GNSS技術在高層建筑施工測量中的應用

金茂昌

摘 要：本文首先對GNSS技術和測量原理進行了簡要介紹，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性。

關鍵詞：GNSS技術 高層建筑 垂直度 標高

中圖分類號：TU198 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）05（b）-0000-00

隨著我國現代化步伐的加快，高層建筑也不斷增多，其施工特點是現場空間有限，為了保證建筑安全，多使用滑膜施工工藝，框架整體結構，在施工中對水平度和垂直度都有很高要求，如果還繼續使用經緯儀投射法、掉線法很難達到技術要求。GNSS定位技術具有傳統測量方法無法比擬的優勢，其不僅能夠對建筑的高程和平面進行準確的測量，而且還可以實現24小時不間斷的測量。正是由于這些優點使得GNSS定位技術在高層建筑領域得到了廣泛應用，有效地提高了高層建筑施工中對水平度和垂直度的測量精確度。

1 GNSS技術概述

1.1 GNSS技術

GNSS全球導航衛星系統（Global Navigation satellite system），它是所有在軌工作的全球導航衛星定位系統的總稱。目前，GNSS泛指所有的衛星導航系統，包括全球的、區域的和增強的系統，全球性系統如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、中國的compass（北斗）、歐盟的Galileo衛星導航系統。目前能正常使用的是美國的GPS、俄羅斯的Glonass，中國的Compass衛星信號目前已覆蓋亞太地區。GNSS主要是以天空中高速運轉的衛星的瞬時位置為已知量，觀測衛星至GNSS接收機天線相位中心之間的距離，使用空間距離后方交會的方法，計算接收機所處位置坐標。本文首先對GNSS技術和測量原理進行了分析總結，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性

1.2 GNSS測量原理

GNSS測量技術其實就是將空間中的衛星位置作為已知空間位置點，多顆運行衛星將會測量出地面點與衛星之間的距離，然后根據交會原理即可計算出地面點的具體三維坐標，如圖1所示。本文首先對GNSS技術和測量原理進行了分析總結，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測的便捷性。

圖1 GNSS衛星定位原理

空間中的衛星將測量到的地面點與衛星之間的具體信息以電磁波的形式發送出來，設置在地面上的信號接受裝置接收相關信息，然后根據接收到的位置信息即可計算出地面點的三維坐標。由于衛星是運動的，同時衛星對地面點測量到接收裝置接收位置信息存在一定的時間差，假設時間差為 ，同時根據4顆衛星發送的位置信息即可計算出建筑物三維坐標X、Y、Z值。

{█（〖[（x_1-x）^2+（y_1-y）^2+（z_1-z）^2]〗^（1/2）+c?t=d_1@〖[（x_2-x）^2+（y_2-y）^2+（z_2-z）^2]〗^（1/2）+c?t=d_2@〖[（x_3-x）^2+（y_3-y）^2+（z_3-z）^2]〗^（1/2）+c?t=d_3@〖[（x_4-x）^2+（y_4-y）^2+（z_4-z）^2]〗^（1/2）+c?t=d_4 ）┤ （1）

2 實例應用分析

2.1 工程概況

某工程屬于大型的居住社區，在整個工程中具體分析四期項目，該工程的總建筑面積為174352.4 m2。由于該工程各棟住宅樓是屬于混泥土結構的高層建筑，同時由于住宅樓之間的樓距較小，給工程施工帶來了相當大的困難。此外，在使用先進的施工機械和施工工藝后，還要處理好建筑施工中的水平度和垂直度，在操作前相關責任人要設置嚴格的測量綱要，使用最適合的測量儀器，制定嚴謹的施工測量方案，保證整體的施工質量。本文首先對GNSS技術和測量原理進行了分析總結，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性。

2.2 實際施測過程

該工程對前期5幢樓的外圍控制點布設如圖2所示，即GPS1、GPS2、GPS3、GPs4 4個平面控制點和BM1、BM2、BM3 3個高程控制點，點位埋設固定觀測墩。4個平面控制點由規劃部門給定，該居住社區的平面控制點按照GPS規范的D級要求進行觀測；3個高程控制點采用中誤差為±0.3mm/km的徠卡DNA03電子水準儀，結合規劃部門提供的已知高程點，按照三等水準測量規范測得高程值。以上4個平面控制點和3個高程控制點分別作為樓層施工時的軸線和標高傳遞的起算數據。本文下圖首先對GNSS技術和測量原理進行了分析總結，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性。

圖2 外圍控制點布設

圖3中的GPS1，GPS3為層基準點，位于樓頂的GPSA，GPSB為控制點，如果需要進行觀測時，只需要將4臺接受裝置安置在這四點進行同步監測即可。但是在同步監測前需要根據圖2所示的外圍控制點布設進行一次靜態聯測，以測定相關歷史數據信息。其中觀測時間不小于60min，同時衛星高度截止角設置為150。

圖3 層基準點與控制點聯測

2.3 GNSS測量基線精度

本文采用的電子水準儀的型號為徠卡生產的DNA03系列產品，其精度為 （其中D為測距）。根據相關理論，可以采用以下關系式計算基線弦長精度：

m_s=√（〖a^2+（b?S）〗^2 ） （2）

式（2）中， 表示固定誤差； 表示比例誤差；S表示基線距離。

本文觀察的工程所選取觀察點之間的距離約為0.5 km，因此，根據式（2）可以計算出基線精度為：

m_s=√（〖a^2+（b?S）〗^2 ）=√（3^2+〖（0.5×0.5）〗^2 ）≈3（mm） （3）

3 測量結果分析

3.1 與常規方法觀測數據對比分析

為了檢測GNSS技術測量精度與傳統觀測數據的差異，本文將樓頂的GPSA，GPSB這兩個控制點的三維坐標作為已知條件，軸線點通過TS30全站儀進行放樣。然后分別采用GNSS法和經緯儀法測量層頂板軸線點的位置坐標對比分析結果。其中表1為5層頂板軸線點結果比較，表2為10層頂板軸線點結果比較。本文首先對GNSS技術和測量原理進行了分析總結，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性。

3.2 垂直度計算及標高控制

施工軸線點控制對于垂直度的保持具有非常重要的作用，如果施工軸線點控制偏差較大，將會直接導致高層建筑施工無法按照設計圖紙進行，會影響建筑物的穩定性。

以本工程29號樓為例，每次觀測后，可計算各次觀測相對于首次觀測（±0.000）時的垂直度，垂直度計算部分結果如表3所示。表4為建筑標高的控制部分結果。本文首先對GNSS技術和測量原理進行了分析總結，然后通過某工程的實例來研究GNSS技術在高層建筑施工中垂直度和標高計算應用情況。研究結果顯示，垂直度和標高控制計算結果不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性。

我國對垂直度和標高測量偏差控制規定，大于5m的建筑垂直度偏差要小于10mm，標高偏差小于H/1000，由上述的兩個表格中數據可以看出，采用GNSS技術測量的垂直度和標高結果完全符合我國建筑設計測量要求。

結束語

綜上所述，GNSS技術應用在高層建筑施工過程中的垂直度和標高控制不僅能夠達到國家相關的規范規定，同時其不需要預留傳遞通視孔以及能夠在施工現場外圍布設控制基點，極大的提高了測量的便捷性。本文通過實例來探索GNSS技術在高層建筑施工測量中的應用情況。實踐結果顯示，GNSS測量結果完全符合我國對高層建筑垂直度和標高測量偏差控制規定，也由此可以看出，GNSS技術將是高層建筑質量控制非常好的措施之一。

參考文獻

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