高層及超高層建筑工程的GPS 定位控制分析

韓 漪

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 ,710100）

0 引言

日新月異的城市發(fā)展建筑中，越來越多的在城市中見到了太多高層及超高層建筑。我們知道這是對(duì)于改革開放發(fā)展的肯定，也是我國進(jìn)入現(xiàn)代化社會(huì)主義的一個(gè)嶄新標(biāo)志，在這樣的大前提下，我們的科學(xué)技術(shù)也在這些發(fā)展中展露頭角，在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)中起著非凡的作用。眼下我們將談到的GPS 定位控制技術(shù)就是在高層及超高層建筑中起著重要作用的一門科學(xué)技術(shù)，當(dāng)然這也是一門從軍工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變到民用產(chǎn)業(yè)的一個(gè)突破。在目前的高層及超高層建筑設(shè)計(jì)中。最為重要的就是軸向和垂直度。這兩點(diǎn)如果不能很好的把握，那么高層建筑將會(huì)出現(xiàn)傾斜或倒塌現(xiàn)象的出現(xiàn)。這些問題也是我們所恐懼的。可以想象如果我們站在一個(gè)高層建筑頂端的時(shí)候，沒有一覽眾山小的感覺，卻有著一種隨時(shí)都要掉下來的感覺，那將是一件多么恐怖的事情啊！所以GPS 定位控制技術(shù)就是為了防止這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，我們也將在下面的論述中闡述GPS 定位控制系統(tǒng)在高層及超高層建筑工程設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用。

1 GPS1 定位控制系統(tǒng)

所謂GPS 定位，就是說全球定位系統(tǒng)，它是指一種可以針對(duì)空間交匯定點(diǎn)的時(shí)間和距離測(cè)量的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。而這是在全世界范圍內(nèi)都可以隨時(shí)捕捉到目標(biāo)的一種技術(shù)。他向用戶連續(xù)提供高精度，實(shí)時(shí)的三圍空間的位置，速度和時(shí)間信息。他最初是應(yīng)用在航空領(lǐng)域的衛(wèi)星定位的測(cè)繪系統(tǒng)，而后，則廣泛應(yīng)用在民用企業(yè)。針對(duì)高層及超高層建筑工程，軸線，垂直度和高程控制以及測(cè)量基準(zhǔn)傳遞都是建筑工程質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。如果不能很好的將這些問題解決，那么，工程建筑施工完畢就會(huì)變成一個(gè)不折不扣的豆腐渣工程。那么如何保證高層及超高層建筑測(cè)量定位的工作效率和觀測(cè)測(cè)量精度，保質(zhì)保量的按時(shí)交工完成工程施工，我們要在施工之前思考的重要問題之一，作為技術(shù)輔助部門的人員，對(duì)GPS 定位測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用則是問題的重要解決方案之一。

因?yàn)镚PS 定位控制技術(shù)具有獨(dú)特的便捷、高速的定位測(cè)量和放樣測(cè)量的功能。可以準(zhǔn)確，高速的確定放樣點(diǎn)的位置，所以GPS定位控制技術(shù)可以很好的廣泛應(yīng)用于高層及超高層建筑施工測(cè)量中。也只有這樣才不至于在高層建筑施工測(cè)量中出現(xiàn)的軸線，垂直度及高程控制和測(cè)量基準(zhǔn)傳遞的問題的時(shí)候讓我們手忙腳亂，無從解決。

2 GPS 定位測(cè)量在高層及超高層建筑施工中的設(shè)計(jì)

在當(dāng)前GPS 定位控制技術(shù)日漸成熟的情況下，我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行和操作進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的剖析，希望可以得到各位業(yè)內(nèi)人士的建議。

2.1 GPS 定位系統(tǒng)測(cè)量前的準(zhǔn)備工作

當(dāng)我們?cè)谧鋈魏喂ぷ髦埃欢ㄒ褱?zhǔn)備的工作做好，因?yàn)椴淮驘o準(zhǔn)備之戰(zhàn)，不做無把握之事，是筆者給各位的忠告。

在進(jìn)行GPS 定位控制研究之前，首先要對(duì)總圖進(jìn)行了解和掌握，在拿到總圖后要求進(jìn)一步熟悉高層及超高層建筑的施工圖紙，也就是說，要深入了解軸線尺寸和各個(gè)樓層標(biāo)高與總圖之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，也就是說，施工圖紙和總圖之間是子母圖，就是施工圖紙將總圖中的一部分按照相應(yīng)的比例和施工設(shè)計(jì)要求一一進(jìn)行放大處理之后得出來的圖紙，只有熟悉掌握了這些軸線尺寸，每層建筑的高度以及這個(gè)子部分的結(jié)構(gòu)尺寸，深入了解軸線圖的比例基礎(chǔ)，非標(biāo)準(zhǔn)樓層，和標(biāo)準(zhǔn)樓層之間的軸線關(guān)系等多種數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，才能全面掌握建筑物的平面，立體，剖面的形狀，大小，結(jié)構(gòu)等等，。而這些部分也是整個(gè)建筑工程放線標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際根據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在一系列準(zhǔn)備工作完成之后，我們將要進(jìn)行GPS 定位控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，在高層及超高層建筑施工過程中，由于施工場(chǎng)的和當(dāng)時(shí)所處的環(huán)境的特定影響。接收衛(wèi)星信號(hào)的干擾程度和速?zèng)Q計(jì)算質(zhì)量的好壞，都是是否能用GPS 定位控制系統(tǒng)進(jìn)行基準(zhǔn)定位檢測(cè)的問題關(guān)鍵之所在。

為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，我們的實(shí)驗(yàn)建立在一個(gè)廢舊的廠區(qū)內(nèi)部。如圖1 所示。使用三臺(tái)Trimble 4OOOSSI 型雙頻衛(wèi)星定位接收機(jī)，其中一臺(tái)放在廠區(qū)的一個(gè)廢廠房上作為已知點(diǎn)WCO1。而其他兩點(diǎn)則放在具有高鋼標(biāo)的附近位置上。即WCO3, WCO2 或者WCO4。鋼標(biāo)的高度大概是在28-32 米之間。而且這兩點(diǎn)中的一個(gè)接收機(jī)還是距離一根混凝土材質(zhì)的立柱很近的。也就是WCO3 點(diǎn)。而這樣做主要是為了高度模擬高層及超高層建筑施工場(chǎng)的的信號(hào)干擾所設(shè)計(jì)的，像是在施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的施工塔吊，混凝土材質(zhì)的立柱以及鋼筋等信號(hào)干擾源。在圖1 之中。WCO1 點(diǎn)和WCO2 點(diǎn)之間，WCO3 點(diǎn)和WCO4 點(diǎn)之間的距離大概為3OO 到32O 米之間。

圖1 GPS 測(cè)量模擬試驗(yàn)略圖

我們?cè)谧鲞@個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間是冬天，一共有兩個(gè)時(shí)間段的測(cè)量時(shí)間，每個(gè)時(shí)間段的時(shí)間長度是6O 分鐘的時(shí)間。在觀測(cè)的時(shí)間段里，我們將WCO2 定位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到WCO4 定位點(diǎn)處，于此同時(shí)，對(duì)WCO2 及WCO3 還有WCO4 三個(gè)定位點(diǎn)之間的平距進(jìn)行了鋼尺測(cè)量。

GPS 定位控制系統(tǒng)觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過基線結(jié)算處理后，確定WCO1 點(diǎn)的一直坐標(biāo)為基礎(chǔ)坐標(biāo)點(diǎn)，也就是固定坐標(biāo)點(diǎn)，用GPS定位系統(tǒng)的定位北方為固定方向，對(duì)高層及超高層建筑進(jìn)行高斯投影和左邊轉(zhuǎn)換處理，最后得到的各個(gè)定位點(diǎn)的平面坐標(biāo)。這就是由三圍立體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)的過程。在得到平面坐標(biāo)后，計(jì)算出WCO2 和WCO3 以及WCO4 三個(gè)定位點(diǎn)點(diǎn)之間的距離，將這個(gè)計(jì)算結(jié)果和用鋼尺丈量出的實(shí)際測(cè)量值之間，進(jìn)行比例比較。實(shí)際比較結(jié)果見表1。在表1 中我們不難發(fā)現(xiàn)，GPS 的測(cè)量結(jié)果和實(shí)際用鋼尺丈量的數(shù)值差是比較小的。而對(duì)于非實(shí)測(cè)基線邊的結(jié)果顯示也是一樣的。這就說明GPS 定位控制系統(tǒng)在有著鋼筋、混凝土等干擾源發(fā)出干擾信號(hào)的條件環(huán)境下，按找靜態(tài)測(cè)量的模式是同樣可以獲得比較好的定位控制結(jié)果的。

表1 GPS 測(cè)量值和鋼尺丈量值的比較

2.3 實(shí)際應(yīng)用的例子

就在筆者所在的城市中，高層及超高層建筑施工過程中，工程校驗(yàn)是最后的驗(yàn)收部分，而驗(yàn)收的結(jié)果往往取決于建筑物是否可以投入使用。而在施工過程中，使用了GPS 定位控制系統(tǒng)對(duì)高層及超高層建筑進(jìn)行定位控制測(cè)量的工程往往其檢驗(yàn)結(jié)果幾乎沒有誤差出現(xiàn)，這些就是依靠高科技輔助手段進(jìn)行工程施工的好處所在。在上述的實(shí)驗(yàn)過程中，我們已經(jīng)將GPS 定位測(cè)量講述的很清楚了，而下面筆者將對(duì)實(shí)際生活中的實(shí)例展開論述

應(yīng)用GPS 技術(shù)對(duì)一個(gè)工程進(jìn)行施工測(cè)量基準(zhǔn)傳遞的嘗試性工作。這個(gè)工程的主樓高42 層，17O 米，如果用常規(guī)測(cè)量方法會(huì)具有一定的困難，因此，對(duì)這個(gè)工程的測(cè)量工作，采用了GPS 定位控制系統(tǒng)。

這樣的一個(gè)工程中，首先我們要拿到總圖，然后根據(jù)總圖深入剖析施工結(jié)構(gòu)圖的數(shù)據(jù)與構(gòu)造分析。對(duì)這個(gè)工程所要建筑的高層建筑進(jìn)行深入解析之后，在工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立幾個(gè)定位點(diǎn)，然后放入定位系統(tǒng)的極其對(duì)其進(jìn)行初始參考數(shù)據(jù)的設(shè)置。

然后在對(duì)工程圖進(jìn)行校對(duì)完畢的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行施工，適時(shí)對(duì)軸線，垂直度和個(gè)點(diǎn)位的距離進(jìn)行定位控制檢測(cè)。當(dāng)定點(diǎn)信號(hào)傳輸?shù)叫l(wèi)星，經(jīng)過衛(wèi)星信道傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中我們就可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)到工程對(duì)施工過程中是否嚴(yán)格按照施工圖進(jìn)行要求施工，對(duì)于是共過程中的誤差及各點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，我們進(jìn)行了隨時(shí)有誤隨時(shí)矯正的措施。這樣GPS 定位控制系統(tǒng)就相當(dāng)與我們的一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)和糾錯(cuò)系統(tǒng)，完全讓我們的工程可以保質(zhì)保量的完成。

先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，應(yīng)用在廣大人民的實(shí)際生活中，這是一個(gè)值得驕傲和自豪的事情，如果沒有這些科學(xué)技術(shù)進(jìn)行輔助工程的實(shí)施，我想高層及超高層建筑的建立，是完全無法實(shí)現(xiàn)的，就我們當(dāng)下的一些城市而言，還沒有配備GPS 定位控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)對(duì)建筑進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，所以他們這些城市中沒有辦法對(duì)建筑高層或超高層的建筑。這就是說，無法高效利用高空資源進(jìn)行發(fā)展。這樣也是有礙于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長期規(guī)劃的。科技是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，也是其源泉，只有大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)力才能逐漸提高，也只有這樣，才能符合高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體質(zhì)要求。所以，GPS 定位控制系統(tǒng)的投入，在高層建筑及超高層建筑的建設(shè)施工中所起到的作用是無法比擬的。

3 結(jié)束語

在對(duì)于衛(wèi)星定位控制系統(tǒng)的論述中，或許還有一些瑕疵，但是我更多的是希望各位業(yè)內(nèi)人士可以給予評(píng)論和幫助，科學(xué)技術(shù)本身就應(yīng)該服務(wù)與社會(huì)大眾的經(jīng)濟(jì)生活。所以對(duì)GPS 定位控制的研究也需要逐漸的發(fā)展和延伸。

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