關于建筑工程測量中變形監測的論述

徐恕 解啟蒙

摘要：在施工和使用期間加強變形監測過程控制措施是十分必要的。本文首先分析了建筑物發生變形的類型及原因，然后對變形監測進行了概述，最后闡述了工程變形監測的主要方法和實施過程。

關鍵詞：工程測量;變形監測;全站儀;GPS

一、建筑物發生變形的類型及原因

（一）建筑物變形的類型

建筑物變形分靜態變形和動態變形兩種。前者指其變形值是關于時間的函數;后者是在外力作用下產生的變形，其變形值是以外力的函數來表示的動態系統對于某一時刻的變形，其觀測結果表示建筑物在某一時刻的瞬時變形。例如：我們在爆破某一建筑物時，對周圍建筑物在爆破瞬間產生的變形即為動態變形，而在爆破之后的某一段時間內的變形則屬于靜態變形。兩種類型相互作用，共同影響。

（二）建筑物發生變形的原因

1、自然條件及其變化而引起建筑物變形

建筑物地基的工程地質條件、水文地質條件、土壤的物理性質、大氣溫度等因素引起建筑物變形。如：由于基礎的地質條件不同，引起建筑物各個部分不均勻沉降，而使其發生傾斜、位移、裂縫等變形;或由于地基本身的塑性變形也會引起建筑物不均勻沉降;同時由于溫度與地下水位的季節性和周期性變化引起建筑物的規律性變形。

2、建筑物自身的荷載大小、結構類型、高度及其動荷載（如風力大小、振動強弱）等引起建筑物變形。要減弱這方面影響，往往通過優化設計方案來實現。

3、由于建筑物施工或使用期間一些工作做得不合理，或由于周圍環境影響而產生的變形。例如：在高大建筑物周圍進行深基坑開挖，就會對其原有建筑物產生影響。以上引起變形的因素是相互聯系、相互作用的，對建筑物往往是共同作用的，只是不同時間段，不同因素的作用強弱不同而已。

二、建筑物變形監測概述

（一）變形監測的基本概念

變形監測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現象進行持續觀測、對變形體變形性態進行分析和變形體變形的發展態勢進行預測等的各項工作。其任務是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態和時間特征。在精密工程測量中，最具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。

受各種因素影響，所有的建筑物在從施工至倒塌（拆除）的過程中，都會產生變形，而這種變形是三維的。為保證建筑物在施工、管理及科學研究提供可靠的資料，在建筑物施工和運行期間，需要對建筑物的穩定性進行觀測，這種觀測稱為建筑物變形監測。

（二）變形監測的目的

變形監測的首要目的是要掌握建筑物的實際性狀，科學、準確、及時的分析和預報水利工程建筑物的變形狀況，對水利工程建筑物的施工和運營管理極為重要。變形監測涉及工程測量、工程地質、水文、結構力學、地球物理、計算機科學等諸多學科的知識，它是一項跨學科的研究，并正向邊緣學科的方向發展。

（三）建筑物變形監測的內容

主要包括基礎的沉降觀測與建筑物本身的變形觀測。就其基礎而言，主要觀測內容是建筑物的均勻沉降與不均勻沉降。對于建筑物本身來說，則主要是觀測傾斜與裂縫。對于高層建筑物，還應對其動態變形進行觀測。

三、工程變形監測的主要方法

（一）地面監測方法

1、前方交會（方向前方交會、距離前方交會、邊角前方交會）、后方交會（測邊后方交會、三點極坐標后方交會）、極坐標法應用于大壩下游壩面上的觀測點以及拱壩的觀測。傳統的極坐標法、方向交會法等測得點位精度較高。

2、視準線法（小角法、活動覘牌法）應用于測定建筑物的水平位移。

3、幾何水準測量、三角高程測量應用于垂直位移，沉降與回彈監測。

（二）基于全站儀的變形監測

全站儀變形監測以其自動化、高精度、三維監測的技術優勢，在變形監測中得到了普遍應用。全站儀正在向全能型和智能化方向發展。帶馬達驅動和程序控制的全站儀結合激光、通訊及CCD技術，可實現測量過程的全自動化，被稱作測量機器人。測量機器人可自動搜尋觀測目標，在很短的時問內完成一目標點的觀測，并可以對多個目標作持續和重復觀測。測量機器人與測量數據處理分析軟件系統相結合完全可以實現變形監測的自動化。測量機器人作為多傳感器集成系統在人工智能方面的進一步發展，使其在建筑物變形監測中必將得到進一步應用。

（三）基于GPS的變形監測

GPS的應用是測量技術的項革命性變革。具有定位精度高、連續性、實時性、提供三維坐標、全天候作業等優點。尤其是實時動態測量技術（RTK）是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術。實時地計算并顯示出用戶站的三維坐標。GPS與計算機技術、數據通訊技術及空間分析技術進行集成，實現了從數據采集、傳輸、管理到變形分析及預報的自動化，以實現遠程在線網絡實時監控。

（四）基于數字攝影測量的變形監測

攝影測量作為一種遙感式數據采集方法，可用于各種目的的測量，以前，由于存在設備專業化，價格昂貴，所需工作環境的限制、數據處理技術復雜，處理周期長，信息反饋慢等原因難以推廣。近年來，隨著計算機技術的飛速發展，攝影測量已經進入了數字攝影測量時代。被攝物體的數字影像的獲取變得越來越容易。利用數字影像處理技術和數字影像匹配技術獲得同名像點的坐標，就可以計算出對應物點的空間坐標。整個處理過程是由計算機完成的，因此也稱為“計算機視覺的攝影測量”。

（五）變形監測的基本流程

1、變形觀測點的布設

變形觀測結果的準確性以及其數據能否正確反映出建筑物的實際變形，與其變形觀測點布設是否合理、全面有直接關系。下面以沉降觀測點的布設為例：

每個工程應當在施工作業范圍外至少埋設三個水準點，并確保不受施工影響。每次在進行沉降觀測前，須檢驗水準點的穩定性，只有穩定的水準點方可作為沉降觀測的基準點。沉降觀測點的布設應遵循以下原則：

（1）通常在建筑物的四角點、中點、轉角處等能反映變形特征和變形明顯的部位布設沉降觀測點，點間距一般為10～20mm。

（2）對于設有后澆帶及施工縫的建筑物，還應在其兩側布設沉降觀測點;

（3）對于新建建筑物與原有建筑物的連接處，應在其兩側的承重墻或支柱上布設沉降觀測點;

（4）對于一些大型工業廠房，除按上述原則布設沉降觀測點外，還應在大型設備四周的承重墻或支柱上布設沉降觀測點。

2、外業數據采集

沉降變形監測采用水準測量的方法，多次重復測定埋設在大樓上的沉降監測點相對于基準點的高差隨時間的變化量。數據采集包括對基準點和監測點的埋設、保護和觀測。

3、內業數據處理、預測和監測報告

欲使變形觀測真正反映工程施工和使用過程的變形情況，確保安全施工和充分發揮工程效益的作用，除了取得現場觀測的第一手資料外，還必須對觀測資料進行整理與分析，并編制變形分析報告。

四、結語

綜上，變形監測是建筑物竣工驗收中的一項重要內容，也是營運過程中的一項重要工作，特別對于高層建筑物及大型工程，必須進行長期的變形監測。而建筑物的變形監測是一門邊緣交叉學科，它不僅要求具有一定的測量理論基礎，而且還應具備工程地質、水文地質和建筑結構等方面的理論知識，因此，變形監測系統的設計也是一項復雜的工作，需要多個領域綜合協調考慮。

參考文獻：

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[2]武興巖，全廣軍，安永健.高層建筑的沉降變形監測及數據處理分析[J].科技信息，2011.1.