超高层建筑施工测量_二_

2008年1月出版 · 【收稿日期】2007-11-03 BUILDINGCONSTRUCTION建 筑 施 工 第29卷第12期 Vo1.29No.12 ●施工新技术讲座 第五讲:超高层建筑施工测量(二) □ 胡玉银 【中图分类号】TU19 /文献标识码 B 【文章编号】1004-1001(2008)01-0071-04 TheFifthLecture:ConstructionSurveyfor SuperTallBuilding(PartII) (续上期) 6 高程测量 超高层建筑的高程测量一般采用悬挂钢尺与水准仪相 结合的方法进行高程传递。该方法劳动强度大,所需时间长, 累积误差将随超高层建筑高度增加而增加,因而测量精度控 制比较困难。现代测距仪具有测量精度高,观测快捷、方便等 优点,因此不少工程技术人员正探索采用测距仪与水准仪相 结合的方法进行高程传递。该方法原理为:依据二级高程控 制点,确定仪器视高,然后利用全站仪的测距功能将高程传 递至接收棱镜,最后利用水准仪将高程引测至核心筒筒壁 上,供施工放样使用。该方法具有测量方便快捷和累积误差 小等优点,是超高层建筑高程传递非常有效的方法。上海金 茂大厦施工中就进行过这方面的尝试,取得了良好的效果 [4]。 图8 高程测量原理 7 GPS测量原理及工程应用 传统的施工测量遵循“从整体到局部,先控制后碎部”的 原则。但随着超高层建筑高度的不断增加和体型的更加复 杂,传统的施工测量方法暴露出许多薄弱环节:一是测量效 率低、累计误差大。采用传统的方法进行超高层建筑施工测 量,工作环节越来越多,地面测量控制网须经测量平台多次 转换才能传递至高空作业面,测量效率显著下降,测量误差 逐步增大;二是环境影响大,有效作业时间少。随着建筑高度 的不断增加,超高层建筑的空间位置受环境(风、日照等)的 影响越来越大,而传统的施工测量方法又不能消除环境对施 工测量精度的影响,只能通过被动地选择有利时间来控制环 境对施工测量精度的影响,因此施工测量有效作业时间少。 GPS技术作为一种全新的测量手段,其优点主要体现在 不存在误差积累、精度高、速度快、全天候、无需通视和点位 不受限制,并可同时提供平面和高程的三维位置信息。近年 来,工程技术人员充分发挥 GPS测量技术的全球定位优势, 提高超高层建筑施工测量精度和效率,取得了阶段性成果 [2,5]。 7.1GPS测量原理 GPS是全球定位系统(GlobalPositioningSystem)的简 称,是由24颗人造卫星和地面站组成的全球无线导航与定 位系统。GPS卫星的分布使得在全球的任何地方,任何时间 都可观测到四颗以上的卫星,并能保持良好定位解析精度。 它具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力。正是因为 全球定位系统具有巨大优越性,因此在美国发展了 GPS全球 定位系统以后,许多国家和地区都在构建自己的全球卫星定 位系统,如俄罗斯的 GLONASS、中国的北斗星和欧洲的伽利 略全球卫星定位系统都在建设中或已经建成。 7.1.1 系统组成 GPS系统由三大部分组成,即空间部分、地面监控部分、 用户设备部分。 (1)空间部分:GPS系统的空间部分是指 GPS工作卫星 星座,共由 24颗卫星组成,均匀分布在 6个轨道上。其主要 71· 《建筑施工》第30卷 胡玉银:第五讲:超高层建筑施工测量(二) 功能是:根据地面监控指令接收和储存由地面监控站发来的 导航信息,调整卫星姿态、启动备用卫星;向 GPS用户播送导 航电文,提供导航和定位信息;通过高精度卫星钟向用户提 供精密的时间 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 (2)地面监控部分:GPS工作卫星的地面监控系统包括 一个主控站、三个注入站和五个监测站。其主要功能是:对空 间卫星系统进行监测、控制,并向每颗卫星注入更新的导航 电文。 (3)用户设备部分:由 GPS接收机硬件和相应的数据处 理软件以及微处理机及其终端设备组成。其主要功能是:接 收 GPS卫星发射的信号,获得必要的导航和定位信息及观测 量,并经简单数据处理实现实时导航和定位,用后处理软件 包对观测数据进行精加工,以获取精密定位结果。 7.1.2 工作原理 GPS系统运用测距后方交会原理定位与导航,利用三个 以上卫星的已知空间位置交会出地面未知点(接收机)的位 置,如图 9所示。因此,利用 GPS卫星导航定位时,必须同时 跟踪至少三颗以上的卫星。 图9GPS卫星定位原理 根据接收机天线的运动状态,GPS系统定位可以分为静 态定位和动态定位,GPS卫星导航实质上就是广义的 GPS动 态定位。根据工作方式不同,GPS导航定位又可分为绝对定 位和相对定位。GPS绝对定位也叫单点定位,即利用 GPS卫 星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天 线在 WGS-84坐标系中相对于坐标原点(地球质心)的绝对 位置。GPS相对定位也叫差分 GPS定位,即至少用两台 GPS 接收机,同步观测相同的 GPS卫星,确定两台接收机天线之 间的相对位置,它是目前GPS定位中精度最高的一种方法, 广泛用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究和精 密导航。目前又发展了一种叫载波相位动态实时差分-RTK (Real-timekinematic)技术,其实质也就是相对定位,只不 过它能快速完成搜索求解。其基本过程是基准站(已知点)通 过数据链将其采集的观测数据和测站信息一起传送给流动 站,流动站利用同步采集到的 GPS观测数据,在系统内组成 差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果。经过 几十年的发展,GPS定位技术的测量精度能够基本满足施工 控制网布设要求,实用性大大增强。如“拓普康”HiPer ProGPS接收机静态测量精度为平面 3mm+0.5ppm,高程 5mm+0.5ppm;RTK实时动态测量精度为平面 10mm+ 1.0ppm,高程15mm+1.0ppmm。 7.2 工程应用 7.2.1 工程概况 阿联酋迪拜大厦(BurjDubaiTower)建筑造型取意于沙 漠花,是伊斯兰国家历史与文化的结晶,总建筑面积 479830m2,其中塔楼建筑面积 280000m2,地下四层,地上 168层,高达705m(暂定),建成后将成为世界第一高楼。该 工程集住宅、商务、酒店、观光、娱乐、购物和休闲于一体。为 了提高建筑各楼层的观光效果和结构抗侧向荷载的能力,建 筑平面呈 Y形。B2-F156采用钢筋混凝土束筒结构体系(与 美国西尔斯大厦相似,希尔斯大厦采用的是钢结构束筒结构 体系),F157以上则采用钢结构桁架筒体结构体系。钢筋混 凝土束筒结构体系随建筑高度逐步呈螺旋式收分,以提高建 筑的抗风性能。 图10 阿联酋迪拜大厦 7.2.2 测量难点 作为世界第一高楼,迪拜大厦施工测量面临许多技术难 题:一是塔楼结构超高、体形纤细,施工过程中变形显著。结 构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明,温度每变化 10℃,塔楼混凝土顶部将每隔 6h 偏移高达150mm,即该楼层每小时将发生 25mm的偏移,因 此造成测量控制网的稳定性差。二是塔楼空间位置受环境影 响的变化规律非常复杂。塔吊、风和日照等都会引起结构变 形,使得塔楼产生比较严重的倾斜和晃动。由于塔楼受环境 影响的变化规律非常复杂,理论分析难以准确把握。三是施 工测量工作巨大。为加快施工速度,迪拜大厦结构分核心筒、 三个翼缘四条流水线,采用液压自动爬升模板系统施工,模 板系统施工需要设置 240个参照点。采用内控法进行垂准 测量的传统测量方法既不实用也不安全。因此,有必要开发 出一套测量系统,能有效地提供大量的参照点并能在建筑偏 移的时候使用,即测量系统能够有效消除环境对施工测量精 度的影响。 7.2.3 测量方法 第1期 1/2008 ·72· 2008年1月出版 · 迪拜大厦周边场地开阔,视线良好,因此在 20层以下, 采用了外控法进行平面控制网的垂直传递。后随着楼层的升 高,塔楼受到诸多因素影响而产生的偏移越来越显著,将严 重影响施工测量精度。同时楼层超过 20层以后,模板系统 的上层平台的阻隔使得看清现场的外界参照点变得越来越 困难,通视条件的恶化使得外控法的使用效果越来越差。为 此工程技术人员探索采用了 GPS定位与高精度仪器测斜相 结合确定施工控制点的精确空间位置,为施工提供统一的测 量放样基准。其原理为,首先运用GPS确定测量控制点的空 间位置,同时利用测斜仪确定塔楼变形情况,然后根据测斜 仪反映的结构变形情况修正控制点的 GPS测量结果,最终得 到测量控制点的基准空间坐标,用于施工放样。 7.2.4 测量系统 测量系统由定位测量子系统和倾斜测量子系统组成。 二大子系统通过网络形成整体,实现系统功能,如图 11所 示。 图11 测量系统 (1)定位测量子系统 定位测量子系统由 GPS基准站,GPS接收器和带圆形 棱镜的天线以及全站仪组成,如图12~15所示。该系统最少 由 3个 GPS接收器组成,一般安装在模板顶层的固定高杆 上。倾斜式圆形棱镜安装在各天线的下面,全站仪(TPS)安装 在混凝土楼层上且能看到所有的 GPS测量站。GPS与 TPS 的组合构成了“定位测量子系统”。 GPS定位采用静态模式,卫星信号数据被接收并贮存。 与此同时,使用 TPS仪器测量安装在 GPS天线下的棱镜的 角度和距离。然后,再用 TPS测量设置在新浇混凝土上的参 照点,这些参照点用于控制模板安装位置。在观测完成后,数 据反馈至办公室进行处理。运用最小二乘后方交会法确定 TPS的位置。最后,根据 TPS坐标得出所有测量参照点的坐 标,为模板安装定位等提供测量依据。 图12定位测量子系统图 图13GPS和圆形棱镜的组合 图14GPS主动控制点 图15连续工作式基准站 (2)倾斜测量子系统 倾斜测量子系统由NIVEL200双轴高精度倾斜仪、电脑 网络系统及GeoMoS软件组成。NIVEL200双轴高精度倾斜仪 (下转第 77页) 胡玉银:第五讲:超高层建筑施工测量(二) 第1期1/2008 73· 2008年1月出版 · (上接第 73页) 的绝对测量精度达 +/-0.2弧分。倾斜仪随结构施工逐步布 设,在每隔约 20层楼的高度上设置总共 8个高精度倾斜 仪。倾斜仪安装在核心筒剪力墙的中心位置以防干扰破坏。 倾斜仪安装完成后,应根据该楼层的测量参照点进行校正以 便观测楼层与桩基的垂直情况。倾斜仪通过 RS-485信号总 线与安装在测量办公室的电脑上的 LAN网线接口连接 GeoMoS软件,组成倾斜测量子系统,如图 16所示。GeoMoS 软件由监测器和分析器两个部分组成。监测器是一个在线的 工作软件,主要负责传感器的控制、数据的收集以及事件的 管理。分析器是一个分体式的软件,主要用于测量数据的分 析、可视化和后处理。倾斜测量子系统对结构的倾斜情况进 行连续的实时测量, 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 各楼层上仪器的数据,输出大楼与 垂直轴线偏移的 X轴和 Y轴值。对偏移的预测分析完毕后, 修正 GPS定位测量得到的 TPS和参照点的坐标,安装在模板 图16 倾斜仪与电脑的连接 顶层的测量系统便开始为大楼的施工发送精确的定位信息。 工程实践表明,该系统能够连续为模板安装定位提供测 量基准,定位精度达到 15mm。该测量系统还可以识别塔楼 任何方向超过 20mm的长期偏移。该测量系统不仅具有测 量效率高、累积误差小等优点,而且能够准确确定和有效消 除环境对施工测量精度的影响,因此可以实现全天候测量, 为加快施工速度创造了良好条件,其成功经验值得我们借 鉴。 (致谢:张晶高级工程师详细审阅了本文,提出了许多宝 贵的修改意见,崔晓强博士提供了广州新电视塔施工测量实 践经验,在此一并致以诚挚谢意!) 参 考 文 献 [1]江正荣,杨宗放.特种工程结构施工手册.北京:中国建筑工业出 版社,1998. [2]Jo?lVanCranenbroeck,DouglasMclHayes,IanR.Sparks.Driving BurjDubaiCoreWallswithanadvanceddatafusionsystem.3rd IAG/12thFIGSymposium,Baden,May22-24,2006. [3]周屹东.金茂大厦工程测量技术.北京,建筑技术,1998(11). [4]张关林,石礼文.金茂大厦决策·设计·施工.北京:中国建筑工 业出版社.2001. [5]花向红,王新洲.GPS定位技术在超高层建筑中应用初探.北京, 工程勘察2000(2). 置设置强制归心措施架,由 A全站仪采集坐标数据后架设一 台全站仪 P进行测量作业。在作业工程中,对投上来的点进 行时时检测,发现偏差及时对全站仪 A和棱镜 B、C进行调 整,然后利用小棱镜对全站仪 P的位置进行数据修正,全站 仪 P重新进行定向修正后继续测量工作。通过此种方法,克 服了现场工作环境不稳定的影响,提高了测量精度、使施工 质量得到了有效保障(工作示意如图7)。 图7在现场工作不稳定状态下测量控制示意图 5 总结和思考 本工程属于标志性的超高层建筑,其建筑设计的复杂性 和施工工艺的特殊性都决定了现场测量施工具有很高的难 度。本文对实际操作过程中平面控制、垂直测量控制系统中 的实施,以及在通视条件不利情况下控制点投递的误差分 析、高空不稳定状态下的测量等采取了有效的处理方法,较 为详细的提供了一个超高层建筑施工中测量控制系统的解 决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 主楼垂直度、结构的平面位置控制,通过 GPS静态观测 进行复核检测,观测时采用三台GPS接收机按静态相对测量 模式进行同步观测,其中两台 GPS接收机分别设置在 G1、G2 点上,另外一台GPS接收机设置在顶层特征点上,西南、东北 两端各设置一个特征点,每一个特征点作为一个观测时段进 行观测,观测所得数据与采用常规测量实测的数据进行比 较,其比较结果两个特征点 X、Y坐标偏差在±20mm以内,工 程整体垂直度偏差小于 1/20000,以及其它各项偏差完全在 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 允许的控制范围之内,也满足项目部测量控制目标的要 求,这表明采用这种测量方法对超高层建筑的平面位置、垂 直度控制是可行的。 虽然通过协同努力,工程整体垂直度偏差以及其它各项 控制偏差完全在规范允许的控制范围之内,按业主要求实现 了结构按期封顶。但通视条件不理想、作业环境不稳定时,临 时点位置选取、能否通过观测远程物体确定方位角进行匹 配,提高测量工作效率、减少仪器耗用、资源最优化利用等问 题都是值得深入研究的。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 张晋、张林、方庆法、刘廷明、王尚贵:超高层建筑工程测量控制系统的建立及实施对策 第1期1/2008 77·