對超高層建筑竣工規劃測量方法的探討

田永明，卞磊，黃雪亭

(1.濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250013;2.山東省城市空間信息工程技術研究中心，山東 濟南 250013)

1 前 言

按照層數，建筑物一般劃分為5 類:4 層以下為一般建筑物;5 層～9 層為多層建筑物;10 層～16 層為小高層;17 層～40 層為高層建筑物;40 層以上為超高層建筑物［1］。

隨著社會經濟的不斷進步發展，結合緩解城市用地緊張及對建筑功能綜合的需求，超高層建筑不斷涌現。由于超高層建筑通常具有非標準幾何形狀的建筑輪廓、特殊材質的建筑材料、非常規的建筑高度等建筑特色，在彰顯城市個性、美化城市景觀的同時，也給竣工規劃測量工作的開展帶來了新的難題。

2 工程概況及工作流程

2.1 工程概況

濟南綠地普利中心項目(如圖1 所示)位于山東省濟南市普利街南側、共青團路北側、順河高架路東側。整個項目包括容納辦公與公寓的超高層塔樓、配套商業裙房、地下車庫及城市綠地等功能。其中超高層塔樓位于東西向景觀軸的西側頂端，設計地上60 層、建筑設計高度249.70 m、設計屋頂構件標高292.60 m。

圖1 主體塔樓立面、平面示意圖

主體塔樓成弧線三角形，6 層～31 層為標準層，31層～60 層每層建筑輪廓大小不同，自標準層向上逐層縮小，主體塔樓外墻為鋁合金玻璃幕墻體系，利用全站儀設站測量很難準確測量各層建筑輪廓特征點，這給利用傳統測量方法進行竣工規劃測量工作帶來了挑戰。

2.2 工作流程

鑒于該項目的建筑特色，采用三維激光掃描技術與傳統對邊測量方法相結合進行竣工規劃測量，能夠快速有效地獲取主體塔樓的建筑輪廓和建筑高度，其主要的工作流程如圖2 所示，采用三維激光掃描技術對每層建筑輪廓進行掃描測量，通過測量點云數據提取普利中心每層的弧線三角形輪廓，用于后續竣工圖中平面位置編繪和建筑面積的計算，結合對邊測量對主體塔樓的建筑高度進行測量。

圖2 竣工規劃測量主要流程

3 主要工作實施

3.1 控制測量

選用項目周邊已有的為滿足濟南市地下管線測繪布設的4 個二級導線點2156～2159，二級導線點2156～2159 的高程是按照四等水準要求進行聯測，經檢測2156～2159 的平面及高程精度滿足《城市測量規范》中對建筑工程竣工規劃測量精度的要求，并在普利中心項目西側、南側和北側的高層建筑樓頂上新布設3個相互通視的GPS 二級控制點P1、P2、P3，其中P1 與二級導線點2157 通視，點位略圖如圖3 所示。

圖3 首級控制點位略圖

3.2 平面位置測量及面積測量、計算

三維激光掃描測量技術是一種自動立體掃描技術，是測繪領域繼GPS 技術之后的又一次技術革命。它采用非接觸主動測量方式對物體進行立體掃描，從而快速獲取物體表面三維坐標，突破了傳統測量(如全站儀測量，RTK 測量等)單點測量技術的限制，具有高效、快捷、精確、簡便等特點，可以極大地降低成本，節約時間，被廣泛的應用于各個領域。

根據參考文獻［2］、［3］研究可知，三維激光掃描儀點位測量及面積計算精度滿足竣工規劃測量的要求，利用某品牌三維激光掃描儀對主體塔樓進行建筑輪廓測量，并利用全站儀測量適當點位作為檢測點對其進行檢核。

激光在玻璃幕墻這種材質的反射效果并不理想，主要靠鋁合金框架獲取點云數據，首先在控制點上架設三維激光掃描儀從主體塔樓四周進行測量，經過設站掃描、預處理、點云去噪、修補數據空洞、切割和點云配準、點云抽稀、分層切片處理、建筑輪廓提取，獲取主體塔樓的平面位置，并根據一層室內坪(±0.00)高程和層高，提取每層建筑輪廓進行校核并用于面積計算。

由于受儀器掃描距離和建筑高度的影響，即使在主體塔樓周邊高層建筑上架設儀器，主體塔樓的53 層～60 層的點云數據也難以滿足計算要求，針對本項目53 層～60 層采用在建筑內部進行三維激光掃描測量，圍繞核心筒進行掃描，獲取該層內部點云數據，通過在內部掃描測量獲取點云數據(如圖4 所示)，利用分層切片方式提取本層的建筑內部輪廓點云數據(如圖5所示)，根據玻璃幕墻的做法及實量厚度反推建筑外輪廓，用于該層的建筑面積的校核計算。

圖4 點云數據 圖5 內部輪廓點數據

3.3 內部空間布局測量

建筑內部空間布局是否與備案圖紙一致，關系到后續房產面積的計算以及房產證的辦理。依據備案圖紙對建筑內部空間布局進行測量，測量內容包括空間大小、位置、功能劃分的準確性和一致性，尤其是建筑內的電梯井、樓梯間、風機房、變電室、設備間、公共門廳、過道等共有部分，這些共有部分的變化會引起分攤的變化，影響房屋產權面積的最終結果。

3.4 高程高度測量

全站儀集光電測距、電子經緯儀和微處理機于一體，不僅能同時自動測角、測距，而且精度高、速度快，尤其是它提供的一些特殊測量功能，如對邊測量(RDM)、懸高測量(REM)、放樣測量等，給測量工作帶來了極大的方便。

對邊測量是全站儀的一種專用測量功能，它可間接測量兩點間的距離和高差，通常適用于待測的兩點間有障礙不能通視以及待測的兩點不便甚至不能安置儀器。對邊測量設站靈活，操作簡單，在實際測量工程中非常有用。

已有很多文獻對對邊測量方法進行了詳細的介紹，本文參照參考文獻［4］中提供的方法對主體塔樓進行高度測量，同時結合三維激光掃描技術、全站儀幾何坐標量測方法，由上述3 種方法獲取樓高數據進行比對，如表1 所示:

實測數據結果及方法比對 表1

從表中數據可知，由于對邊測量直接傳遞地面高程，較全站儀幾何測量的精度略高，并且對邊測量設站靈活，操作相對簡單。

3.5 成果編制

由于各地規劃管理部門對竣工規劃測量成果要求不完全相同，本文對成果的內容不做詳細的闡述說明，濟南市竣工規劃測量成果主要包括:

(1)建設工程竣工規劃測量技術報告;

(2)建設工程竣工規劃測量成果匯總表;

(3)竣工規劃建筑立面、高度圖;

(4)竣工規劃建筑尺寸、面積圖;

(5)建設工程規劃總平面竣工圖;

除以上述成果外，還需要編制長寬尺寸、面積、高度比對表、布局變更說明等輔助材料，用于明確表述該項目測繪成果與規劃相應指標的差異，為規劃管理部門對建設項目的決策審查提供準確的數據來源。

4 心得體會

(1)由于對三維激光掃描的點云數據建模數據量大、耗費時間較長，對本次竣工規劃測量而言，不需要進行建模，利用分層切片方式處理點云數據獲取建筑輪廓，可以節省大量的內業數據處理時間。

(2)三維激光掃描在鋁合金玻璃幕墻體系下，從內部進行掃描較外部掃描可以獲取相對較多的點云數據，并且不受掃描距離的限制，并能獲取內部空間布局的數據，缺點是要逐層掃描、逐層數據處理，并且適用于內部空間分隔較小的情況;而從外部掃描可以一次性獲取整棟建筑(或大部分)的點云數據，但受掃描距離和建筑材質的限制較大。兩種方式各有優缺點，根據項目特色選擇其一，也可以組合進行測量。

(3)對邊測量能夠很方便地將地面二級導線點的高程傳遞到超高層建筑的頂部，相比較其他測量方式，具有操作簡便、精度高等特點。

5 結 語

超高層建筑作為異型建筑中的一種特殊類型，采取單一測量方法不能順利開展竣工規劃測量工作，鑒于三維激光掃描技術在測量超高層建筑的異型建筑輪廓方面的明顯優勢，而對邊測量在高度測量方面相對三維激光掃描技術具有其精度高、容易操作的特點，通過本文所述可知，將上述兩種測量方法有效結合是開展超高層建筑竣工規劃測量工作的新思路，值得同類項目參考和借鑒。

［1］國家測繪地理信息局職業技能鑒定指導中心．測繪綜合能力［M］．北京:測繪出版社，2012(4):112～113．

［2］呂磊，邢漢發，王敘泉．基于地面LiDAR 技術的異形建筑竣工測量方法研究［J］．測繪工程，2014，23(1):73～77．

［3］史秀保，汪帆，葛紀坤．三維激光掃描在建筑規劃竣工測繪中的應用研究［J］．城市勘測，2014(2):83～86．

［4］楊翼飛，劉斌，唐詩華等．免棱鏡全站儀對邊測量功能在高層建筑測量中的應用［J］．桂林工學院學報，2008，28(4):507～510．

［5］CJJ/T8－2011．城市測量規范［S］．

［6］張順期，李黎，謝樹明．建筑工程規劃驗收竣工測量關鍵工藝探討［J］．城市勘測，2012(1):138～142．