超高层建筑第三方测量关键技术研究

超高层建筑第三方测量关键技术研究

刘洋

(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州510060)

摘要：以广州市利通广场第三方测量为研究对象，运用超高层建筑精密工程测量知识，综合采用GPS、测量机器人、激光垂准仪等多种先进设备，制定严密的超高层建筑控制网竖向传递复测方案,确立方便可行的轴线检测、高程检测及核心筒垂直度测量方法，为超高层建筑第三方测量提供新思路，对类似工程具有借鉴作用。

关键词：超高层建筑；第三方测量；竖向传递；轴线检核

中图分类号：P208

收稿日期：2015-02-02

作者简介：刘洋(1981-)，男，高级工程师，博士.

Key techniques of third-party surveying for super-high-rise buildings

LIU Yang

(Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

Abstract：It presents the key techniques of the third-party surveying for Litong plaza in Guangzhou City，of which is targeted on the super-high-rise building.It adopts a combination of variety of advanced equipments，including GPS，surveying robots and laser vertical collimators，to develop the correct and tight programs for vertical transmission of plane control networks，axis detection，elevation detection and core tube vertical testing.This paper will provide a new idea for the third-party surveying for super-high-rise buildings，and have a good reference for similar projects.

Key words：super-high-rise building of third-party surveying；vertical transmission;axis detection

广州利通广场(见图1)项目位于广州珠江新城核心商务区，是一栋按国际主流标准建造的超甲级写字楼，总建筑面积约16.1万m2，建筑高度为302.7 m，属于超高层建筑。本工程地上58层，地下5层。对主体工程的施工质量有很高的要求，尤其是工程全高竖向垂直度相对偏差要求不得大于H/1 000且绝对偏差不得大于±30 mm。项目属于特高等级精密工程测量范畴。

诸如利通广场等超高层建筑由于相对高度太高，一般的建筑工程施工测量中利用全站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不能采用，必须采用严密的技术方案和特殊仪器设备，才能有效避免不利因素的影响。

图1　广州利通广场

为此，针对利通广场项目特点，制定了严密的超高层建筑控制网竖向传递复测方案，确立了方便可行的轴线检测、高程检测、核心筒垂直度测量方法，内容包括平面基准控制网测量、竖向施工控制网复测、轴线定位、高程校核测量、核心筒剪力墙垂直度测量等5大内容，从而为超高层建筑第三方测量提供了新的思路，对类似工程具有良好的借鉴作用。

1测绘基准及精度设计

利通广场第三方测量采用的平面坐标系统与施工坐标系统一致，投影面椭球参数、中央子午线和坐标加常数与广州市平面坐标相同，高程系统采用广州高程系统，以II地0~5(锦汉车站基岩点)的广州高程为高程起算点。

工程全高竖向垂直度相对偏差要求不得大于H/1 000,且绝对偏差不得大于±30 mm。对于利通广场而言，全高垂直度不得大于±30 mm。其他精度要求参照《高层建筑混泥土结构技术规程》、《建筑变形测量规范》和《工程测量规范》等设计，如表1所示。

2平面基准控制网测量及竖向施工控制网复测

2.1　平面基准控制网测量

第三方测量的平面控制网的布设与施工控制网基准一致，在场地周边布置4个平面控制点(均位于远离工地的牢固建筑物楼顶)，当建筑物各区域因施工造成间隔时，利用GPS技术根据基准控制点直接向各区域提供起算依据，在一定程度上保证测量基准的统一。基于《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ73—97)选择平面GPS控制点，如图2所示。

图2　GPS选点示意图

平面基准控制网的观测采用GPS，按照《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ73-97)一级网精度要求，进行静态观测。首次观测将4个平面基准点和3个施工控制网点进行联测(见图3)，其他次的基准控制网观测直接在4个基准点进行(见图4)。

基线向量结算采用Topcon公司的Pinnacle后处理软件解算，如果某颗卫星的数据质量不好，剔除该卫星计算基线时，PDOP值不能超过6；求解基线向量时，可将先验rms值放宽到2 cm，并且要采用双差固定解。同步环坐标分量闭合差应小于9 ppm，其环线全长相对闭合差应小于15 ppm。平差计算采用上海同济大学TGPPS软件分两步进行：先在WGS-84坐标系中固定一点的WGS-84坐标进行三维无约束平差，然后在独立施工坐标系统中进行约束平差计算。

2.2　竖向施工控制网复测

根据利通广场建筑项目平面规模，布置4个控制点组成独立网指导施工测量。4个点位设置如图5所示。施工控制网由M1,M2,M3,M4组成，在15层—30层—45层转换，设置测量中转控制点。所有楼层剪力墙、钢结构施工放样均采用以上施工控制网。

图5　楼层平面控制网布置图

控制网复测的整体步骤是：直接利用激光垂准仪进行投点，将首层施工控制网分别引测到15层，将15层施工控制网引测到30层，将30层施工控制网引测到45层。在投点完毕后，分别利用全站仪法和GPS法对控制网进行复测。其中全站仪法能从内符合角度检测控制网，而GPS法是从外符合角度直接测定控制网绝对坐标。这两种方法相互补充，共同达到检核目的。

图6　全站仪法复测控制网流程

内符合复测合格标准：根据利通广场垂直度要求，总体偏差不大于30 mm，施工控制网分4个独立区间进行传递，每段转换平台的施工控制网的点位中误差m≤7.5 mm。

投点外符合复测的思路是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，与利通广场外围4个基准控制点进行联测，根据外面固定的4个平面基准点，推算施工控制网点的坐标，将计算值与设计值进行比较，检核施工控制网的稳定性和一致性。

将4个平面基准点和3个投递至钢平台的施工控制网点进行联测。观测网图与图3一样，GPS观测按照一级网精度要求，采用静态观测，观测技术指标、基线解算与基准控制网一样。

3轴线定位测量及高程校核测量

3.1　轴线定位测量

轴线定位测量方法如下：控制点竖向传递投点；楼层精密导线布设和观测；碎部点观测。控制点竖向传递采用激光垂准仪投点。

建筑物的轴线测量采用测量机器人TCA2003进行，竖向轴线1，2，3，4和横向轴线A，B，C，D的轴线点每个柱子至少量测4个点，如图7、图8所示，拟合圆心位置，从而精确获得轴线中心。轴线特征信息如表2所示。

3.2　高程校核测量

高程检测是第三方测量的重要内容之一，高程检测的目的有两点：一是纵向检核施工放样的精度；二是由于建筑材料存在伸缩性，随着楼层的升高，载体的重量不断增加，结构压缩效应对超高层

表2　轴线特征信息统计　　mm

建筑的影响不容小视，高程检核可以宏观分析楼体的压缩量。利通广场主体结构标高302.7 m，按照《高层建筑混泥土结构技术规程》(JGJ3—2002)要求，标高的允许偏差应符合下面规定：每层标高的竖向传递允许偏差为±3 mm；全高竖向传递允许偏差为±30 mm。

标高的竖向传递，采用全站仪测距法将首层M1,M2,M3,M4控制点高程向上引测，且利用高精度全站仪+水准仪能快速、准确测定高差。当3个点的标高差值小于3 mm时，应取其平均值；否则应重新引测。高程检测每升高5层复测一次。高程校核测量结果如表3所示，高程偏差值均小于5 cm，达到检核要求。

表3　高程检测结果统计　m

4核心筒垂直度测量

核心筒垂直度测量与轴线定位测量方法相同,包括：控制点竖向传递投点；楼层精密导线布设和观测；碎部点观测。从首层起，每上升5层进行一次垂直度测量。把最近转换层(包括首层)内筒的4个控制点中任意3个投到分段区间内各层，检查边长和角度无误后，利用任意通视两个控制点组成闭合导线，根据需要布设支导线。核心筒测量点位布设如图9所示；垂直度测量碎部点图如图10所示。

图9　核心筒测量点位布设示意图

图10　垂直度测量碎部点图

图11　垂直度求取示意图

首先由采集的碎部点按照最小二乘法拟合直线(见图11)，图中蓝色线是设计线，红色线是拟合直线。对核心筒4条边分别拟合(红色线)，延长相交可以求出4个顶点的坐标，把4个顶点坐标与设计线(蓝色线)延长线的4个顶点坐标相比较，按静力矩法计算该层(如第j层)实测中心与设计中心的坐标偏差Δxj，Δyj和偏心差Sj，进一步可计算相对垂直度kj和第j层的总垂直度Kj。其计算式如下：

式中:dxi,dyi为第j层第i点的检测坐标与设计坐标之差，hj为j层楼高，Hj为j层相对于地面的总高度。如表4所示，获取实测中心与设计中心的坐标偏差Δxj,Δyj和偏心差Sj，x方向偏差最大值为9.00 mm,最小值为0.50 mm,平均值为4.15 mm,y方向偏差最大值为7.50 mm, 最小值为0.0 mm，平均值为2.81 mm；整体垂直度最大值为1/3 011，最小值为1/70 199。上述数据为建筑施工质量验收提供有力的数据支持。

表4　核心筒垂直度统计

5结束语

超高层建筑第三方测量涵盖基准控制网测量、竖向施工控制网复测、轴线定位、高程校核测量、核心筒剪力墙垂直度测量等项内容，对成果的精度指标及严密可靠性提出了很高的要求。本文采用GPS、测量机器人、激光垂准仪等多种先进测量设备观测，各种手段的测量成果相互校核、互为补充，制定了正确严密的超高层建筑控制网竖向传递复测方案，确立了方便可行的轴线检测、高程检测、核心筒垂直度测量方法，为超高层建筑电梯安装、装修施工提供了参考依据，为超高层建筑第三方测量提供了新的思路，对类似工程具有良好的借鉴作用。

参考文献：

[1]莫南明,过静珺,张胜良,等.CCTV 主楼施工变形监测技术应用研究[J].测绘工程，2007,16(5):48-52.

[2]赵小阳.联合多种方法检定超高层建筑物平面控制网转换精度[J].工程勘察，2012(3):79-81.

[3]潘家宝，戴吾蛟.Kriging Kalman滤波在变形监测中的应用[J].测绘工程，2014，23(3):46-49.

[4]王旭，刘文生，王昶.基于小波阈值法去噪的建筑物变形监测数据处理[J].测绘工程，2011，20(1):44-46.

[5]肖海威，秦亮军，刘洋.广州新光大桥变形监测控制网试验[J].测绘工程，2010，19(5):71-80.

[6]刁建鹏，黄声享.CCTV新台址主楼的倾斜变形特性研究[J].测绘工程,2010，19(2):42-44.

[7]刁建鹏，黄声享.CCTV新台址主楼变形监测分析[J].测绘工程，2009，18 (5):63-65.

[8]方毅，花向红，李海英，等.灰色神经网络模型在建筑物变形预报中的应用[J].测绘工程,2008,17(2):51-57.

[9]朱继文，卢廷军，张贺.三维前方交会在大型金属网架结构中的应用[J].测绘工程,2008,17(3):40-42.

[10]崔旭升，李法理，麻德明，等.基于全站仪交会的变形监测方法的应用研究[J].测绘工程,2007，16(5):20-22.

[11]孙景领，黄腾，邓标.TCA2003全站仪自动识别系统ATR的实测三维精度分析[J].测绘工程,2007，16(5):20-22.

[12]伊晓东.GPS用于强风引起的超高层建筑物位移测量研究[J].测绘通报,2009(3):9-11.

[13]蒋利龙.测量机器人用于超高层建筑竖向投测的可行性[J].测绘科学,2010，35(1):24-25.

[14]赵小阳,刘业光.超高层建筑平面控制网竖向传递实践与研究[J].测绘信息与工程，2012(2):28-29.

[15]王天应.超高层建筑轴线计算方法探讨[J].城市勘测,2012(2)：141-143.

[16]殷文彦,黄声享,刁建鹏.超高层倾斜建筑周日变形监测数据分析[J].测绘信息与工程，2008,33(2):19-21.南明,过静珺,张胜良,等.CCTV 主楼施工变形监测技术应用研究[J].测绘工程，2007,16(5):48-52.

[2]赵小阳.联合多种方法检定超高层建筑物平面控制网转换精度[J].工程勘察，2012(3):79-81.

[3]潘家宝，戴吾蛟.Kriging Kalman滤波在变形监测中的应用[J].测绘工程，2014，23(3):46-49.

[4]王旭，刘文生，王昶.基于小波阈值法去噪的建筑物变形监测数据处理[J].测绘工程，2011，20(1):44-46.

[5]肖海威，秦亮军，刘洋.广州新光大桥变形监测控制网试验[J].测绘工程，2010，19(5):71-80.

[6]刁建鹏，黄声享.CCTV新台址主楼的倾斜变形特性研究[J].测绘工程,2010，19(2):42-44.

[7]刁建鹏，黄声享.CCTV新台址主楼变形监测分析[J].测绘工程，2009，18 (5):63-65.

[8]方毅，花向红，李海英，等.灰色神经网络模型在建筑物变形预报中的应用[J].测绘工程,2008,17(2):51-57.

[9]朱继文，卢廷军，张贺.三维前方交会在大型金属网架结构中的应用[J].测绘工程,2008,17(3):40-42.

[10]崔旭升，李法理，麻德明，等.基于全站仪交会的变形监测方法的应用研究[J].测绘工程,2007，16(5):20-22.

[11]孙景领，黄腾，邓标.TCA2003全站仪自动识别系统ATR的实测三维精度分析[J].测绘工程,2007，16(5):20-22.

[12]伊晓东.GPS用于强风引起的超高层建筑物位移测量研究[J].测绘通报,2009(3):9-11.

[13]蒋利龙.测量机器人用于超高层建筑竖向投测的可行性[J].测绘科学,2010，35(1):24-25.

[14]赵小阳,刘业光.超高层建筑平面控制网竖向传递实践与研究[J].测绘信息与工程，2012(2):28-29.

[15]王天应.超高层建筑轴线计算方法探讨[J].城市勘测,2012(2)：141-143.

[16]殷文彦,黄声享,刁建鹏.超高层倾斜建筑周日变形监测数据分析[J].测绘信息与工程，2008,33(2):19-21.

[责任编辑：刘文霞]