淺談高層及超高層建筑施工GPS定位控制測量

劉貴波

（陸川縣工程質量安全監督站，廣西 陸川 537700）

淺談高層及超高層建筑施工GPS定位控制測量

劉貴波

（陸川縣工程質量安全監督站，廣西 陸川 537700）

文章首先闡述了 GPS衛星定位測量的基本原理、GPS測量特點，進而論述了GPS定位測量在高層及超高層建筑施工中的設計與實施，以供參考。

GPS定位測量；高層及超高層建筑；設計

全球定位系統（Global Positioning System，簡稱GPS）是一種可以授時和測距的空間交會定點的導航系統，可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息，其由空間衛星星座、地面監控站及用戶接收機三部分構成。目前，在高層及超高層建筑工程中，測量基準傳遞、軸線、垂直度和高程控制是建筑物施工質量控制的重點內容之一。如何提高高層及超高層建筑測量定位工效和觀測精度，確保工程質量和施工工期要求，是施工需解決的問題之一。而GPS因其具有方便、快速的定位測量和放樣的測量功能，可快速、準確地測定放樣點的平面位置，可很好地應用于高層及超高層建筑施工測量中。為此，本文將主要談談GPS在高層及超高層建筑施工測量中的應用。

1 GPS衛星定位測量的基本理論

1.1 GPS衛星定位測量基本原理

用戶用 GPS接收機在某一時刻同時接收三顆以上的 GPS衛星信號，測量出測站點P至三顆以上GPS衛星的距離，并實時的由GPS衛星的導航電文解算出衛星的坐標值，據此采用空間距離后方交會法解算出測站P的位置。

1.2 GPS定位測量的方法

GPS定位方法，若按用戶接收機天線在測量中所處的狀態來分，可分為靜態定位和動態定位；若按定位的結果來分，可分為絕對定位和相對定位。

1.2.1 靜態定位

即接收機天線的位置相對于周圍地面點而言，處于靜止狀態的情況下，用以確定觀測站絕對坐標的方法稱為靜態定位。

1.2.2 絕對定位

以GPS衛星與用戶接收機天線之間的幾何距離觀測量ρ為基礎，并根據衛星的瞬時坐標（Xs，Ys，Zs），以確定用戶接收機天線所對應的點位，即觀測站的位置。

1.2.3 相對定位

亦稱差分GPS定位，是目前GPS定位中精度最高的一種定位方法。其用兩臺GPS用戶接收機分別安置在基線的兩端，并同步觀測相同的GPS衛星，以確定基線端點（測站點）在WGS－84坐標系中的相對位置或基線向量。靜態相對定位即是設置在基線端點的接收機固定不動，通過重復觀測取得充分的多余觀測數據，以改善定位精度。靜態相對定位一般均采用載波相位觀測值為基本觀測量。

2 GPS測量的優點

（1）施工測量控制網一次測定到位，無誤差的傳遞和積累，定位精度高。

（2）GPS測量不需要測站間相互通視，根據需要確定點位；點數和點位也可以根據實際需求變化，均不影響定位精度。

（3）觀測時間短，進行 GPS測量時，靜態相對定位每站僅需20 min左右，動態相對定位僅需幾秒鐘。

（4）儀器操作簡便，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄；數據測定和分析均使用計算機處理，避免了人為誤差產生。

（5）全天候作業，GPS衛星數目多，且分布均勻，可保證連續進行觀測，適合在地球上任何地點、任何時候進行觀測工作，一般不受天氣狀況的影響。

（6）功能多、用途廣。GPS系統能準確測定建筑物的日照變形、振動變形，為高層建筑的施工測量與控制提供了一種全新的技術手段。

3 GPS定位測量在高層及超高層建筑施工中的設計與實施

3.1 GPS定位測量前的準備工作

3.1.1 熟悉和校核圖紙

在掌握總圖后要進一步熟悉建筑施工圖，即了解熟悉軸線尺寸及各層標高與總圖中有關部分的對應關系；掌握軸線尺寸、層高、結構尺寸；了解軸線圖的對比基礎、非標準層及標準層之間的軸線關系等，這樣才能全面了解建筑物的平、立、剖面的形狀、尺寸、構造等，這也是整個工程施工放線的依據。

3.1.2 了解設計對定位放線精度的要求

通過熟悉和校核圖紙，在了解建筑物的總體和各部分情況的基礎上，要進一步明確設計對施工定位精度的一般要求及特殊要求，如電梯安裝對結構豎向精度的要求，鋁合金門窗對柱間距的要求等，以使定位放線工作更好地符合設計要求。

3.2 GPS定位測量的技術設計

3.2.1 高層建筑施工GPS網技術設計的依據

GPS網技術設計的主要依據是GPS測量規范規程和測量任務書。在GPS方案設計時，一般首先依據測量任務書提出GPS網的精度、密度和經濟指標，再結合規范（規程）規定現場勘測具體確定各點間的連接方法，各點設站觀測的次數、時間長短等布網觀測方案。

3.2.2 測量的精度設計

各類GPS網的精度設計主要取決于網的用途。城市或工程GPS網按相鄰兩點的平均距離和精度劃分為二、三、四等和一、二級，見表1。

表1 GPS網的主要技術指標

在具體布設時，可以分級布設，也可以越級布設，或布設同級全面網。各等級GPS相鄰點間弦長精度用下式表示：

式中：σ：GPS基線向量的弦長誤差（mm），即等效距離誤差；

a：GPS接收機標稱精度中的固定誤差（mm）；

b：GPS接收機標稱精度中的比例誤差系數（ppm·D）；

d：GPS網中相鄰點間的距離（km）。

精度標準是GPS網技術設計的一個重要量，其大小將直接影響到GPS網的布設方案、觀測計劃以及觀測數據的處理方法。在實際工作中，精度標準的確定要根據用戶的實際需要及人力、物力、財力情況合理設計，也可參照本部門已有的生產規程和作業經驗適當掌握。

3.3 GPS網的圖形設計

3.3.1 GPS網圖形設計的原則

GPS網圖形設計應遵循以下原則：①應通過非同步獨立觀測邊構成若干閉合環（三角形、多邊形）或符合線路；②應盡量與原有地面控制網點重合，重合點不應少于3個并在網上分布均勻；③GPS網應與水準點相重合，而非重合點應根據要求以水準測量方法進行聯測；④GPS網點應設在視野開闊和容易達到的地方；⑤在網點附近布設一通視良好的方位點，且方位點與觀測站的距離應大于300 m；⑥應采用原有城市坐標系統，對凡符合GPS網點要求的舊點，應充分利用其標石。

3.3.2 GPS網的圖形形式

施工測量的GPS網的圖形形式主要采用的是三角形網或環形網。三角形網是由三角形邊由非同步的獨立觀測邊組成，具有圖形的幾何結構強、自檢能力及可靠性等優點；環形網是由若干含有多條獨立觀測邊的閉合環所組成，具有觀測工作量小、自檢能力和可靠性等優點。

當然，在條件允許時，也可采用三角形網與環形網構成的混合網，其既能保證網的幾何強度，提高網的可靠指標，又能減少外作業工作量，降低工程成本，是GPS工程測量首先應考慮的圖形形式。

3.4 GPS網的基準設計

GPS網的技術設計時，須明確GPS成果所采用的坐標系統和起算數據，即明確GPS網所采用的基準。一般GPS網的基準包括位置基準（由給定的起算坐標確定）、方位基準（以給定的起算方位角值確定）和尺度基準（由地面的電磁波測距邊確定）。因此，GPS網的基準設計，實質上主要是指確定網的位置基準問題。

在實際的工程應用中，GPS網的基準設計應注意以下問題：

（1）為求 GPS點在地面坐標系的坐標，應在地面坐標系中選定起算數據和聯測原有地方控制點若干個，用以坐標轉換。一般高層及超高層建筑施工測量控制可聯測 2～3個點，GPS網與地面網的聯測，可根據測區地形變化和地面控制點的分布而定，一般在GPS網至少要重合觀測3個以上的地面控制點作為約束點。

（2）對 GPS網內重合的高等級國家點或原城市等級控制網點，除未知點連接圖形觀測外，應適當構成長邊圖形。

（3）GPS網經平差計算后，可得到GPS點在地面參照坐標系中的大地高。為求得GPS點的正常高，可根據具體情況進行水準測量的高程聯測。具體聯測宜采用不低于四等水準或其精度相等的方法進行。當GPS點高程經計算分析符合精度要求后，方可提供給高層及超高層建筑施工使用。

（4）新建 GPS網的坐標系應盡量與測區過去采用的坐標系一致。

4 結束語

綜上所述，GPS技術作為一種全新的定位手段，具有無需通視、定位精度高、可實時進行數據處理、可全天候工作、測量速度快等優點，大大提高了工作效率，保證了高層及超高層建筑定位控制測量的精度。目前，隨著衛星定位服務系統（CORS）的建立和GPS軟硬件的不斷更新，GPS技術將成為在高層及超高層建筑施工的測量定位、垂直度和高度偏差控制等方面廣泛使用的方法。

1 蘇亞軍、駱 江.淺議GPS在高層建筑測量施工中的應用［J］.中國西部科技，2008（7）

2 趙 斌.高層建筑施工GPS測量技術分析［J］.科技資訊，2010（19）

3 黃宗柱.淺論 GPS技術在房屋建筑施工測量中的應用與監理［J］.建材與裝飾（上旬·市場營銷），2010（10）

Discussed the High－level and the Extra－high Building Constructs the GPS Positioning Control Survey

Liu Guibo

The article first elaborated the GPS satellite positioning survey’s basic principle, the GPS survey characteristic, then elaborated the GPS localization survey in high－level and in the extra－high building construction design and the implementation, supplies the reference.

GPS localization survey; high－level and extra－high building; design

P228.4

A

1000－8136（2011）06－0150－02