高层建筑物变形监测技术与数据分析

张勇

摘 要：近年来我国现代化进程不断加快，建筑事业飞速发展。高层建筑物越来越多的出现在城市中。为了保证建筑物的正常运行和使用，避免因建筑物损伤造成经济损失以及人员伤亡，需要通过对建筑物进行变形监测而获得变形数据，对数据进行分析从而判断建筑物的安全性。

关键词：高层建筑物；变形观测；水准测量

中图分类号：TU196+1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0159-02

Abstract： In recent years， the process of modernization in China has been accelerating， and the construction industry has been developing rapidly. More and more high-rise buildings have appeared in cities. In order to ensure the normal operation and use of buildings and avoid economic losses and casualties caused by building damage， it is necessary to obtain deformation data through deformation monitoring of buildings. The data are analyzed to determine the safety of the building.

Keywords： high-rise buildings； deformation observation； level measure

1 高层建筑物变形监测的意义

随着我国经济的飞速发展，土地成为稀缺资源，土地价格迅速上涨，“地王”不断出现。为提高土地利用率，建筑物的高度逐渐上升，地标性高层建筑物如雨后春笋般地出现在我们的视野里。高层建筑物因荷载较大，高度较高，更容易受到外部因素影响，建筑物产生不均匀的沉降的可能性加大。如果建筑物的不均匀沉降超过允许值，就会影响建筑物的使用，是指引发灾害，导致建筑物报废，造成生命安全和财产损失。为了监测建筑物的安全性能，必须对高层建筑进行变形监测，以便及时掌握高层建筑物的形态变化，这对建筑物的安全监控具有重要意义。

2 高层建筑物变形监测发展趋势

由于监测的特殊性，每次建筑物的變形监测过程中不允许中断，监测仪器要求也越来越高，而且各项监测数据要及时可靠又能实时采集，传统的测量方法、测量设备和数据分析方法已经无法满足当前的建筑物监测需求。监测技术由传统的点、线监测模式逐步向点、线、面结合的空间立体监测模式转变，由人工跟踪监测向全自动监测转变。在数据分析方面，各种模型的引入，弥补了传统的数据分析模型，使建筑物各个应力变化鲜明的表现出来。

随着对建筑物安全性要求的提高，业主方对变形监测的精度要求也在不断提高，推动着变形监测技术也在不断向前发展。1990年代以前，变形监测以采用常规地面测量方法为主，以倾斜测量、准直测量和应变测量等方法为辅。这些监测方法测量过程简单、能够实现自动化测量，但是无法反映出建筑物整体的变形信息。2000年以来，近景摄影测量，尤其是数字摄影测量技术在变形监测中开始应用，其监测精度可达到mm级，在高层建筑物及滑坡等变形监测中都有成功范例。GPS在山体滑坡、水库大坝、采矿区地面塌陷和地壳形变等的监测上，也得到广泛应用。同时，3S技术的相互集成融合逐步成熟，从技术上为研究和分析形变信息之间的相互作用提供了支撑。因此，基于3S融合的变形监测系统，是变形监测技术的一个重要研究方向。另外，测量机器人正成为高层建筑物自动化变形监测的首选设备。

3 变形监测数据分析

变形观测的最终目的是对可靠详尽的变形数据进行分析，判断建筑物的安全性。因此，对于大量的零乱的原始观测数据，必须先进行数据处理。通过平差处理，进一步削除偶然误差，剔除系统误差。对处理后的数据进行分析，判断建筑物是否发生变形，建立起变形与时间、质量、风速、日照等因素之间的关系，以采取适当的措施控制建筑物的变形发展。

3.1 观测数据处理

每次观测结束后，依据测量误差理论和统计检验理论对预处理后的原始数据利用电脑Excel表格计算处理，计算监测点的沉降量累积和高程计算。各监测点与本点首次观测时的沉降量Δh之间的关系式为：Δh=H1-Hi。

式中：H1表示监测点首次观测高程；Hi表示该监测点本次（i次）观测高程。

监测点的变动分析是基于以稳定的基准点作为起始点而进行的计算。分析处理后可以比较出监测点的沉降趋势，当有监测点变形量出现异常变化时，既要分析观测本身是否错误，也要及时对基准点的稳定性进行监测分析，结合现场巡视，全面的总结沉降原因，确定是否真实变形。必要时根据格拉布斯数值表舍弃一些误差较大的观测值。

3.2 监测点的沉降量

根据沉降观测规范，某点的下沉速度可按下式计算：

V=（Hi-Hi-1）/ΔD

式中：Hi、Hi-1分别表示i次和i-1次观测e点的下沉值；ΔD 表示两次观测的间隔天数。

当最后100天，沉降速率V<0.01～0.04mm/d时，根据《建筑变形测量规范》规定，可以认为该建筑物的沉降进入了稳定阶段。

3.3 沉降监测表以及沉降量时间折线图

以监测时间段为x轴，以沉降变化量为y轴建立直角坐标系，绘制监测点沉降量与时间关系变化曲线图并计算监测点最后100d的沉降速率，判定监测点是否达到稳定状态（如表1，表2，图1）。

8号楼12层，高度35.2米，钢筋混凝土筏板基础；8号楼共布置了4个沉降观测点，1#～4#。

8号楼在2013.12.24最后观测时，有效观测点4个，最大下沉-6.2mm（1#点），最小下沉-0.4mm（3#点），4个点的平均值为S3平均=-3.55mm；最大下沉量和平均下沉量均小于变形观测的预警值（100mm）。

2013.9.8～2013.12.24 最后两期期观测时，平均下沉速度为：0.0018mm/d；最后两期时间间隔为107天，根据《建筑变形测量规程》第5.5.5条规定，当最后100天，沉降速率V<0.01～0.04mm/d时，可以認为已进入稳定阶段。

8号楼南侧平均下沉为：S3南平均=-2.71mm；北侧平均下沉为：S3北平均=-1.96mm。南北下沉较差：0.75mm。基础在南北方向平均倾斜0.75mm/13.5m=0.0006，小于《建筑地基基础设计规程》GB50007-2002，第5.3.4建筑物地基变形允许值0.002的要求。

8号楼的下沉表现为：总体下沉合理，南北方向倾斜为：0.0006，倾斜值远较小规范要求。最后二期观测的下沉速度都小于0.01mm/d。根据《建筑变形测量规程》第5.5.5条规定，可以认为已进入稳定阶段。根据下沉量、下沉速度与倾斜度观测结果和下沉曲线综合分析认为：楼体平稳，建设合理，进入稳定期。

4 结束语

本文以数学方法与工程实例相结合的方式，介绍了变形监测技术的发展趋势，通过对8号楼进行了12次、长达287天的沉降观测，获得了该建筑物的沉降数据，对数据进行平差处理后进行了数据分析，绘制沉降曲线，总结建筑物的沉降规律。

参考文献：

[1]侯建国，王腾军.变形监测理论与应用[M].北京：测绘出版社，2008.

[2]黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[3]黄振杰.高层建筑物沉降监测点的布设[J].测绘通报，2000（2）：25-27.

[4]张前勇，杨光培.高层建筑物变形监测与预测[J].湖北民族学院学报（自然科学版），2006，24（4）：400-403.

[5]花向红，邹进贵.高层建筑沉降监测技术及应用研究[J].矿山测量，2002（1）：16-18.