GNSS自动监测系统在工程实践中的应用

2015-03-30 03:36周予启张胜良焦俊娟张慧丽陆静文

测绘通报 2015年1期

周予启，张胜良，焦俊娟，张慧丽，陆静文

(1．中建一局集团建设发展有限公司，北京100102;2．北京中建华海测绘科技有限公司，北京100102)

一、研究背景

超高度、大跨度建(构)筑物，无论在基坑开挖、施工建设过程中，还是在运营管理过程阶段，日照、温差、风力和自振等因素都会引起其动态变形，近年来，施工过程中基坑坍塌、运营期间楼宇倒塌事故等，在全国各地都有发生，这些事故不仅给国家和人民的生命财产造成损失，也给企业造成巨大的信誉和经济损失(如图1、图2所示)。因此必须加强建筑物施工过程中和运营期间的监测，以防事故的发生，对于大型建筑的安全性问题，建设部高度重视，建设部编写的“建筑工程施工过程结构分析与监测技术规范”中明确指出大于200米的超高层建筑在施工中一定要做变形监测和安全评估，工程完工后还要经常对建筑物进行安全监测。

图1 基坑坍塌

图2 楼体整体倒塌事故

本文以国家重点工程中央电视台新台址、国家贸易中心三期等项目为实践对象，研究通过GNSS监测技术进一步完善对基坑、运营期间的建筑物的监测方法，并在监测体出现异常之初就能做出预警报告，最大限度地降低建筑危险事件的发生，以保障人民的生命财产安全。

二、国内监测现状研究

1．监测系统现状

近年来，国内大桥几乎都安装了监测系统，一些超大建筑也安装了结构健康监测系统，如虎门大桥、青马大桥、奥运会主场馆鸟巢等。这些监测系统主要采用精密水准仪、全站仪、GNSS、加速度计等设备对桥梁或建筑物位移进行静态或动态的监测。对我国的大跨度桥梁、国家重点建筑的安全建设和运营发挥了重要作用，但也存在着技术参差不齐、监测精度不高、数据标准一致、各监测子系统分立、结构评估方法能力弱、实时性不高等问题。相比而言，在基坑、建筑物监测方面还处于刚刚起初阶段，需要在工程实践中进行验证。

2．传统方法的弊端

测量系统主要采用全站仪、电子水准仪等设备，综合这些常规的设备，其缺点主要表现在:

1)高度超高300 m以上时，激光发散角变大，全站仪仰角大，无法满足观测。

2)不适合在大风、大雨等恶劣条件下监测，而这种气候条件恰好是重点监测时段。

3)无法进行多点实时和同步测量，也无法进行长时间的连续测量。

4)受大气湍流及大气折光影响，测角、测距精度变低。

5)经济效益差，使用常规设备方法需要大量人力和设备。

因此，为了满足超高建筑、深基坑的安全实时监测要求，必须自主创新，研究新技术、新方法。

三、监测系统介绍

1．建筑物健康监测系统优势

1)测量精度不会随监测点高度的增加而较少;

2)可以进行多点实时同步测量;

3)在台风、暴雨等恶劣环境下仍可进行全天候的连续测量;

4)监测点与基准点之间不需要通视;

5)可以直接获得监测体的三维坐标。

2．监测原理

如图3所示，在需要监测的部位布置监测站，在稳定的区域布置基准站，在监测部位安置天线，每个天线连接一台接收机，接收机安装在柜子中进行防雨防潮保护，接收机24小时通过三维通信模块输出基准站和监测点的数据并发送到监测中心服务器。数据中心服务器的处理软件接收到监测站和基准站的原始数据后，进行基线解算，获取监测站高精度的实时三维坐标，对监测体的形变监测数据进行分析、成图、预警、报表。