GPS技術在超高層建筑施工監(jiān)測中的應用

長春萬科物業(yè)服務有限公司 于 杰

目前，超高層建筑的發(fā)展呈良好態(tài)勢，在國內涌現(xiàn)了以臺北101大樓、上海金茂大廈、廣州西塔、廣州電視觀光塔為代表的超高地標性建筑。在國外，阿聯(lián)酋港口城市迪拜全力打造的摩天大樓“迪拜塔”，設計高度為700m，為目前世界第一高樓(如圖1所示)。超高層建筑物的建設屬于特高等級精密工程的范疇，而與之相關的測量體系是其施工保障的關鍵前提[1]。超高層建筑顯著的特點就是絕對高度高，一般建筑工程施工測量中利用經(jīng)緯儀技術建立施工控制網(wǎng)的常規(guī)方法，將因高度過高，照準仰角過大引起測量誤差影響偏大而無法采用，必須尋找嚴密可靠的施工測量方法和施工監(jiān)測方法。

圖1 迪拜大廈

1.超高層建筑的特點

超高層建筑施工測量利用垂準儀將施工測量基準豎直向上傳遞(如圖2所示)，隨著塔體的升高，日照、地球自轉、風力、溫差等多種動態(tài)因素的影響將逐漸加強，據(jù)相關研究，塔體處于偏擺運動狀態(tài)。塔體將圍繞塔體主垂線，以日為周期沿準橢圓做周期性運動，且高度越高，橢圓越大；風力對塔體影響的規(guī)律為沿風向做前后擺動(如圖3所示)，振幅隨高度和風力的變化而變化。

圖2 激光投點示意圖

圖3 動態(tài)先進性對投點的影響

施工測量采用分段控制的方法，設立轉換層，轉換層之間的距離大約在40-50m，利用激光垂準儀將施工基準向上傳遞(如圖4所示)。

圖4 轉換層示意圖

激光垂準儀旋轉4個方向，可以在一定程度上消除系統(tǒng)誤差的影響，并且施工測量會針對所投點位進行邊長和角度檢查(如圖5所示)，此檢查屬于內符合檢核。鑒于工程的精密性及嚴密性，利用GPS法進行外符合檢核是十分必要的，而穩(wěn)定的外圍測量基準是外符合檢核及基準恢復的關鍵前提。

圖5 利用全站儀檢測控制網(wǎng)連長、角度關系

2.GPS技術在施工監(jiān)測中發(fā)揮的作用

GPS作為一種全新的現(xiàn)代空間定位技術，已逐漸替代了常規(guī)光學和電子測量儀器。進入90年代以后，GPS與現(xiàn)代通信技術的結合，在空間定位技術方面引起了革命性的變化，GPS具有速度快、全天候、自動化程度高、測站間無需通視、可同時測定點的三維位移等優(yōu)點，將其應用于超高層建筑施工監(jiān)測是精密工程測量的重大創(chuàng)舉。

2.1 高精度測量基準的建立及維護

高精度、高質量測量基準的建立與維護是開展施工監(jiān)測的前提。布置平面基準控制網(wǎng)的目的是為了在建設工程項目開展期間作為整個測量工作的基準點。當建筑物各區(qū)域因施工造成阻斷間隔時，利用GPS技術直接向各區(qū)域提供起算依據(jù)，在一定程度上可保證測量基準的統(tǒng)一。

以某一超高層建筑為例，A點、B點、C點為工作基點，布設在建筑物周邊，通視條件好，并且容易保存，一般為樓頂點，IA點、IB點、IC點為基準點，遠離施工區(qū)域，穩(wěn)定性較好(如圖6所示)。在A點、B點、C點、IA點、IB點、IC點架設GPS接收機，以IA點、IB點、IC點為起算，解算A點、B點、C點的平面坐標，從坐標差異、邊長較差分析A點、B點、C點的穩(wěn)定性及兼容性。

表1 計算坐標與首期成果較差值/m

表2 計算邊長與首期成果較差值/m

圖6 平面基準網(wǎng)布設網(wǎng)圖

從表1中分析，A點較差值為1mm；B點、C點較差值為3mm；從表2分析，A-B、B-C、A-C的邊長變化較小，綜合考慮測量誤差的因素，A、B、C3點的兼容性和穩(wěn)定性良好，可以作為施工測量和施工監(jiān)測測量基準。

2.2 GPS法外符合檢核

將轉換層控制點投遞至鋼平臺，在鋼平臺標志處架設GPS接收機(見圖7)，與塔體外圍控制點A點、B點、C點進行聯(lián)測，計算未知點的平面坐標，以外圍基準點作為約束起算點，解算施工控制點的平面坐標，并將解算成果與設計值進行較差分析，如果差值較小，則說明所聯(lián)測的控制點傳遞準確；如果差值較大，則說明某些點位傳遞出現(xiàn)較大偏差，應重新進行投點。

圖7 基準點布設網(wǎng)圖

3.結語

施工測量采用分段控制方法，設立轉換層，在激光垂準儀將施工控制點向上傳遞的過程中，點位的精確性對于施工測量質量具有決定性意義。超高層建筑施工監(jiān)測屬于特高等級精密工程測量范疇，高質量、高精度測量基準和精確施工控制點是施工測量和監(jiān)測的關鍵，將GPS技術融入超高層建筑施工監(jiān)測是精密工程測量的重大創(chuàng)舉，應用前景廣闊。

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