GPS在高層建筑變形監(jiān)測中的應用

摘 要：當前，隨著建筑高度的不斷被刷新，建筑物的變形監(jiān)測工作也得到了高度重視，隨著科學技術的不斷進步，變形監(jiān)測技術也在不斷地發(fā)展。GPS以其精度高、速度快、全天候作業(yè)、自動化程度高、測站間無需通視、可同時測定三維坐標等諸多優(yōu)點使其在各領域得以廣泛應用。本文在論述GPS理論的基礎上，通過實例闡述了GPS應用于高層建筑物的監(jiān)測，根據(jù)一系列外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和處理，得出一些較為實用的結論。

關鍵詞：GPS 變形監(jiān)測 高層建筑

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2017）01-0056-02

1 引言

GPS之所以能夠在各領域中得以廣泛使用還得歸功于其具備全球性、全天候性和連續(xù)且精密的三維導航及定位能力，同時還具有相對良好的抗干擾性與保密性等，具體有：（1）點位之間無需通視；（2）定位精度高；（3）觀測時間短；（4）提供三維坐標；（5）操作簡便；（6）全天候作業(yè)。

總之，GPS技術不僅能滿足高精度、高可靠性的變形監(jiān)測要求，還有利于實現(xiàn)變形監(jiān)測工作的實時化和自動化。因此，GPS定位技術已逐步成為變形監(jiān)測的新方法和有效手段，尤其在建筑物變成觀測工作中發(fā)揮了重要作用。

2 高層建筑物整體形變的檢測與分析

2.1工程概況

高層建筑物的變形特征，如沉降、傾斜、水平位移等，可通過監(jiān)測面的空間姿態(tài)變化表現(xiàn)出來，因此應用刻畫監(jiān)測面的剛性運動狀態(tài)的模型，可全面客觀地表達出建筑物的整體形變狀態(tài)，為變形分析與預測提供重要數(shù)據(jù)和科學依據(jù)。本工程要進行監(jiān)測的大廈為南通中南集團開發(fā)的金石國際大酒店，主樓地面44層，地上總高度179.7m，酒店為鋼筋混凝土框架結構；工程場地南面為寬35m的大街，其它三面多為2～4層建筑物。按要求，在酒店竣工后需要進行兩年的變形監(jiān)測。

2.2 監(jiān)測方案

2.2.1 基準點的建立

基準點在點位布設上，要有足夠的穩(wěn)定性，具備一定的檢核條件和滿足一定的觀測精度。離金石國際大酒店場地約450m的位置有一個三等水準點，以此作為基準點，在馬路南邊的空地上，按四等水準測量的精度指標測設了一個水準點S，作為基礎監(jiān)測面的高程基準。根據(jù)沉降觀測的要求，基準點S應在金石國際大酒店變形影響范圍以之外，且易于觀測、便于保存。監(jiān)測工作共進行3次，分別在金石國際大酒店施工的初期、中期和竣工后。因缺少原有平面控制點，故利用GPS網(wǎng)在金石國際大酒店附近觀測條件較好的地方（馬路邊上和一座2層沿街樓上）建立了兩個基準點A、B，它們的高程由水準測量確定。

2.2.2 設置監(jiān)測點

監(jiān)測點應選在能直觀反映建筑物沉降情況的部位，如建筑物四角沉降縫兩側、荷載有變化的部位、大型設備基礎、柱子基礎和地質條件變化處等。在金石國際大酒店地面上第一層的各主要柱上，按一定間距和密度布設了18個監(jiān)測點，組成基礎監(jiān)測面I；由于周圍的遮擋物較多，影響GPS信號的接收，故采用導線測量和水準測量的方法確定監(jiān)測點的坐標和高程。在該酒店主體工程竣工后，在金石國際大酒店的第44層布設2個GPS監(jiān)測點，組成樓體監(jiān)測面II。具體監(jiān)測方案見圖1。

2.2.3 觀測方案

該酒店每上升兩層就對監(jiān)測面I進行一期的監(jiān)測工作，酒店主體工程竣工后，在做第一期監(jiān)測面II的監(jiān)測工作時，已做了23期監(jiān)測面I的監(jiān)測同第一期監(jiān)督面II監(jiān)測為同一時間。酒店竣工后對監(jiān)測面I、II又進行了17期監(jiān)測，前期每月做一次監(jiān)測工作，以后每半年檢測一次，觀測時間選在一天的同一時間段。表1列出了基礎監(jiān)測面的I的18個監(jiān)測點第23期到第40期間的坐標變化值，表2列出了整體形變監(jiān)測面II的2個點第1、12、17的坐標值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

若基礎監(jiān)測面I的中心坐標差較大，采用變形模型計算轉軸矢量和轉角繪圖時，應充分考慮基礎監(jiān)測面幾何中心的位置。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，基礎監(jiān)測面I第23期與40期時間段內的重心坐標差為：

計算結果表明，基礎監(jiān)測面（酒店底部）的幾何中心在這期只有約-3.3mm（為和的平均值）的水平位移和約-11.55mm的沉降，因此基礎監(jiān)測面重心的微小變化在繪圖時可忽略不計。

根據(jù)監(jiān)測面II上各監(jiān)測點的觀測數(shù)據(jù)，計算監(jiān)測面II的轉動矢量和轉角：1-12期，α1=0.030，α2=0.027，α3=0.971，

σ1=-1.23；1-17期α1=0.033，α2=0.021，α3=0.973，σ1=-1.31。由這些數(shù)據(jù)直接繪得圖2。I1、II 12、II17，分別表示第l、12、17期監(jiān)測面II上的位置。

3 結論

將GPS技術用于高層建筑物的形變監(jiān)測，并開展形變監(jiān)測模型和監(jiān)測方案的研究是一項重要工作，本算例針對高層建筑物特征及其形變監(jiān)測的新要求，建立了建筑物整體形變模型，討論了適合形變模型的監(jiān)測方案。綜上所述，可以得到以下結論：

（1）對于高層建筑物的變形監(jiān)測來說，形變模型具有普遍的適用性和有效性，通過變形分析和預測，對建筑物的施工和運營安全提供基本保障。

（2）該監(jiān)測方案在兼顧傳統(tǒng)方法的基礎上，克服了觀測數(shù)據(jù)量大、變形監(jiān)測精度要求高等眾多難題，充分發(fā)揮了GPS定位的技術優(yōu)勢。

（3）可以直觀方便的繪制出高層建筑物整體形變位置圖，特別當GPS做連續(xù)觀測時，可以利用多期數(shù)據(jù)反映高層建筑物的形變動態(tài)。

總之，建筑物的變形監(jiān)測工作正向著信息采集自動化、變形分析綜合化以及內外業(yè)處理一體化等方向迅速發(fā)展。

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[3] 鄧清平.變形監(jiān)測中的GPS技術及數(shù)據(jù)處理研究[D].西安： 西南交通大學，2011.

作者簡介：申啟飛，男，本科，研究生學歷，講師、工程師、技師，獲國家注冊一級建造師、測量技師，主要研究方向：建筑施工與測量。