對超高層建筑竣工規(guī)劃測量方法的探討

田永明，卞磊，黃雪亭

(1.濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東 濟(jì)南 250013;2.山東省城市空間信息工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250013)

1 前 言

按照層數(shù)，建筑物一般劃分為5 類:4 層以下為一般建筑物;5 層～9 層為多層建筑物;10 層～16 層為小高層;17 層～40 層為高層建筑物;40 層以上為超高層建筑物［1］。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步發(fā)展，結(jié)合緩解城市用地緊張及對建筑功能綜合的需求，超高層建筑不斷涌現(xiàn)。由于超高層建筑通常具有非標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀的建筑輪廓、特殊材質(zhì)的建筑材料、非常規(guī)的建筑高度等建筑特色，在彰顯城市個(gè)性、美化城市景觀的同時(shí)，也給竣工規(guī)劃測量工作的開展帶來了新的難題。

2 工程概況及工作流程

2.1 工程概況

濟(jì)南綠地普利中心項(xiàng)目(如圖1 所示)位于山東省濟(jì)南市普利街南側(cè)、共青團(tuán)路北側(cè)、順河高架路東側(cè)。整個(gè)項(xiàng)目包括容納辦公與公寓的超高層塔樓、配套商業(yè)裙房、地下車庫及城市綠地等功能。其中超高層塔樓位于東西向景觀軸的西側(cè)頂端，設(shè)計(jì)地上60 層、建筑設(shè)計(jì)高度249.70 m、設(shè)計(jì)屋頂構(gòu)件標(biāo)高292.60 m。

圖1 主體塔樓立面、平面示意圖

主體塔樓成弧線三角形，6 層～31 層為標(biāo)準(zhǔn)層，31層～60 層每層建筑輪廓大小不同，自標(biāo)準(zhǔn)層向上逐層縮小，主體塔樓外墻為鋁合金玻璃幕墻體系，利用全站儀設(shè)站測量很難準(zhǔn)確測量各層建筑輪廓特征點(diǎn)，這給利用傳統(tǒng)測量方法進(jìn)行竣工規(guī)劃測量工作帶來了挑戰(zhàn)。

2.2 工作流程

鑒于該項(xiàng)目的建筑特色，采用三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)對邊測量方法相結(jié)合進(jìn)行竣工規(guī)劃測量，能夠快速有效地獲取主體塔樓的建筑輪廓和建筑高度，其主要的工作流程如圖2 所示，采用三維激光掃描技術(shù)對每層建筑輪廓進(jìn)行掃描測量，通過測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取普利中心每層的弧線三角形輪廓，用于后續(xù)竣工圖中平面位置編繪和建筑面積的計(jì)算，結(jié)合對邊測量對主體塔樓的建筑高度進(jìn)行測量。

圖2 竣工規(guī)劃測量主要流程

3 主要工作實(shí)施

3.1 控制測量

選用項(xiàng)目周邊已有的為滿足濟(jì)南市地下管線測繪布設(shè)的4 個(gè)二級導(dǎo)線點(diǎn)2156～2159，二級導(dǎo)線點(diǎn)2156～2159 的高程是按照四等水準(zhǔn)要求進(jìn)行聯(lián)測，經(jīng)檢測2156～2159 的平面及高程精度滿足《城市測量規(guī)范》中對建筑工程竣工規(guī)劃測量精度的要求，并在普利中心項(xiàng)目西側(cè)、南側(cè)和北側(cè)的高層建筑樓頂上新布設(shè)3個(gè)相互通視的GPS 二級控制點(diǎn)P1、P2、P3，其中P1 與二級導(dǎo)線點(diǎn)2157 通視，點(diǎn)位略圖如圖3 所示。

圖3 首級控制點(diǎn)位略圖

3.2 平面位置測量及面積測量、計(jì)算

三維激光掃描測量技術(shù)是一種自動(dòng)立體掃描技術(shù)，是測繪領(lǐng)域繼GPS 技術(shù)之后的又一次技術(shù)革命。它采用非接觸主動(dòng)測量方式對物體進(jìn)行立體掃描，從而快速獲取物體表面三維坐標(biāo)，突破了傳統(tǒng)測量(如全站儀測量，RTK 測量等)單點(diǎn)測量技術(shù)的限制，具有高效、快捷、精確、簡便等特點(diǎn)，可以極大地降低成本，節(jié)約時(shí)間，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

根據(jù)參考文獻(xiàn)［2］、［3］研究可知，三維激光掃描儀點(diǎn)位測量及面積計(jì)算精度滿足竣工規(guī)劃測量的要求，利用某品牌三維激光掃描儀對主體塔樓進(jìn)行建筑輪廓測量，并利用全站儀測量適當(dāng)點(diǎn)位作為檢測點(diǎn)對其進(jìn)行檢核。

激光在玻璃幕墻這種材質(zhì)的反射效果并不理想，主要靠鋁合金框架獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，首先在控制點(diǎn)上架設(shè)三維激光掃描儀從主體塔樓四周進(jìn)行測量，經(jīng)過設(shè)站掃描、預(yù)處理、點(diǎn)云去噪、修補(bǔ)數(shù)據(jù)空洞、切割和點(diǎn)云配準(zhǔn)、點(diǎn)云抽稀、分層切片處理、建筑輪廓提取，獲取主體塔樓的平面位置，并根據(jù)一層室內(nèi)坪(±0.00)高程和層高，提取每層建筑輪廓進(jìn)行校核并用于面積計(jì)算。

由于受儀器掃描距離和建筑高度的影響，即使在主體塔樓周邊高層建筑上架設(shè)儀器，主體塔樓的53 層～60 層的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也難以滿足計(jì)算要求，針對本項(xiàng)目53 層～60 層采用在建筑內(nèi)部進(jìn)行三維激光掃描測量，圍繞核心筒進(jìn)行掃描，獲取該層內(nèi)部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過在內(nèi)部掃描測量獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)(如圖4 所示)，利用分層切片方式提取本層的建筑內(nèi)部輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)(如圖5所示)，根據(jù)玻璃幕墻的做法及實(shí)量厚度反推建筑外輪廓，用于該層的建筑面積的校核計(jì)算。

圖4 點(diǎn)云數(shù)據(jù) 圖5 內(nèi)部輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù)

3.3 內(nèi)部空間布局測量

建筑內(nèi)部空間布局是否與備案圖紙一致，關(guān)系到后續(xù)房產(chǎn)面積的計(jì)算以及房產(chǎn)證的辦理。依據(jù)備案圖紙對建筑內(nèi)部空間布局進(jìn)行測量，測量內(nèi)容包括空間大小、位置、功能劃分的準(zhǔn)確性和一致性，尤其是建筑內(nèi)的電梯井、樓梯間、風(fēng)機(jī)房、變電室、設(shè)備間、公共門廳、過道等共有部分，這些共有部分的變化會引起分?jǐn)偟淖兓绊懛课莓a(chǎn)權(quán)面積的最終結(jié)果。

3.4 高程高度測量

全站儀集光電測距、電子經(jīng)緯儀和微處理機(jī)于一體，不僅能同時(shí)自動(dòng)測角、測距，而且精度高、速度快，尤其是它提供的一些特殊測量功能，如對邊測量(RDM)、懸高測量(REM)、放樣測量等，給測量工作帶來了極大的方便。

對邊測量是全站儀的一種專用測量功能，它可間接測量兩點(diǎn)間的距離和高差，通常適用于待測的兩點(diǎn)間有障礙不能通視以及待測的兩點(diǎn)不便甚至不能安置儀器。對邊測量設(shè)站靈活，操作簡單，在實(shí)際測量工程中非常有用。

已有很多文獻(xiàn)對對邊測量方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，本文參照參考文獻(xiàn)［4］中提供的方法對主體塔樓進(jìn)行高度測量，同時(shí)結(jié)合三維激光掃描技術(shù)、全站儀幾何坐標(biāo)量測方法，由上述3 種方法獲取樓高數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，如表1 所示:

實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)果及方法比對 表1

從表中數(shù)據(jù)可知，由于對邊測量直接傳遞地面高程，較全站儀幾何測量的精度略高，并且對邊測量設(shè)站靈活，操作相對簡單。

3.5 成果編制

由于各地規(guī)劃管理部門對竣工規(guī)劃測量成果要求不完全相同，本文對成果的內(nèi)容不做詳細(xì)的闡述說明，濟(jì)南市竣工規(guī)劃測量成果主要包括:

(1)建設(shè)工程竣工規(guī)劃測量技術(shù)報(bào)告;

(2)建設(shè)工程竣工規(guī)劃測量成果匯總表;

(3)竣工規(guī)劃建筑立面、高度圖;

(4)竣工規(guī)劃建筑尺寸、面積圖;

(5)建設(shè)工程規(guī)劃總平面竣工圖;

除以上述成果外，還需要編制長寬尺寸、面積、高度比對表、布局變更說明等輔助材料，用于明確表述該項(xiàng)目測繪成果與規(guī)劃相應(yīng)指標(biāo)的差異，為規(guī)劃管理部門對建設(shè)項(xiàng)目的決策審查提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源。

4 心得體會

(1)由于對三維激光掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模數(shù)據(jù)量大、耗費(fèi)時(shí)間較長，對本次竣工規(guī)劃測量而言，不需要進(jìn)行建模，利用分層切片方式處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取建筑輪廓，可以節(jié)省大量的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

(2)三維激光掃描在鋁合金玻璃幕墻體系下，從內(nèi)部進(jìn)行掃描較外部掃描可以獲取相對較多的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并且不受掃描距離的限制，并能獲取內(nèi)部空間布局的數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)是要逐層掃描、逐層數(shù)據(jù)處理，并且適用于內(nèi)部空間分隔較小的情況;而從外部掃描可以一次性獲取整棟建筑(或大部分)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但受掃描距離和建筑材質(zhì)的限制較大。兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目特色選擇其一，也可以組合進(jìn)行測量。

(3)對邊測量能夠很方便地將地面二級導(dǎo)線點(diǎn)的高程傳遞到超高層建筑的頂部，相比較其他測量方式，具有操作簡便、精度高等特點(diǎn)。

5 結(jié) 語

超高層建筑作為異型建筑中的一種特殊類型，采取單一測量方法不能順利開展竣工規(guī)劃測量工作，鑒于三維激光掃描技術(shù)在測量超高層建筑的異型建筑輪廓方面的明顯優(yōu)勢，而對邊測量在高度測量方面相對三維激光掃描技術(shù)具有其精度高、容易操作的特點(diǎn)，通過本文所述可知，將上述兩種測量方法有效結(jié)合是開展超高層建筑竣工規(guī)劃測量工作的新思路，值得同類項(xiàng)目參考和借鑒。

［1］國家測繪地理信息局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心．測繪綜合能力［M］．北京:測繪出版社，2012(4):112～113．

［2］呂磊，邢漢發(fā)，王敘泉．基于地面LiDAR 技術(shù)的異形建筑竣工測量方法研究［J］．測繪工程，2014，23(1):73～77．

［3］史秀保，汪帆，葛紀(jì)坤．三維激光掃描在建筑規(guī)劃竣工測繪中的應(yīng)用研究［J］．城市勘測，2014(2):83～86．

［4］楊翼飛，劉斌，唐詩華等．免棱鏡全站儀對邊測量功能在高層建筑測量中的應(yīng)用［J］．桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，28(4):507～510．

［5］CJJ/T8－2011．城市測量規(guī)范［S］．

［6］張順期，李黎，謝樹明．建筑工程規(guī)劃驗(yàn)收竣工測量關(guān)鍵工藝探討［J］．城市勘測，2012(1):138～142．