建筑物加載過程中高精度變形監測研究

鄭佳榮，崔有禎，桂維振，崔 哲

(1. 北京工業職業技術學院，北京 100042； 2. 北京建筑大學，北京 100044)

建筑物加載過程中高精度變形監測研究

鄭佳榮1，崔有禎1，桂維振1，崔 哲2

(1. 北京工業職業技術學院，北京 100042； 2. 北京建筑大學，北京 100044)

采用TM30測量機器人對圖書加載過程中筆者所在院校圖書館進行變形監測，對變形觀測數據進行嚴密平差，獲取監測結果；進而根據監測結果繪制變形等值線，表達出各個方向的變形量，直觀表達危險變形區域；最后獲取建筑物加載過程中的變形監測規律。在圖書加載初期，南北方向變形呈不穩定S型，而東西方向變形從初期開始變形趨于圍繞圖書加載位置。建筑物長、寬對建筑物穩定有影響，在建筑物加載位置需要增加承重及在外圍采取防護措施。該研究對建筑設計有實際意義。

測量機器人；變形監測；自由設站；等值線

Abstract： In this paper, the TM30 goeorobot is used to monitor the deformation of Beijing Polytechnic College library during the loading of books. The monitoring data are adjusted strictly to obtain the monitoring results. What is more, according to the monitoring results, the deformation contour line is plotted and the deformation in each direction is displayed, therefore, the dangerous deformation area is visually expressed, Finally, the deformation monitoring law during the building loading is obtained. At the early stage of loading, the deformation of the north-south direction is unstable as “S”, while the deformation of the east-west direction tends to be around the loading position of the book. From what has been mentioned above, we can come to the conclusion that the length and width of the building have an impact on the stability of the building, and it is necessary to increase the building load and take protective measures on the periphery, where the building needs to be loaded. The research has practical implications for architectural design.

Keywords： goeorobot；deformation monitoring；free station method；contour line

傳統的精密工程測量技術是采用傳統的測繪測量儀器設備和傳統的測繪測量方法進行的，隨著測繪技術、計算機技術的發展，可用于精密工程測量領域的新技術、新設備、新方法發展較快。將測量機器人技術、激光跟蹤技術、三維激光掃描技術、攝影測量技術和信息化技術應用于精密工程測量是目前的發展方向[1]。楊曉玉[2]研究了測量機器人在礦區地表動態變形監測中的應用；陳磊[3]基于TS30測量機器人開發了自動化變形監測系統；王艷茹[4]研究了基于測量機器人的地鐵變形監測系統；劉紹堂[5]研究了測量機器人隧道變形自動監測系統；崔有禎[6]研究了徠卡TM30 測量機器人三維測量在基坑邊坡監測中的應用；周保興[7]研究了基于地面三維激光掃描技術的建筑物整體位移監測；丁盼[8]對北斗衛星導航系統用于東北地區高精度變形監測進行了研究；李正農[9]研究了風荷載下高層建筑變形及位移；鄭闊[10]研究了激光跟蹤儀在高支模支護體系變形監測中的應用。

本文進行建筑物加載過程高精度監測技術應用研究，使用TM30測量機器人對筆者所在院校圖書館進行變形監測，變形監測貫穿項目竣工到圖書加載投入使用整個過程。

1 建筑物加載過程中變形監測方案

本研究選擇監測圖書館橫梁，進行圖書加載過程中的變形監測。采用自由設站方式，使用測量機器人TM30進行外業觀測；進一步設計測量程序對觀測成果進行嚴密平差，獲取監測點坐標；最后對各個觀測周期數據進行分析，繪制x、y、h方向變形等值線，總結分析建筑物加載過程中的變形規律(如圖1所示)。

圖1 建筑物加載過程中變形監測方案

2 建筑物加載過程中變形監測

在竣工后的圖書館地庫的每個橫梁布設2～3個變形監測點，總共布設17個變形監測點(如圖2所示)，每一豎列即一個橫梁。采用定制棱鏡基座，采用澆筑方式把基座固定在橫梁上，如圖3所示。

圖2 圖書館變形監測點布設

圖3 圖書館變形監測點棱鏡設置

采用自由設站法進行變形監測。在6、9、11、8點位中間位置布設點位，設站安置測量機器人。①在測量機器人操作界面新建項目，輸入假定測站坐標(1000,2000,100)，后視1號棱鏡，設定方位角(270°)，完成定向；②按監測點編號順序依次記錄各個監測點的觀測水平角、豎直角和距離，完成儀器的學習測量，制作成模板；③設置2測回，開始自動測量，完成第1周期；④不移動儀器，定向后，調用模板，設置2測回，開始自動測量，完成第2周期監測。

基于嚴密平差開發“伺服全站儀精密監測數據觀測數據內業數據處理系統”，對觀測數據進行內業平差，獲取各個監測周期點位相對坐標(如圖4、表1所示)。

圖4 伺服全站儀精密監測數據觀測數據內業數據處理系統

3 建筑加載過程中變形量等值線分析

以第1期觀測數據為基準，求各期觀測數據相對第1期數據X、Y、Z方向的變形量，變形量精度達到0.000 1 mm。以各個方向變形量微米為單位繪制等值線，分析圖書加載過程中的變形規律。選擇圖2中的1點和2點作為自由設站參考點，因此，每期觀測數據都是相對1、2兩點，變形監測量是相對數據，對圖書館監測數據分析是對整體變形趨勢分析，而不是某個點變形絕對值分析。

3.1 建筑加載過程中沉降量等值線及沉降變形分析

圖書館變形監測點Z方向變形等值線如圖5所示。2015年7月，加載圖書過程中，在豎直方向，即Z方向的變形量最大達到2400 μm，最大沉降區即圖書書架擺放位置，且圍繞該區域形成不均勻沉降區，最大最小變形量差達到2600 μm。隨著時間推移，沉降趨勢趨于穩定，2016年6月沉降量等值線變疏，不均勻沉降趨勢趨緩。

3.2 建筑加載過程中X方向變形量等值線及變形分析

圖書館變形監測點X方向變形等值線如圖6所示。加載圖書過程中，在南北方向，即X方向的變形量，西部x變形量是負值，東部X變形量是正值。在圖書加載初期，在南北方向呈現S型扭曲，向北方向最大變形量2015年11月達到7400 μm，向南方向最大變形量2015年11月達到4400 μm。2016年6月，隨著圖書加載，南北方向變形趨于圍繞圖書加載位置，變形量減少，整體趨于平衡。

3.3 建筑加載過程中Y方向變形量等值線及變形分析

圖書館變形監測點Y方向變形等值線如圖7所示。加載圖書過程中，在東西方向，即Y方向的變形量，西部Y變形量是正值，東部Y變形量是負值。在圖書加載過程中，在東西方向呈現變形趨于圍繞圖書加載位置，隨著時間推移，沉降趨勢趨于穩定，2016年6月沉降量等值線變疏，東西方向變形趨緩。

4 結 論

本文應用測量機器人對筆者所在院校圖書館進行了變形監測，變形監測貫穿項目竣工到圖書加載投入使用整個過程，通過研究分析得出以下結論：

(1) 通過研究可以看出，在圖書館圖書加載區東西方向距離達到40 m，在南北方向距離為10 m，在圖書加載初期，南北方向變形呈不穩定S型，而東西方向變形從初期開始變形趨于圍繞圖書加載位置。因此，建筑物長、寬對建筑物穩定有影響，在建筑物加載位置需要增加承重及在外圍采取防護措施。

(2) 應用TM30測量機器人進行建筑物加載過程中變形監測滿足精度需求，對監測結果進行處理率繪制變形等值線可以直觀表達出各個方向變形量，能夠直觀表達危險變形區域。

[1] 鄒進貴,徐進軍,花向紅，等. 我國工程測量的發展現狀與思考[J]. 地理空間信息,2015,13(3):1-5，8.

[2] 楊曉玉.測量機器人在礦區地表動態變形監測中的應用[J]. 煤礦安全，2016(5):137-140.

[3] 陳磊,尹燕.基于TS30測量機器人自動化變形監測系統的開發與應用[J]. 巖土工程技術，2016(3):109-112，128.

[4] 王艷茹,王明權.基于測量機器人的地鐵變形監測系統研究與應用[J].交通科技與經濟，2016(10):60-63.

[5] 劉紹堂,王果,潘潔晨.測量機器人隧道變形自動監測系統的研究進展[J].測繪工程，2016(10):42-48.

[6] 崔有禎,李亞靜.徠卡TM30 測量機器人三維測量在基坑邊坡監測中的應用[J].測繪通報，2013(3):75-77.

[7] 周保興,岳建平,張磊，等. 基于地面三維激光掃描技術的建筑物整體位移監測[J]. 測繪通報,2013(10):76-79.

[8] 丁盼,席瑞杰,肖玉鋼.北斗衛星導航系統用于東北地區高精度變形監測性能分析[J].測繪通報，2016(4):33-37.

[9] 李正農,郭昌根,尚揚，等. 基于實測加速度的高層建筑風荷載反演[J]. 自然災害學報,2017,26(3):113-123.

[10] 鄭闊,李長青,崔有禎，等.激光跟蹤儀在高支模支護體系變形監測中的應用[J].測繪通報，2016(11):99-102.

[11] 王洪.TCA 測量機器人在大壩變形監測中的應用[J].測繪與空間地理信息,2010,33(3):22-25.

[12] 張書畢.測量平差[M].徐州:中國礦業大學出版社,2008:10-13.

[13] 曹慶磊.基于智能全站儀的自動變形監測系統開發及其在隧道監測中的應用[D].青島:山東科技大學,2011.

[14] 盧松耀,梁龍昌,何廣靜. 基于測量機器人的高支模變形監測研究與應用[J].測繪通報,2015(7):85-88.

[15] 楊茂偉.徠卡變形監測解決方案在基坑變形監測中的應用[J].測繪通報,2016(7):142-143.

ResearchonHighPrecisionDeformationMonitoringofBuildingduringLoading

ZHENG Jiarong1，CUI Youzhen1，GUI Weizhen1，CUI Zhe2

(1. Beijing Polytechnic College，Beijing 100042，China; 2. Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China)

P258

A

0494-0911(2017)09-0096-04

鄭佳榮，崔有禎，桂維振，等.建筑物加載過程中高精度變形監測研究[J].測繪通報，2017(9)：96-99.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0296.

2017-04-06

鄭佳榮(1979—)，女，博士，副教授，主要研究方向為測繪相關研究及教學。E-mail：zhengjrcumtb@sina.com