符合检核是十分必要的，而稳定的外围测量基准是外符合检核及基准恢复的关键前提。

图5 利用全站仪检测控制网连长、角度关系

2.GPS技术在施工监测中发挥的作用

GPS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐替代了常规光学和电子测量仪器。进入90年代以后，GPS与现代通信技术的结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化，GPS具有速度快、全天候、自动化程度高、测站间无需通视、可同时测定点的三维位移等优点，将其应用于超高层建筑施工监测是精密工程测量的重大创举。

2.1 高精度测量基准的建立及维护

高精度、高质量测量基准的建立与维护是开展施工监测的前提。布置平面基准控制网的目的是为了在建设工程项目开展期间作为整个测量工作的基准点。当建筑物各区域因施工造成阻断间隔时，利用GPS技术直接向各区域提供起算依据，在一定程度上可保证测量基准的统一。

以某一超高层建筑为例，A点、B点、C点为工作基点，布设在建筑物周边，通视条件好，并且容易保存，一般为楼顶点，IA点、IB点、IC点为基准点，远离施工区域，稳定性较好(如图6所示)。在A点、B点、C点、IA点、IB点、IC点架设GPS接收机，以IA点、IB点、IC点为起算，解算A点、B点、C点的平面坐标，从坐标差异、边长较差分析A点、B点、C点的稳定性及兼容性。

表1 计算坐标与首期成果较差值/m

表2 计算边长与首期成果较差值/m

图6 平面基准网布设网图

从表1中分析，A点较差值为1mm；B点、C点较差值为3mm；从表2分析，A-B、B-C、A-C的边长变化较小，综合考虑测量误差的因素，A、B、C3点的兼容性和稳定性良好，可以作为施工测量和施工监测测量基准。

2.2 GPS法外符合检核

将转换层控制点投递至钢平台，在钢平台标志处架设GPS接收机(见图7)，与塔体外围控制点A点、B点、C点进行联测，计算未知点的平面坐标，以外围基准点作为约束起算点，解算施工控制点的平面坐标，并将解算成果与设计值进行较差分析，如果差值较小，则说明所联测的控制点传递准确；如果差值较大，则说明某些点位传递出现较大偏差，应重新进行投点。

图7 基准点布设网图

3.结语

施工测量采用分段控制方法，设立转换层，在激光垂准仪将施工控制点向上传递的过程中，点位的精确性对于施工测量质量具有决定性意义。超高层建筑施工监测属于特高等级精密工程测量范畴，高质量、高精度测量基准和精确施工控制点是施工测量和监测的关键，将GPS技术融入超高层建筑施工监测是精密工程测量的重大创举，应用前景广阔。

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