昆明超高層建筑測量技術分析及測繪新技術應用

龔振文

(云南農業大學水利水電與建筑學院，云南昆明 650201)

隨著新昆明建設跨越式發展實施，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價值，高效利用城市市政設施等公共資源，是昆明城市化進程必經之路，是現代化大都市地標建筑。昆明將成為我國對東南亞開發橋頭堡的，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景線。能讓稀少土地資源高效開發，例如昆明東風廣場地塊將建昆明市最高的地標建筑，高度456 m，是兼顧商業、酒店、金融、貿易、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量，使超高層建筑施工順利完成，例如結構施工階段的軸線定位與標高控制精度直接關系到后續工程如柱、墻、梁，幕墻安裝、電梯安裝及其他設備安裝質量，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。其中，中央公園以綠化為主，結合盤龍江濱水景觀延續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，北區主要為住宅，南區建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層為商業區，塔樓西面還有5層的商業裙房，裙樓內有2層為酒店餐廳，觀光層為83層;塔樓6層、20層、35層、51層、67層是避難及設備轉換區，面積為1．917 2萬m2;地下室有4層，總面積為4．554 8 萬 m2，設計高度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，因風力、日照、自振等外界因素作用大于常規建筑，同時也因沉降因素使觀測點位發生變動，影響測量精度。也要考慮建筑物的沉降量及上部結構的標高的檢查和修正。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生變形，外部鋼結構因受日照、風力、自振、焊接變形等不利因素的影響而使整體結構產生變形，測量難度較大。昆明地下水淺，土質為淤泥質土，已知的坐標、高程控制點受到地質情況影響，會發生變化。

超高層建筑物施工測量中的關鍵是控制垂直度，把建筑物底層軸線往上投測，使各層對應軸線位于同一鉛豎面上，采用高精度激光鉛直儀把基礎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控法，測量放線分為軸線和細部放樣。首先是建立施工測量平面和高程控制網，為施工放樣提供依據;然后將施工測量的平面控制網和高程控制網引測至作業面，確保工程施工和運營安全。接下來是根據施工測量控制網，進行超高層建筑主要軸線定位及放樣;工程結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計優化相關數據;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，高程點誤差在4 mm以內。

3 超高層建筑施工階段測量工作

1)控制測量。

工程平面控制網分外控制網和內控制網兩級:外控制網采用GPS測量。內控制網以外控制網為基準建矩形控制網。外平面控制基準網布置大地四邊形，基準點宜布設4個以上。根據施工現場附近良好的地質條件，外控制網大致形成一個以塔樓為中心的四邊形，內網均逐層向上傳遞，作為該層施工的基準;為了控制投影誤差的積累，外網每隔12層、內網每隔20層進行整體傳遞。高程控制網布設成閉合路線，采用電子水準儀進行往返閉合測量，水準網布置大地四邊形，基準點宜布設4個，按國家二等水準測量要求進行施測。

2)施工放樣測量。

軸線是高層建筑施工的生命線，軸線放樣精度會關系到建筑整體垂直度及構件安裝速度。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，再測放出各個細部的軸線、再由細部軸線放出各柱、墻、梁邊線、門窗洞口線、集水井、電梯井邊線，激光掃平儀標出水平線。

3)垂直度測量。

在底部塔筒中心基準點上，安置天頂垂準儀將4個中心點投至施工平臺面上，其次采用數字正垂等先進儀器，測量精度為0．1 mm，減輕勞動強度，提高作業效率。也可用高精度水準儀改裝成垂準儀提供鉛垂線。建筑物垂直度及各樓層垂直度的有效控制措施。布設導線103條，支導線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 測繪新技術應用于超高層建筑測量

1)激光垂準儀應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儀引測平面控制主軸線點。主軸線平面控制網的垂直引測:分別架設激光鉛直儀于首層標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，以便目標層的測量軸線控制。應用全自動激光垂準儀可達到自動安平且范圍大、精度高，一次水準泡就可，無須瞄準，直接投射;操作方便，一次完成(見圖3)。

圖3 激光垂準儀

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動自動照準無棱鏡模式，導向光，自動調焦特點，實現測繪內外業一體化，測量機器具有實時處理數據的功能，以便于可以實時檢查測量的質量，提高測量效率;其集成化有利于各種儀器進行數據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據，使施工放線質量和效率可以大大提高，當激光垂準儀不便投測時，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，用數字正垂儀，測量機器人也可進行塔樓傾斜偏差校正。

3)GPS應用于超高層建筑。

GPS測量技術具有控制點布局靈活，精度高，不受風吹日照、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點。應用范圍廣，從平面控制網、高程控制網、高程傳遞、各層軸線投測，到變形監測都可應用GPS測量技術完成，也可進行控制網精度復核，使施工測量數字化、智能化、網絡化、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觀測，其起坐標偏差在±30mm以內，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可滿足變形監測的要求，測量成果精確，過程簡單，自動化觀測和連續觀測;實時全天候的自動監測;因高程精度低，重要部位補充沉降觀測，實施內外業一體化，采用數字水準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、高效、簡捷。利用GPS也可進行塔樓垂直度監測，為合理指導施工進度提供依據。

4)高精度全站儀應用于鋼結構安裝測量。

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

5)網絡技術應用于超高層建筑測量管理。

常規施工測量管理是手工操作，有紙作業。其缺點是效率低、質量差，而采用網絡技術，可實現無紙作業，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。而且測繪數據容易保存，容易復制和傳播。減少中間環節，降低測量管理費用，它是施工測量管理技術上一大進步，使施工測量信息互聯互通，能促進工程施工的質量提高和工程進度加快。

6)CORSRTK技術應用于超高層建筑測量設想。

CORSRTK技術作用范圍廣、精度高，還可單機作業。CORS系統能夠在城市區域內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技術收集超高層建筑工程范圍內以及周邊環境的主要地質、地形、地貌情況。用CORS網絡技術也可布設控制網，然后用靜態GPS測量技術進行復測，利用CORS網絡技術進行施工碎部點放樣時，僅需把設計好的點位坐標輸入到電子手簿中，根據前后左右坐標差就可找到放樣點，高效，快捷，放樣點位精度高且誤差比較均勻，極大提高了作業時效。運用CORS系統結合RTK測量技術對超高層建筑放樣，無須相互通視，整個工程項目區域可收到信號，達到精度高、實時性，能有效提升超高層建筑施工測量的質量和效率。

7)信息化測繪技術應用于超高層建筑展望。

傳統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據，數字化制圖，網絡化管理的立體全方位信息化超高層建筑測量系統，通過建立超高層建筑工程測量處理數據庫，應用高速圖形圖像寬帶網絡進行測繪信息管理和傳輸，應用多維、動態GIS影像、圖形和DEM一體化，基于互聯網和內聯網的網絡GIS進行施工測量現場的可視化管理，施工測量人員PDA掌上電腦的普遍應用，用信息化測繪技術來解決超高建筑工程中傳統測量方法難以解決的測量速度、精度、變形等技術難題，實現對超高層建筑工程施工進度、質量、安全的有效控制。應用測量機器人(智能全站儀)及超站儀(如圖6，圖7所示)實時測量系統進行超高層建筑測量。應用GPS測量技術能完成超高結構建筑垂直度放樣，也可放出垂直軸線，還能在工程施工過程中進行變形監測。

圖6 RTKGPS接收機2

圖7 超站儀

5 結語

超高層建筑工程質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，節省造價。傳統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、數字正垂儀、激光垂準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，提高作業效率，取得明顯的經濟效益。總之，超高層建筑測量將邁向信息采集、數據處理和成果應用的數字化、智能化、網絡化、實時化、可視化的信息測繪新時代。

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