GPS测量技术在高层建筑施工设计中的应用

饶 莲 乌鲁木齐职业大学讲师

全球定位系统（Global Positioning System，GPS），属于实用性较强的定位系统，由接收机、监控站及空间卫星等组成，对全球范围用户信息加以了解的同时可以提供精度较高的三维坐标。测量高层建筑时应用GPS 测量技术，处理效果较好，有助于确保测量数据的精确性。

1 GPS测量技术概述

1.1 GPS测量技术的特点

1.1.1 精度高特点

采用GPS 测量技术，不会受到天气因素、环境因素的影响，可在较短时间获得相关建筑坐标信息，确保获取相关信息的准确性[1]。

1.1.2 节省时间特点

采用GPS 测量技术，不需与测站间通视就可以确定坐标点，能有效节省时间。

1.1.3 测量时间短特点

采用GPS 测量技术，一般测量时间在25 min 左右，动态定位数秒即可完成，利于减少实际测量时间。

1.1.4 操作简便特点

采用GPS 测量技术，测量天线高，设置开机相关参数，就可以实现自主测量、记录的效果。

1.1.5 GPS卫星数量多

GPS 卫星的数量较多，而且可达到分布均匀的要求，使得建筑信息测量不会受到外界因素的影响。

1.2 GPS测量技术工作原理

20 世纪70 年代国外研制了卫星导向定位系统，可做好用户设备、地面监测站及空间卫星等衔接工作，将GPS 技术应用于军事领域的效果较佳[2]。以卫星高速运转瞬间位置为主，将其当作起算数据、借助空间距离交汇方法的作用，及时获取相关待测电三维坐标数据信息。此外，参照全球定位系统测量规范、国家相关标准以及全球系统城市测量技术规范等，合理运用该项技术，发挥其最大的应用价值。

1.3 主要测量任务

业主、施工企业或上级部门需下达相关技术文件，如测量合同及任务，作为非常强的指令存在明确的测量要求，对于密度、精度及任务范围等均提出具体规定，同时对资料上交时间、任务完成指标均需提出相关规定。高层建筑施工过程中应用GPS测量技术，能结合测量任务书内容明确经济、精度、密度等相关指标和情况，再结合现场勘探工作、规程内容，详细说明不同位置点连接方法、测量评论及时间等，从而使得测量数据的精度得到有效保障。

2 GPS测量技术在高层建筑施工设计中的应用关键点

2.1 图形设计关键点

利用GPS 测量技术进行高层建筑图形设计时，需要考虑建筑施工的具体需要、测量经费、时间、接受设备和设备数量等相关情况。当前，GPS 图形设计涉及三角形、环形及混合形等，可以确保集合的强度、降低测量工作量。高层建筑施工测量中GPS 网图形主要应用的是三角形网，原因是三角形网由三角形边、非同步独立观测边所构成，在可靠性及结构性方面优势突出。

但是三角形网观测工作量非常大，特别是在接收机数量较少的条件下，观测时间加长、观测量加大。如果条件允许，建议使用混合网，因为混合网可确保网几何强度、提高网的可靠性，并且能有效降低外作业的工作量和成本，维护建设企业的经济效益。环形网由多个存在多条独立观测边的闭合环构成，环形网与静电大地测量导线网比较相近，结构强度小于三角形结构强度。环形网主要优势是观测量小、可以自检，但是非直接观测基线边精度，观测边低且临近点基线精度无法达到均匀分布的要求。

需要注意的是，附合线路环形网两端点间向量精度高，而且附合线路涉及基线边数，不能超出限值。星形网几何图形比较简单，能够对边间加以观测，而且不会构成闭合图形，但是检验、观测粗差能力不佳。星形网需使用2 台仪器作业，测定点位坐标WGS-84，各点坐标均需进行参数转换处理。

与此同时，GPS 测量基准点布置期间不易遭受建筑物内、外位置因素的影响，测量网连接形式多元化，如点、网、边、点边混合等连接形式[3-4]。实行图形设计相关需要注意准确把握常规测量需要，尤其是在测量点布置的过程中，应考虑测量点通视性、测量位置通视性，确保不同测量点通视方向数量≥3 个。

此外，应以原城市坐标系统为核心，严格控制工作量，利用不同的测量网点，这个过程可借助GPS 测量网布置、非同步独立观测技术的作用处理，从而形成闭环网和附合线路。另外，GPS 测量能获取GPS基线向量，要求在进行GPS 网技术设计的过程中应用坐标系统、起算数据确定GPS网基准。

2.2 精度设计关键点

精度作为GPS 测量技术设计的主要指标，设计值大小关系到设计计划布置、实施效果。针对此，要求在高层建筑施工过程中结合实际需要、经济指标，进行精度设计，找到GPS 弦长的误差，再以σ表示GPS 基线等效距离误差/弦长误差（mm），以a、b、d 分别表示GPS 极限进度固定误差（mm）、GPS 接收机误差（ppm·D）、相邻点距离（km）。一般条件下，高层建筑GPS 测量时相邻点距离保持＜0.18 km。

2.3 GPS网基准设计关键点

高层建筑施工时需遵循国家坐标系/地方独立坐标系进行测量，以便获取测量过程基线向量。针对此，要求进行GPS 网技术设计阶段确定坐标系统、收集起算数据，GPS 基准由尺度、方位、位置等构成，实际设计时及时找到网位置中存在的基准问题。另外，选取不同地方控制点、起算数据时，应作以坐标转变及时计算出GPS地面坐标系坐标。一般需结合被测地区地形结构控制点分布状况，将联测点控制在3个以内，GPS 网重合原城市等级控制网点/国家电网，建议以长方形表示，以确保坐标更加均匀、降低误差[5]。

3 GPS测量技术在高层建筑施工中的应用要点

以某大厦为例，总建筑面积在50 万m2左右，塔楼面积在30 万m2左右，地上、地下层数分别为160、4 层，高度约为700 m。建筑工程将酒店、商务、住宅、娱乐和购物等融为一体，为获得最佳建筑预期应用效果，使用平面为Y 形结构。结构体系为钢筋混凝土束筒结构、钢结构束筒结构，尤其为钢筋混凝土束筒结构，建筑高度不断增长，为螺旋收分的状态，建筑抗风性能较好。

通过对该高层建筑工程测量难点进行分析，发现存在以下测量难点：①塔楼结构为高、纤细的状态，调查发现，温度增加8 ℃左右、塔楼混凝土结构5 h 偏移12 cm，即偏移2.2 cm/h 左右，而这也是造成测量误差的基本原因，无法确保测量的准确性；②测量工作量非常大，为防止工期发生延误问题，可使用液压自动爬升模板进行施工，布置220 个参照点，提高内控法测量的性能。这说明通过开发工程测量系统能达到参照点布设要求，准确测量建筑相关数据信息，防止受到环境因素的影响。

该高层建筑施工场地占地面积较大、视野较佳，通过外控的方式进行平面控制传递处理。楼层数量不断增长，塔楼会在多方面因素下产生偏移问题，这时则不能确保测量的进度。但如果楼层超过20 层，因受到模板系统因素影响，使得现场参照点观察难度加大，尤其为通视恶化情况下不建议使用外控法处理。这个过程可使用GPS 技术定位、测量控制点位置，从而为测量放样工作打下良好的基础。究其原因，与使用GPS 测量技术进行精准测量有关，有利于对相关控制点进行修正处理，及时获得准确的测量数据，确定基础空间坐标，再制定相应的测量方案。并且根据国家、测绘行业相关标准，在高层建筑施工定位测量中运用GPS 测量技术，有助于使得工程各道工序顺利实施，建议在部分楼层实行基准传递，对常规测量方法结果加以校核处理，以便符合建设企业相关标准[6-7]。

4 结语

高层建筑施工阶段采用GPS 测量技术非常关键，可充分发挥出该项技术的优势，如精度高、节省时间、操作简便、GPS 卫星数量多等。针对此，建议在高层建筑施工中应用GPS 测量技术，进行图形设计、精度设计、GPS 网基准设计等，旨在有效改善以往测量技术的不足，发挥出该项技术的最大应用作用。