利通廣場超高層建筑日周期擺動監測方法研究

喻永平，黃偉明

(1．廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州510060;2．廣州天徠測量儀器有限公司，廣東廣州510062)

一、引 言

超高層建筑通常呈細長狀，在超高層建筑施工和運營過程中，因風振、日周期溫度變化、現場施工、建造順序和其他因素導致超高層建筑圍繞設計中心點擺動，產生位移偏差。位移偏差會引起多種問題，如建筑物豎直施工無法準確垂直，施工控制網無法準確向上傳遞等。因此，研發一套能監控上述重要因素變化，模擬和預測變化趨勢的動態監測系統，對于超高層建筑施工和運營階段的健康監測具有重要意義。

本文主要以利通廣場超高層建筑健康監測為例，闡述超高層建筑日周期擺動監測新方法。

二、利通廣場超高層建筑日周期擺動測量內容

利通廣場主體工程位于珠江新城CBD核心區北入口市民廣場東側，高度達到302．7 m，日周期擺動監測包括3方面內容。

(1)設備安裝和數據采集

動態監測系統設備包括GNSS接收機和傾斜傳感器等，樓頂GNSS接收機接收GPS、GLONASS衛星信號，記錄動態與靜態數據，數據采樣率為1 Hz，截止高度角10°。傾斜傳感器采集同一軸線主體工程X、Y方向的傾斜值，記錄傾斜數據，數據采樣率為1 Hz。GNSS接收機和傾斜傳感器采用電纜直連，UPS與交直流供電，數據直接記錄于GNSS主機和計算機上。數據連續采集48 h。GNSS接收機和傾斜傳感器設備安裝示意圖如圖2和圖3所示。

(2)動態監測系統數據處理和模型建立

GNSS接收機獲取建筑物位移變化數據，傾斜傳感器獲取溫度、風載及其他偶然因素荷載導致主體工程在X、Y方向的傾斜值，建立超高層建筑的撓度數學模型，分析其運動規律。

圖1 動態監測系統設備安裝圖

圖2 傾斜傳感器

圖3 超高層頂部測量坐標的GNSS天線和接收機主機

模型建立過程如下：

1)利用筆者所在單位的GZCORS基準站數據，結合本項目基站GNSS監測數據，計算出基站GNSS站點的靜態坐標。

2)根據基站GNSS接收機站點靜態坐標，計算樓頂2臺GNSS監測站點單歷元(采樣率為1 s，觀測48 h以上)的實時監測坐標結果。

3)對解算的單歷元數據進行濾波預處理，去掉偶然因素荷載等影響。將濾波后的GNSS單歷元實時解算數據、傾斜儀數據、溫度數據、樓高等統一整理到數據庫中進行分析。

4)解算得出日周期擺動量，建立日周期規律變化的數學模型。其數學模型為：建筑物位移=F(溫度，風力，樓高)。

5)指導施工測量施工控制網豎向投點。選擇夜間溫度變化小、微風和無施工影響等最有利時間進行投點。

(3)安全監測系統

安全監測系統具有的功能如下：

1)數據存儲、限差設定、各種圖表數據繪制等;

2)超高層建筑竣工后固有頻率的監測;

3)超高層建筑竣工后在溫度、風力等因素影響下是否滿足健康標準，需監測其安全運行健康狀況，并對其進行預警。

三、技術特色

本文提出的這種新的超高層建筑施工測量和運營維護監測工藝，將GNSS接收機、傾斜儀、測量機器人有機結合在一起。采用GNSS接收機作精確的定位測量，采用傾斜儀獲取超高層建筑在“扭曲”過程中的姿態數據，從外部和內部對超高層建筑進行控制，二者統一在移動控制點測量系統中。GNSS觀測點坐標先轉化為當地坐標，再經過“姿態”數據的改正，獲取在運動中正確的“中心位置”或者說無外力的平衡位置信息，整體把握超高層建筑在外力作用下的運動方式及實際變形量，大幅度提高建筑施工網的測設精度，這一計算思路及方法在國內目前是最先進的。

四、未來應用前景

該動態監測系統實現后，增強了筆者所在單位在國內高層建筑施工控制及監測項目方面的競爭能力，推動了高層建筑建設及監測的技術創新，促使國內高層建筑施工及監測方法更先進。該方法已經廣泛應用于國外最高建筑，如哈利法塔(828m，世界第一高塔，比臺北101大樓高出320m)。國內引進該套系統后，能解決高層建筑中面臨的主要問題，為超高層建筑施工和運營維護保駕護航。該系統在廣州新電視塔、西塔、中信廣場、利通廣等300m以上的高層建筑物監測中都獲得廣泛應用。

[1]李紅男，伊廷華，伊曉東，等．基于RTKGPS技術的超高層結構風振觀測[J]．工程力學，2007，24(8)：121-126，142．

[2]獨行知，靳奉祥．利用GPS監測數據確定建筑物的剛性運動狀態[J]．測繪通報，2002(5)：4-6．

[3]李乃國，王梅玲．建筑物變形觀測的過程控制與安全措施[J]．建筑安全，2002，17(9)：38-40．

[4]喻永平．虎門大橋三維實時動態監控系統設計與開發[J]．測繪通報，2008(12)：39-41．

[5]羅峰，楊光，李長輝，等．廣州平面坐標到1980西安坐標的轉換方法研究與實現[J]．全球定位系統，2010，35(4)：35-38．

[6]楊光，方鋒．連續運行衛星定位體系下城市測量現代基準的構建與應用[J]．工程勘察，2009(2)：78-81．