昆明超高層建筑測量技術(shù)分析及測繪新技術(shù)應(yīng)用

龔振文

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電與建筑學(xué)院，云南昆明 650201)

隨著新昆明建設(shè)跨越式發(fā)展實施，城市土地資源變得稀有奇缺，建造超高層建筑可最大限度提升土地的開發(fā)價值，高效利用城市市政設(shè)施等公共資源，是昆明城市化進程必經(jīng)之路，是現(xiàn)代化大都市地標(biāo)建筑。昆明將成為我國對東南亞開發(fā)橋頭堡的，必然將建造大批超高層建筑，使昆明高原明珠的城市形象更加雄偉壯觀，美麗動人，為昆明打造出一條亮麗的風(fēng)景線。能讓稀少土地資源高效開發(fā)，例如昆明東風(fēng)廣場地塊將建昆明市最高的地標(biāo)建筑，高度456 m，是兼顧商業(yè)、酒店、金融、貿(mào)易、公寓、觀光等多功能的超高層建筑。

施工測量在昆明超高層建筑施工中是工程師眼睛，可確保超高層建筑的施工質(zhì)量，使超高層建筑施工順利完成，例如結(jié)構(gòu)施工階段的軸線定位與標(biāo)高控制精度直接關(guān)系到后續(xù)工程如柱、墻、梁，幕墻安裝、電梯安裝及其他設(shè)備安裝質(zhì)量，它也能確保超高層建筑安全性運營。

1 工程概況

項目北至東風(fēng)路、南至金碧路、西起盤龍江、東至白塔路，由尚義路、北京路劃分為4個片區(qū)。其中，中央公園以綠化為主，結(jié)合盤龍江濱水景觀延續(xù)了已形成的市民假日休閑場所(見圖1)。兩個塔樓高度達330 m，層數(shù)為83層的超高層建筑，把城市購物，酒店，寫字樓，高端住宅，昆明全城觀光匯集一身。以象征主義建筑手法表現(xiàn)出南亞之門形象，暗示新昆明向上攀登最高峰氣概。方法新穎、效果顯著，給觀者更直觀地了解南亞之門(見圖2)。項目由一棟塔樓和四棟住宅組成。該項目位于云南省昆明市盤龍區(qū)拓東路78號，占地面積3．075 5萬m2，總建筑面積為54．564 9萬m2，分為南北兩區(qū)，北區(qū)主要為住宅，南區(qū)建83層的主塔樓，36層～66層為公寓，面積為10．190 5萬m2;7層～34層為辦公樓，1層～5層為商業(yè)區(qū)，塔樓西面還有5層的商業(yè)裙房，裙樓內(nèi)有2層為酒店餐廳，觀光層為83層;塔樓6層、20層、35層、51層、67層是避難及設(shè)備轉(zhuǎn)換區(qū)，面積為1．917 2萬m2;地下室有4層，總面積為4．554 8 萬 m2，設(shè)計高度333 m。

圖1 南亞之門位置

圖2 南亞之門效果圖

2 超高層建筑測量思路

由于在高空，因風(fēng)力、日照、自振等外界因素作用大于常規(guī)建筑，同時也因沉降因素使觀測點位發(fā)生變動，影響測量精度。也要考慮建筑物的沉降量及上部結(jié)構(gòu)的標(biāo)高的檢查和修正。同時施工過程中混凝土核心筒因受沉降、混凝土收縮、徐變等因素的影響而產(chǎn)生變形，外部鋼結(jié)構(gòu)因受日照、風(fēng)力、自振、焊接變形等不利因素的影響而使整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，測量難度較大。昆明地下水淺，土質(zhì)為淤泥質(zhì)土，已知的坐標(biāo)、高程控制點受到地質(zhì)情況影響，會發(fā)生變化。

超高層建筑物施工測量中的關(guān)鍵是控制垂直度，把建筑物底層軸線往上投測，使各層對應(yīng)軸線位于同一鉛豎面上，采用高精度激光鉛直儀把基礎(chǔ)軸線控制點向上投測，高程用全站儀向上傳遞。地上施工測量采用內(nèi)控法，測量放線分為軸線和細(xì)部放樣。首先是建立施工測量平面和高程控制網(wǎng)，為施工放樣提供依據(jù);然后將施工測量的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)引測至作業(yè)面，確保工程施工和運營安全。接下來是根據(jù)施工測量控制網(wǎng)，進行超高層建筑主要軸線定位及放樣;工程結(jié)束后要進行竣工測量，可提供建筑工程竣工驗收和維修及設(shè)計優(yōu)化相關(guān)數(shù)據(jù);而在建筑施工和運營中所從事的變形觀測，可維護工程施工和運營安全順利完成。塔樓施工測量精度要達到大樓工程竣工后塔樓中心垂直偏差小于40 mm，樓層控制點小于5 mm，垂直投點誤差小于5 mm。長度相對誤差為1∶30 000，安裝測量中，要求軸線控制點誤差在5 mm以內(nèi)，高程點誤差在4 mm以內(nèi)。

3 超高層建筑施工階段測量工作

1)控制測量。

工程平面控制網(wǎng)分外控制網(wǎng)和內(nèi)控制網(wǎng)兩級:外控制網(wǎng)采用GPS測量。內(nèi)控制網(wǎng)以外控制網(wǎng)為基準(zhǔn)建矩形控制網(wǎng)。外平面控制基準(zhǔn)網(wǎng)布置大地四邊形，基準(zhǔn)點宜布設(shè)4個以上。根據(jù)施工現(xiàn)場附近良好的地質(zhì)條件，外控制網(wǎng)大致形成一個以塔樓為中心的四邊形，內(nèi)網(wǎng)均逐層向上傳遞，作為該層施工的基準(zhǔn);為了控制投影誤差的積累，外網(wǎng)每隔12層、內(nèi)網(wǎng)每隔20層進行整體傳遞。高程控制網(wǎng)布設(shè)成閉合路線，采用電子水準(zhǔn)儀進行往返閉合測量，水準(zhǔn)網(wǎng)布置大地四邊形，基準(zhǔn)點宜布設(shè)4個，按國家二等水準(zhǔn)測量要求進行施測。

2)施工放樣測量。

軸線是高層建筑施工的生命線，軸線放樣精度會關(guān)系到建筑整體垂直度及構(gòu)件安裝速度。先將主軸線控制線直投到各施工層，再測放出各個的軸線、邊線、門窗洞口線、集水井、電梯井線。先將主軸線控制線直投到各施工層，再測放出各個細(xì)部的軸線、再由細(xì)部軸線放出各柱、墻、梁邊線、門窗洞口線、集水井、電梯井邊線，激光掃平儀標(biāo)出水平線。

3)垂直度測量。

在底部塔筒中心基準(zhǔn)點上，安置天頂垂準(zhǔn)儀將4個中心點投至施工平臺面上，其次采用數(shù)字正垂等先進儀器，測量精度為0．1 mm，減輕勞動強度，提高作業(yè)效率。也可用高精度水準(zhǔn)儀改裝成垂準(zhǔn)儀提供鉛垂線。建筑物垂直度及各樓層垂直度的有效控制措施。布設(shè)導(dǎo)線103條，支導(dǎo)線297條，測量碎步點近3萬個，總垂直度0．001 8%，最大垂直度偏差13 mm，平均垂直度偏差7 mm，最大層間垂直度偏差7 mm。

4 測繪新技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑測量

1)激光垂準(zhǔn)儀應(yīng)用于超高層塔垂直投測工作。

因塔樓建筑高度高，平面控制測量將直接影響建筑物垂直度，故在塔樓每層樓面施工時均采用激光垂準(zhǔn)儀引測平面控制主軸線點。主軸線平面控制網(wǎng)的垂直引測:分別架設(shè)激光鉛直儀于首層標(biāo)示的主控制軸線點上，將主控制軸線點逐一垂直引測至同一樓層，以便目標(biāo)層的測量軸線控制。應(yīng)用全自動激光垂準(zhǔn)儀可達到自動安平且范圍大、精度高，一次水準(zhǔn)泡就可，無須瞄準(zhǔn)，直接投射;操作方便，一次完成(見圖3)。

圖3 激光垂準(zhǔn)儀

圖4 測量機器人

圖5 RTKGPS接收機1

2)測量機器人用于超高層建筑。

測量機器人具有高精度智能自動化馬達驅(qū)動自動照準(zhǔn)無棱鏡模式，導(dǎo)向光，自動調(diào)焦特點，實現(xiàn)測繪內(nèi)外業(yè)一體化，測量機器具有實時處理數(shù)據(jù)的功能，以便于可以實時檢查測量的質(zhì)量，提高測量效率;其集成化有利于各種儀器進行數(shù)據(jù)的采集并進行交換和共享，以提高施工放線工作的效率和進度(見圖4)。測量機器可以在線處理測量數(shù)據(jù)，使施工放線質(zhì)量和效率可以大大提高，當(dāng)激光垂準(zhǔn)儀不便投測時，可用測量機器人向施工樓層傳遞控制點。將平面測量基準(zhǔn)傳遞給施工樓層，再測出所有軸線點為該樓層的施工測量提供依據(jù)，用數(shù)字正垂儀，測量機器人也可進行塔樓傾斜偏差校正。

3)GPS應(yīng)用于超高層建筑。

GPS測量技術(shù)具有控制點布局靈活，精度高，不受風(fēng)吹日照、震動等外界不利因素干擾，可減少人為誤差和搬站過程的累積誤差的優(yōu)點。應(yīng)用范圍廣，從平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、高程傳遞、各層軸線投測，到變形監(jiān)測都可應(yīng)用GPS測量技術(shù)完成，也可進行控制網(wǎng)精度復(fù)核，使施工測量數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時化、自動化，確保超高層建筑施工測量工作高效，快捷，簡單，高精度。

用GPS對各控制點和各層水平和垂直軸線進行靜態(tài)觀測，其起坐標(biāo)偏差在±30mm以內(nèi)，工程整體垂直度偏差小于1/30 000，因此，用GPS可進行塔樓垂直度和平面位置檢測，而采用GPS RTK可滿足變形監(jiān)測的要求，測量成果精確，過程簡單，自動化觀測和連續(xù)觀測;實時全天候的自動監(jiān)測;因高程精度低，重要部位補充沉降觀測，實施內(nèi)外業(yè)一體化，采用數(shù)字水準(zhǔn)儀對各觀測點測出高程值，無線傳輸給控制中心，快速繪制沉降曲線圖(見圖5)，使沉降觀測精準(zhǔn)、高效、簡捷。利用GPS也可進行塔樓垂直度監(jiān)測，為合理指導(dǎo)施工進度提供依據(jù)。

4)高精度全站儀應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)安裝測量。

超高層建筑施工測量的內(nèi)容是進行各層鋼結(jié)構(gòu)安裝測量。把測量控制基準(zhǔn)點投測至鋼平臺頂面，用全站儀三維測量技術(shù)放樣出各控制點，用全站儀進行地腳螺栓埋設(shè)測量，控制鋼柱的位置，鋼柱垂直度校正，構(gòu)件進場復(fù)測，各鋼構(gòu)件之間水平距離和高差的檢測，鋼柱高程檢驗，鋼柱安裝復(fù)測位置都必須用全站儀進行三維空間坐標(biāo)定位測量。最后對鋼柱進行測量校正。用測量機器人對鋼結(jié)構(gòu)進行復(fù)測，能確保鋼結(jié)構(gòu)安裝的精度和安全。

5)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑測量管理。

常規(guī)施工測量管理是手工操作，有紙作業(yè)。其缺點是效率低、質(zhì)量差，而采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實現(xiàn)無紙作業(yè)，能提前對超高層建筑測量項目基本資料收集，能夠大幅度的提升工作效率，還使得測繪管理工作更加輕松，也更加的高效。而且測繪數(shù)據(jù)容易保存，容易復(fù)制和傳播。減少中間環(huán)節(jié)，降低測量管理費用，它是施工測量管理技術(shù)上一大進步，使施工測量信息互聯(lián)互通，能促進工程施工的質(zhì)量提高和工程進度加快。

6)CORSRTK技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑測量設(shè)想。

CORSRTK技術(shù)作用范圍廣、精度高，還可單機作業(yè)。CORS系統(tǒng)能夠在城市區(qū)域內(nèi)向大量用戶同時提供具有高精度、高可靠性的實時定位信息，利用CORSRTK技術(shù)收集超高層建筑工程范圍內(nèi)以及周邊環(huán)境的主要地質(zhì)、地形、地貌情況。用CORS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也可布設(shè)控制網(wǎng)，然后用靜態(tài)GPS測量技術(shù)進行復(fù)測，利用CORS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行施工碎部點放樣時，僅需把設(shè)計好的點位坐標(biāo)輸入到電子手簿中，根據(jù)前后左右坐標(biāo)差就可找到放樣點，高效，快捷，放樣點位精度高且誤差比較均勻，極大提高了作業(yè)時效。運用CORS系統(tǒng)結(jié)合RTK測量技術(shù)對超高層建筑放樣，無須相互通視，整個工程項目區(qū)域可收到信號，達到精度高、實時性，能有效提升超高層建筑施工測量的質(zhì)量和效率。

7)信息化測繪技術(shù)應(yīng)用于超高層建筑展望。

傳統(tǒng)工程測量是地面觀測，手工操作，費力，費時，精度低，要建立自動化采集測量數(shù)據(jù)，數(shù)字化制圖，網(wǎng)絡(luò)化管理的立體全方位信息化超高層建筑測量系統(tǒng)，通過建立超高層建筑工程測量處理數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用高速圖形圖像寬帶網(wǎng)絡(luò)進行測繪信息管理和傳輸，應(yīng)用多維、動態(tài)GIS影像、圖形和DEM一體化，基于互聯(lián)網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)GIS進行施工測量現(xiàn)場的可視化管理，施工測量人員PDA掌上電腦的普遍應(yīng)用，用信息化測繪技術(shù)來解決超高建筑工程中傳統(tǒng)測量方法難以解決的測量速度、精度、變形等技術(shù)難題，實現(xiàn)對超高層建筑工程施工進度、質(zhì)量、安全的有效控制。應(yīng)用測量機器人(智能全站儀)及超站儀(如圖6，圖7所示)實時測量系統(tǒng)進行超高層建筑測量。應(yīng)用GPS測量技術(shù)能完成超高結(jié)構(gòu)建筑垂直度放樣，也可放出垂直軸線，還能在工程施工過程中進行變形監(jiān)測。

圖6 RTKGPS接收機2

圖7 超站儀

5 結(jié)語

超高層建筑工程質(zhì)量與測量精度密不可分，而測量工作的高效，快捷可提高工程進度，縮短工期，節(jié)省造價。傳統(tǒng)工程測量是地面觀測，手工操作，費力，費時，精度低，而采用GPS、測量機器人、數(shù)字正垂儀、激光垂準(zhǔn)儀等測量方法相互校核，互為補充，手段先進，工程效益顯著，減輕勞動強度，提高作業(yè)效率，取得明顯的經(jīng)濟效益?？傊?，超高層建筑測量將邁向信息采集、數(shù)據(jù)處理和成果應(yīng)用的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時化、可視化的信息測繪新時代。

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