GPS定位技術(shù)在高層建筑施工基準傳遞中的應(yīng)用

【摘要】在高層建筑的建造過程中，基準傳遞是十分關(guān)鍵的一環(huán)，也是確保測量數(shù)據(jù)準確的基本步驟。采用GPS技術(shù)來進行高層建筑物建造中的基準傳遞，并對于這種傳遞進行定位，有利于滿足工程建筑迅捷、優(yōu)質(zhì)的質(zhì)量要求，使得高層建筑物的施工活動符合指標。本文結(jié)合具體的建筑工程案例，分析了GPS技術(shù)在高層建筑物基準傳遞方面的定位作用。實驗和研究結(jié)論顯示：在高層建筑物基準傳遞中，采用GPS技術(shù)方式來定位，能夠收到良好的效果。

【關(guān)鍵詞】GPS定位技術(shù)；高層建筑施工；基準傳遞；具體應(yīng)用

近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，各種高層建筑的建設(shè)工程數(shù)量也在不斷增加。層次較高建筑物在我國的大中型城市越來越普遍，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，層次越來越高。這樣的現(xiàn)狀，對建筑物施工過程中的測量活動提出了更嚴格的要求。控制施工質(zhì)量的要點包括基準傳遞和垂直程度控制，其中工程測量的準確度、可靠程度和效率，是影響施工進展的主要方面。目前，多數(shù)高層建筑的測量活動都會區(qū)分平面測量和高程測量兩種，常用的測量方式有很多，它們都有自身的優(yōu)勢和弊端。其中，許多測量方式有特殊的環(huán)境要求，并且誤差率會隨著建筑物的增高而增大，測量數(shù)值的控制難度也會逐漸上升。因此，我們應(yīng)當探求一種新式的技術(shù)，來解決基準傳遞中遇到的問題。

一、GPS定位技術(shù)概述

作為一種新興的測量方式，GPS已經(jīng)被廣泛使用在建筑施工測量領(lǐng)域中，它所獨有的技術(shù)先進性和技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)得到測量人員的認可。這種定位方式的定位過程準確、定位效率高、不受時間限制，且不需要采取其他輔助措施。同時，這種定位方式還能設(shè)置三維形式的平面信息和高程信息。然而，關(guān)于GPS定位方式在高層建筑物建造領(lǐng)域的具體應(yīng)用，國際上還沒有實例，我國也沒有這方面的施工經(jīng)驗。

高層建筑物的建造活動，會受到施工現(xiàn)場情況和當?shù)丨h(huán)境的干擾。因此，在具體的施工活動中是否適合采用GPS定位，主要取決于其所接受數(shù)據(jù)信號對于干擾的抵抗能力，以及數(shù)據(jù)計算的準確程度。我們需要通過試驗，來判斷GPS技術(shù)的應(yīng)用條件是否齊備。

二、實際應(yīng)用試驗

試驗設(shè)備包括三臺雙頻的接收設(shè)備：其中一臺是安裝在樓頂固定點上的接收設(shè)備，另外兩臺是安裝在鋼標附近的設(shè)備。鋼標的高度約為30米，其中一臺設(shè)施靠近混凝土制成的立柱。這樣安排的目的是準確模擬可能干擾施工活動的物體，如現(xiàn)場附近的塔吊、鋼筋和各種立柱等。

測量過程分為兩個不同的時間段，每個時間段都為一個小時。在這兩段固定的時間里面，我們移動了一個測量端點，并用量尺測出了三個測量點之間的水平距離。我們以第一個測量點為固定坐標，使用GPS將北向作為固定方向，通過投影和變換坐標，就可以計算出每一個點的坐標數(shù)值。通過比較可以知道：采用GPS進行測量所得數(shù)值，要比用量尺直接測量得到數(shù)值的誤差小。這種結(jié)論可以說明：在施工現(xiàn)場存在鋼筋、塔吊等物體干擾的時候，采用GPS技術(shù)的定位效果相對較好。

三、技術(shù)方案設(shè)定

在第一次利用GPS定位技術(shù)進行高層建筑基準傳遞時，要建立標準的坐標系和各種施工坐標之間的變換關(guān)系，以便后續(xù)的施工基準傳遞。我們采用的施工坐標體系，是利用紅線作為坐標的基準點，顧及到建筑物相對的位置，建立的一種獨立性的建筑物施工坐標。為了方便數(shù)值取樣，我們將四個測量的基準點都安排在了建筑物的主要部分里面。

在施工工程的起步階段，由于沒有充分顧及到采用GPS方式進行試驗的可能性，建筑物的外側(cè)沒有安排相應(yīng)的樣品基點。因此，我們應(yīng)當首先將GPS的測量數(shù)值和已有的坐標體系統(tǒng)一起來，避免由于建筑物的上部采用了GPS方式，而下部已經(jīng)結(jié)束施工，導致建筑物兩部分的測量基準相脫離。要保證整個建筑物測量基準的統(tǒng)一性。

針對這一工程施工范圍較小、施工期限較短、精確程度要求高的特征，我們在高層建筑施工現(xiàn)場的外側(cè)建立了兩個穩(wěn)定性較強的基準點用于控制。在進行每一次的測量時，首先將固定的一點作為起算點，將固定的方向作為起算的方向，這樣能夠保證采用GPS方式定位時的計算基點和方向一致。起算點的坐標和方向由第一次進行的GPS測量來決定。當對于每一次測量所得數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化的時候，要采取一致的轉(zhuǎn)化標準，并依據(jù)第一次的GPS測量數(shù)據(jù)來確定轉(zhuǎn)化用到的參數(shù)。

在上圖中，01點位于建筑現(xiàn)場外側(cè)一棟高度為二層的樓頂上，這棟房屋屬于建筑單位的辦公樓，因此比較方便進行觀測點的設(shè)置和維護。這一觀測點距離高層建筑物約有90米，觀測當時的空氣能見度較好。02點位于建筑現(xiàn)場外側(cè)一處混凝土制成的道路上，觀測點的基礎(chǔ)比較堅固，很少受到過往車輛的干擾，方便設(shè)置觀察點，且當時空氣能見度也較好。這一點與建筑物的距離約為140米。圖中的03點、04點、05點和06點都是施工活動的基準傳遞點。

四、數(shù)據(jù)處理和精確度

采用GPS定位技術(shù)來處理數(shù)據(jù)的流程如下：對于數(shù)據(jù)的基線進行向量計算；計算向量網(wǎng)絡(luò)的三維形式無約束狀態(tài)下和二維形式約束狀態(tài)下的平差；實現(xiàn)坐標的成果轉(zhuǎn)化。在計算基線、計算向量網(wǎng)絡(luò)平差以及轉(zhuǎn)化坐標數(shù)值時，都要采用給定型號的軟件。

第一次運用GPS進行測量的目標是確定01和02兩個固定點的位置和用來轉(zhuǎn)化的參數(shù)。處理數(shù)據(jù)的主要流程為：對于基線進行運算；確定01點的無約束三維形式平差；在確定了方位之后，通過投影和轉(zhuǎn)化坐標，可以得到每個點的坐標數(shù)值；在整個坐標系中，將03點固定住，將03點和04點的方向作為標準方向，對平面進行水平移動和轉(zhuǎn)動，就可以得到01點和02點的具體坐標數(shù)值。

在第二次以及后續(xù)每一次的測量和處理數(shù)據(jù)過程中，主要的步驟和第一次略有不同，具體而言包括以下步驟：對基線進行計算；固定住01點并確定三維形式網(wǎng)絡(luò)的無約束平差；在第一次確定的中央子午線和01點、02點兩點的坐標中，進行二維形式的約束平差確定；利用第一次觀測得到的參數(shù)，對這一坐標進行水平的移動和旋轉(zhuǎn)，然后得到每個點在整個施工坐標體系中的具體位置。

由上表中的計算結(jié)果可以得知：每一個基準傳遞點的水平方向精確程度為1.5毫米，上線數(shù)值接近3毫米；水平方向上的點位精準程度為2.2毫米，上線數(shù)值為3毫米左右；大地高的精準程度為3毫米左右，上線數(shù)值接近7毫米。這說明采用GPS進行觀測得到的數(shù)值結(jié)果準確程度還是比較高的。另外，具體進行每一次的觀測時，測量人員可以在每一層施工面上用尺子量出03點、04點、05點和06點的相對數(shù)值，并將這些數(shù)值和采用GPS測量得到的數(shù)值進行比較，來檢驗測量結(jié)果的精準程度。

結(jié)語：

實驗和研究結(jié)論顯示：GPS的定位技術(shù)，在高層建筑物基準傳遞方面有著傳統(tǒng)技術(shù)手段所不具備的優(yōu)勢，例如：GPS能夠直接傳遞三維的施工基準，施工人員可以在現(xiàn)場的外側(cè)設(shè)置技術(shù)控制的端點，同時，這種定位方式可以避免分段傳遞基準時產(chǎn)生的誤差。許多大中型城市中的建筑物層次都有增高的趨勢，在這樣的形勢下，GPS在精確度、工作效率和方式方面的特征會愈加突出，具有廣闊的應(yīng)用前景。在實際的施工過程中，通過參數(shù)的變換，可以減輕演算數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)化測量結(jié)果時的外界因素干擾，提升測量的精確程度。

參考文獻：

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