GPS技術(shù)在超高層建筑施工監(jiān)測中的應(yīng)用

長春萬科物業(yè)服務(wù)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(nèi)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(biāo)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(shè)計(jì)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(shè)屬于特高等級精密工程的范疇，而與之相關(guān)的測量體系是其施工保障的關(guān)鍵前提[1]。超高層建筑顯著的特點(diǎn)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(shù)建立施工控制網(wǎng)的常規(guī)方法，將因高度過高，照準(zhǔn)仰角過大引起測量誤差影響偏大而無法采用，必須尋找嚴(yán)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(diǎn)

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

圖2 激光投點(diǎn)示意圖

圖3 動態(tài)先進(jìn)性對投點(diǎn)的影響

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

圖4 轉(zhuǎn)換層示意圖

激光垂準(zhǔn)儀旋轉(zhuǎn)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(diǎn)位進(jìn)行邊長和角度檢查(如圖5所示)，此檢查屬于內(nèi)符合檢核。鑒于工程的精密性及嚴(yán)密性，利用GPS法進(jìn)行外符合檢核是十分必要的，而穩(wěn)定的外圍測量基準(zhǔn)是外符合檢核及基準(zhǔn)恢復(fù)的關(guān)鍵前提。

圖5 利用全站儀檢測控制網(wǎng)連長、角度關(guān)系

2.GPS技術(shù)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(shù)，已逐漸替代了常規(guī)光學(xué)和電子測量儀器。進(jìn)入90年代以后，GPS與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合，在空間定位技術(shù)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(diǎn)的三維位移等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)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(zhǔn)的建立及維護(hù)

高精度、高質(zhì)量測量基準(zhǔn)的建立與維護(hù)是開展施工監(jiān)測的前提。布置平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)的目的是為了在建設(shè)工程項(xiàng)目開展期間作為整個測量工作的基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)建筑物各區(qū)域因施工造成阻斷間隔時，利用GPS技術(shù)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(zhǔn)的統(tǒng)一。

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

表1 計(jì)算坐標(biāo)與首期成果較差值/m

表2 計(jì)算邊長與首期成果較差值/m

圖6 平面基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)網(wǎng)圖

從表1中分析，A點(diǎn)較差值為1mm；B點(diǎn)、C點(diǎn)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(diǎn)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(zhǔn)。

2.2 GPS法外符合檢核

將轉(zhuǎn)換層控制點(diǎn)投遞至鋼平臺，在鋼平臺標(biāo)志處架設(shè)GPS接收機(jī)(見圖7)，與塔體外圍控制點(diǎn)A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，計(jì)算未知點(diǎn)的平面坐標(biāo)，以外圍基準(zhǔn)點(diǎn)作為約束起算點(diǎn)，解算施工控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并將解算成果與設(shè)計(jì)值進(jìn)行較差分析，如果差值較小，則說明所聯(lián)測的控制點(diǎn)傳遞準(zhǔn)確；如果差值較大，則說明某些點(diǎn)位傳遞出現(xiàn)較大偏差，應(yīng)重新進(jìn)行投點(diǎn)。

圖7 基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)網(wǎng)圖

3.結(jié)語

施工測量采用分段控制方法，設(shè)立轉(zhuǎn)換層，在激光垂準(zhǔn)儀將施工控制點(diǎn)向上傳遞的過程中，點(diǎn)位的精確性對于施工測量質(zhì)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(zhì)量、高精度測量基準(zhǔn)和精確施工控制點(diǎn)是施工測量和監(jiān)測的關(guān)鍵，將GPS技術(shù)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(yīng)用前景廣闊。

[1]王天應(yīng),劉業(yè)光.淺析超高層建筑垂直度和表示方法[J].城市導(dǎo)刊,2010(04):34-37.

[2]李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2005.

[3]岳建平,田林亞.變形監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007.

[4]Hofmann-Wellenhof B,Lichtenegger H,Collins J.Global Posi-tioning System Theory and Practice[M].Springer Wien New-York,2001.

[5]潘正風(fēng).楊正堯.數(shù)字測圖原理與方法[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2001.

[6]施闖.大規(guī)模高精度GPS網(wǎng)平差與分析理論及其應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,2002.

[7]張宏盛,姚剛.GPS在超高層建筑施工測量應(yīng)用研討[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報,2000(03):27-29.