基于BI M+5G的超高層建筑健康監測實踐研究

于泰，李建峰，侯景強，安磊，曾繁良

（中國建筑第二工程局有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

本項目總占地面積為15511.55m2，總建筑面積約205602m2，容積率9.15，其中，計容建筑面積142 000 m2，不計容建筑面積63 602 m2。項目包含1 棟59 層塔樓（建筑高度374 m）。塔樓功能為辦公、酒店、商業；裙房功能為商業、宴會廳、餐飲；地下室層數5 層，功能為辦公下層大堂、商業、后勤用房、設備用房及汽車停車庫（見圖1）。

圖1 BI M模型

為了解建構筑物在施工期間及使用期間的沉降變形以和結構變化情況，對本項目主體進行結構健康監測，通過觀測其在上部荷載作用下地基基礎的沉降變形情況，判斷其地基沉降是否滿足使用的穩定要求，從而為后續施工提供參考1 為工程驗收提供資料。同時，監測筏板及核心筒內力，與設計值進行比較，掌握超高層建筑在整個施工過程中的內力變化情況，為后續施工推進提供數據支撐。

2 觀測或監測方法

2.1 沉降觀測

2.1.1 基準點與控制網

1）基準點埋設方法。高程基準點為變形監測控制點，一般采用鉆孔深埋式或在周邊已穩定建筑物上安裝控制點，數量為3 個。在建筑區內，其點位與鄰近建筑的距離應大于建筑基礎最大寬度的2 倍，其標石埋深應大于鄰近建筑基礎的深度。根據本項目周邊環境情況，擬將高程基準點布設在施工影響范圍外穩定的建（構）筑物上。筏板基礎沉降觀測，應在筏板基礎核心區外設置多個工作基點（見圖2），進行筏板基礎沉降觀測，工作基點定期與外部基準點進行聯測，校核其穩定性。

圖2 筏板基礎沉降測點布置圖

2）水準控制網布設方法：水準控制網按兩級布設，根據周邊環境情況布設首級控制網（起始、閉合于首級基準點），觀測首級控制點高程，并每季度進行聯測校核，檢查其穩定性。其次，布設二級水準網（起始、閉合于首級控制點），觀測各沉降監測點高程。

3）觀測監測點的水準線路組成閉合環。布設的兩級水準測量均按照二等水準觀測技術要求施測。技術要求見表1。

表1 水準觀測技術要求

2.1.2 測量結果整理

1）用SOKKIA 精密電子水準儀隨機軟件平差處理水準測量數據，得出各個觀測點的相對于基準點的平差后高程。

2）根據變形點的初始高程H1和各間隔時間段變形后的高程H2，可以計算出沉降量Δ=H1-H2，總沉降變形總量為各段間隔變形的總和。

2.2 筏板內力監測

1）筏板內力監測點。共埋設12 組測點（采用金碼鋼筋計），每個測點在筏板底板鋼筋的板面和板底的X、Y兩個方向上各埋設2 個傳感器，即每個測點埋設8 個鋼筋計傳感器。底板鋼筋綁扎時，將鋼筋計焊接在預定位置主筋上，導線可沿鋼筋延伸至底板頂面。在底板面層用PVC 管內套導線保護，引出底板面層澆筑面至少20 cm，在底板澆筑完成后，再將導線接入預定位置數據采集儀內，并將導線和采集儀妥善保護在附近剪力墻上安裝的電箱內，并做好保護警示標識。在設計基礎上，遵循分散、對稱的布置點原則[1]。

2）觀測方法。采用振弦式頻率計對應力應變計進行監測，通過監測及時掌握筏板應力狀態，與初始值進行比較即可了解所監測圍護樁的應力變化情況。目前，應力應變均可采用自動化數據采集儀實現自動監測，一般監測周期較長和監測頻率較密的項目擬采取自動化監測。

2.3 土壓力監測

在基坑開挖至坑底時，借助抗浮錨桿鉆機鉆孔（鉆孔位置可根據測點平面圖位置在現場測量放樣位置），鉆孔深度為0.5～1 m。將土壓力盒放入鉆孔前，先回填厚約20 cm 的細砂，進行找平，然后將土壓力盒平放在細砂上，使土壓力盒受力面與孔底平面充分接觸，然后分層回填細砂，將鉆孔回填密實。回填過程中應注意保護導線，并將導線引出至孔口妥善保護（注意錨桿在施工中對其影響，可在孔口埋設1 條50～80 cm 長的鋼筋，先將導線綁扎在鋼筋上，并做好保護警示）。底板鋼筋綁扎時，可沿鋼筋延伸導線至底板頂面，在底板面層用PVC 管內套導線保護，引出底板面層澆筑面至少20 cm，在底板澆筑完成后，再將導線接入預定位置數據采集儀內，并將導線和采集儀妥善保護在附近剪力墻上安裝的電箱內，做好保護警示標識。在設計基礎上，遵循均勻、對稱的原則，防止超高層建筑傾斜抬升造成監測盲區，力求做到對筏板底部受壓力全面掌握。

2.4 孔隙水壓力監測

在基坑開挖至坑底時，借助抗浮錨桿鉆機鉆孔（鉆孔位置可根據測點平面圖位置，在現場測量放樣位置），鉆孔深度0.5～1 m。將孔隙水壓力計放入鉆孔內，然后用細砂回填密實，安裝及保護做法與土壓力測試埋件做法相同，為掌握筏板整體區域的孔隙水壓力分布情況，在設計基礎上，遵循分散、對稱的布置點原則，可得到筏板底部核心筒范圍整體水位的分布狀況。

2.5 自動化監測

結合本工程的監測內容及工程情況，采用基于物聯網的施工監測系統，根據設計要求和施工方案，對底板內力、土壓力和孔隙水壓力等參數進行實時自動化監測。利用遠程無線智能監測采集器對測得的監測參數進行采集，并將數據無線上傳至監測云平臺。監測云平臺對數據進行處理、分析，預警、報警判斷，控制報警器報警，實現實時遠程監控。

3 觀測或監測頻率及周期

沉降監測頻次要求如下，基礎底板混凝土初凝后進行第一次觀測，筏板沉降觀測在地下室施工時每層觀測1 次；地上施工階段，筏板沉降觀測和首層沉降觀測同步進行，每施工完3 層應進行1 次觀測，記錄1 次；建筑物竣工后的觀測，第一年不少于4 次，第二年不少于3 次，以后每年1 次，直到下沉穩定為止，觀測期限不少于5 a。沉降穩定標準：連續2 次半年沉降量≤2 mm（見表2）。

表2 監測頻率及周期

4 觀測點保護

水準基點和觀測點的保護及管理工作極為重要，是取得準確觀測數據的關鍵。在觀測期間，有關施工單位應負責對其保管，如需移動觀測點，應提前通知觀測單位，采取處理措施，以保證觀測工作順利完成。如果發生控制點和觀測點被擾動或損壞的情況，導致無法獲得準確觀測數據，觀測單位將不承擔任何責任。現場施工單位應對觀測工作給予大力支持和配合，并提供方便，保證觀測工作的順利完成。

5 結語

綜上所述，超高層建筑建造難度較大，需進行有效的結構健康監測。超高層建筑健康監測檢測方法、導線布置需要經過科學計算和分析，制訂科學合理的施工方案，保證關鍵技術應用的有效性和可靠性。本文針對實際案例展開探討，根據工程特點，明確超高層建筑結構健康監測施工的工藝流程，強調了觀測點的平面布置、監測方法、導線布置、自動化監測等主要的技術要點，在做好現場施工管理的情況下，可以避免安全事故的發生，維護工程建設的順利進行。