GPS測量技術在高層建筑施工設計中的應用

饒 蓮 烏魯木齊職業大學講師

全球定位系統（Global Positioning System，GPS），屬于實用性較強的定位系統，由接收機、監控站及空間衛星等組成，對全球范圍用戶信息加以了解的同時可以提供精度較高的三維坐標。測量高層建筑時應用GPS 測量技術，處理效果較好，有助于確保測量數據的精確性。

1 GPS測量技術概述

1.1 GPS測量技術的特點

1.1.1 精度高特點

采用GPS 測量技術，不會受到天氣因素、環境因素的影響，可在較短時間獲得相關建筑坐標信息，確保獲取相關信息的準確性[1]。

1.1.2 節省時間特點

采用GPS 測量技術，不需與測站間通視就可以確定坐標點，能有效節省時間。

1.1.3 測量時間短特點

采用GPS 測量技術，一般測量時間在25 min 左右，動態定位數秒即可完成，利于減少實際測量時間。

1.1.4 操作簡便特點

采用GPS 測量技術，測量天線高，設置開機相關參數，就可以實現自主測量、記錄的效果。

1.1.5 GPS衛星數量多

GPS 衛星的數量較多，而且可達到分布均勻的要求，使得建筑信息測量不會受到外界因素的影響。

1.2 GPS測量技術工作原理

20 世紀70 年代國外研制了衛星導向定位系統，可做好用戶設備、地面監測站及空間衛星等銜接工作，將GPS 技術應用于軍事領域的效果較佳[2]。以衛星高速運轉瞬間位置為主，將其當作起算數據、借助空間距離交匯方法的作用，及時獲取相關待測電三維坐標數據信息。此外，參照全球定位系統測量規范、國家相關標準以及全球系統城市測量技術規范等，合理運用該項技術，發揮其最大的應用價值。

1.3 主要測量任務

業主、施工企業或上級部門需下達相關技術文件，如測量合同及任務，作為非常強的指令存在明確的測量要求，對于密度、精度及任務范圍等均提出具體規定，同時對資料上交時間、任務完成指標均需提出相關規定。高層建筑施工過程中應用GPS測量技術，能結合測量任務書內容明確經濟、精度、密度等相關指標和情況，再結合現場勘探工作、規程內容，詳細說明不同位置點連接方法、測量評論及時間等，從而使得測量數據的精度得到有效保障。

2 GPS測量技術在高層建筑施工設計中的應用關鍵點

2.1 圖形設計關鍵點

利用GPS 測量技術進行高層建筑圖形設計時，需要考慮建筑施工的具體需要、測量經費、時間、接受設備和設備數量等相關情況。當前，GPS 圖形設計涉及三角形、環形及混合形等，可以確保集合的強度、降低測量工作量。高層建筑施工測量中GPS 網圖形主要應用的是三角形網，原因是三角形網由三角形邊、非同步獨立觀測邊所構成，在可靠性及結構性方面優勢突出。

但是三角形網觀測工作量非常大，特別是在接收機數量較少的條件下，觀測時間加長、觀測量加大。如果條件允許，建議使用混合網，因為混合網可確保網幾何強度、提高網的可靠性，并且能有效降低外作業的工作量和成本，維護建設企業的經濟效益。環形網由多個存在多條獨立觀測邊的閉合環構成，環形網與靜電大地測量導線網比較相近，結構強度小于三角形結構強度。環形網主要優勢是觀測量小、可以自檢，但是非直接觀測基線邊精度，觀測邊低且臨近點基線精度無法達到均勻分布的要求。

需要注意的是，附合線路環形網兩端點間向量精度高，而且附合線路涉及基線邊數，不能超出限值。星形網幾何圖形比較簡單，能夠對邊間加以觀測，而且不會構成閉合圖形，但是檢驗、觀測粗差能力不佳。星形網需使用2 臺儀器作業，測定點位坐標WGS-84，各點坐標均需進行參數轉換處理。

與此同時，GPS 測量基準點布置期間不易遭受建筑物內、外位置因素的影響，測量網連接形式多元化，如點、網、邊、點邊混合等連接形式[3-4]。實行圖形設計相關需要注意準確把握常規測量需要，尤其是在測量點布置的過程中，應考慮測量點通視性、測量位置通視性，確保不同測量點通視方向數量≥3 個。

此外，應以原城市坐標系統為核心，嚴格控制工作量，利用不同的測量網點，這個過程可借助GPS 測量網布置、非同步獨立觀測技術的作用處理，從而形成閉環網和附合線路。另外，GPS 測量能獲取GPS基線向量，要求在進行GPS 網技術設計的過程中應用坐標系統、起算數據確定GPS網基準。

2.2 精度設計關鍵點

精度作為GPS 測量技術設計的主要指標，設計值大小關系到設計計劃布置、實施效果。針對此，要求在高層建筑施工過程中結合實際需要、經濟指標，進行精度設計，找到GPS 弦長的誤差，再以σ表示GPS 基線等效距離誤差/弦長誤差（mm），以a、b、d 分別表示GPS 極限進度固定誤差（mm）、GPS 接收機誤差（ppm·D）、相鄰點距離（km）。一般條件下，高層建筑GPS 測量時相鄰點距離保持＜0.18 km。

2.3 GPS網基準設計關鍵點

高層建筑施工時需遵循國家坐標系/地方獨立坐標系進行測量，以便獲取測量過程基線向量。針對此，要求進行GPS 網技術設計階段確定坐標系統、收集起算數據，GPS 基準由尺度、方位、位置等構成，實際設計時及時找到網位置中存在的基準問題。另外，選取不同地方控制點、起算數據時，應作以坐標轉變及時計算出GPS地面坐標系坐標。一般需結合被測地區地形結構控制點分布狀況，將聯測點控制在3個以內，GPS 網重合原城市等級控制網點/國家電網，建議以長方形表示，以確保坐標更加均勻、降低誤差[5]。

3 GPS測量技術在高層建筑施工中的應用要點

以某大廈為例，總建筑面積在50 萬m2左右，塔樓面積在30 萬m2左右，地上、地下層數分別為160、4 層，高度約為700 m。建筑工程將酒店、商務、住宅、娛樂和購物等融為一體，為獲得最佳建筑預期應用效果，使用平面為Y 形結構。結構體系為鋼筋混凝土束筒結構、鋼結構束筒結構，尤其為鋼筋混凝土束筒結構，建筑高度不斷增長，為螺旋收分的狀態，建筑抗風性能較好。

通過對該高層建筑工程測量難點進行分析，發現存在以下測量難點：①塔樓結構為高、纖細的狀態，調查發現，溫度增加8 ℃左右、塔樓混凝土結構5 h 偏移12 cm，即偏移2.2 cm/h 左右，而這也是造成測量誤差的基本原因，無法確保測量的準確性；②測量工作量非常大，為防止工期發生延誤問題，可使用液壓自動爬升模板進行施工，布置220 個參照點，提高內控法測量的性能。這說明通過開發工程測量系統能達到參照點布設要求，準確測量建筑相關數據信息，防止受到環境因素的影響。

該高層建筑施工場地占地面積較大、視野較佳，通過外控的方式進行平面控制傳遞處理。樓層數量不斷增長，塔樓會在多方面因素下產生偏移問題，這時則不能確保測量的進度。但如果樓層超過20 層，因受到模板系統因素影響，使得現場參照點觀察難度加大，尤其為通視惡化情況下不建議使用外控法處理。這個過程可使用GPS 技術定位、測量控制點位置，從而為測量放樣工作打下良好的基礎。究其原因，與使用GPS 測量技術進行精準測量有關，有利于對相關控制點進行修正處理，及時獲得準確的測量數據，確定基礎空間坐標，再制定相應的測量方案。并且根據國家、測繪行業相關標準，在高層建筑施工定位測量中運用GPS 測量技術，有助于使得工程各道工序順利實施，建議在部分樓層實行基準傳遞，對常規測量方法結果加以校核處理，以便符合建設企業相關標準[6-7]。

4 結語

高層建筑施工階段采用GPS 測量技術非常關鍵，可充分發揮出該項技術的優勢，如精度高、節省時間、操作簡便、GPS 衛星數量多等。針對此，建議在高層建筑施工中應用GPS 測量技術，進行圖形設計、精度設計、GPS 網基準設計等，旨在有效改善以往測量技術的不足，發揮出該項技術的最大應用作用。