圓形建構筑物傾斜測量標準方法研究

【摘要】 隨著科學技術的進步，越來越多的圓形建構筑物拔地而起，測量圓形建構筑物的傾斜程度有多種方式，如測水平角法、前方交匯法、全站儀法等，本文闡述了各種方法的基本概念，并著重對全站儀法進行了實例分析。

【關鍵詞】 圓形建構筑物;傾斜測量;全站儀法

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.026

Study on Standard Method of Inclination Measurement of Circular Buildings and Structures

TONG Li-chun

（Tongji Zhejiang College，Jiaxing 314000，China）

Abstract： With the progress of science and technology，more and more circular buildings and structures have sprung up. There are many ways to measure the inclination of circular buildings and structures，such as horizontal angle measurement method，front intersection method，total station method，etc. This paper expounds the basic concepts of various methods，and focuses on the example analysis of Electronic Total Station method.

Key words： circular buildings and structures;tilt measurement;Electronic Total Station method

在城市中，圓形建構筑物隨處可見。從建筑學的角度，圓形構建筑物可以減小側向風阻力，從而避免高樓風的形成;從傳熱學的角度，圓形構建筑物可以大大降低能耗。由于各種因素的影響，圓形建構筑物都會產生傾斜度。這種傾斜度在一定限度之內是正常的，但如果超過了規定的界限，就會影響建構筑物的正常使用，嚴重的還會傾覆。因此，在建構筑物的施工和運營期間，必須要進行傾斜度測量，從實測數據方面反映其傾斜程度，同時分析其穩定性以及安全性。

1 圓形建構筑物傾斜測量方法

1.1 測水平角法

測水平角法適用于圓形建構筑物的主體傾斜度觀測。設圓形建構筑物的高為H，上部的圓心點為Ou（up），下部的圓心點為Od（down），底座半徑為r，在縱橫兩軸線的延長線上距離建構筑物1.5～2.0H處設置觀測點M和N，并分別測定觀測點M、N至圓形建構筑物底座外墻的最短距離dM、dN。在建構筑物上標定a、b、e、f與c、d、g、h兩組觀測點，每組觀測點的高度應相等。選擇通視條件良好的遠處目標點P和Q。在M點安置全站儀或經緯儀，以P點為零方向，采用方向觀測法以此觀測a、b、c、d點，測4個測回，計算出各方向的平均值分別為[l'a]、[l'b]、[l'c]、[l'd]，則有：

[∠OdMOu=θM=l'a+l'b-l'c-l'd2]。

同理，在N點安置儀器，以Q點為零方向，采用方向觀測法以此觀測并計算出各方向平均值分別為[l'e]、[l'f]、[l'g]、[l'h]，則有：

[∠OdMOu=θN=l'e+l'f-l'g-l'h2]。

Od→Ou的位移分量為：

[Δu=θ''Mρ''（dM+r）Δv=θ''Nρ''（dN+r）]

則傾斜度與傾斜方向角分別為：

[i=Δu2+Δv2Hα=arctanΔvΔu]

1.2 前方交匯法（經緯儀）

O'為圓形建構筑物頂部的中心位置，O為底部的中心位置，在建構筑物附近布置導線ABC，假設其為平面直角坐標系統。分別安置經緯儀于A、B、C三點，測定頂部兩側切線與基線的夾角取平均值，然后測出底部兩側切線與基線的夾角取其平均值。利用角度前方交會定點的原理可算出頂部圓心O'和底部圓心O的坐標，則可求出XY方向上的偏移量[Δu]和[Δv]，進而計算出傾斜度和傾斜方向角。

1.3 全站儀法

全站儀法與三維激光掃描法原理類似，即采用全站儀分別對圓形建構筑物的外表面底部以及頂部同一標高的有限點進行測量（可以取接近頂部或底部的平面來替代），測量前要布置一些合適的控制點位，同時測量一些地表特征點，通過這些點位來擬合出底部以及頂部的中心點位坐標以及面半徑，通過這些幾何條件就可以計算縱向傾斜分量[Δu]以及橫向傾斜分量[Δv]，則總傾斜量為[Δ=Δu2+Δv2]，即可得出建構筑物傾斜度[i=ΔH]。

2 實例應用

校內一個廢棄的10 kv等徑電線桿，高為7.5 m，直徑為300 mm，現采用全站儀法測量其傾斜度。

在距離電線桿12 m附近布置3個控制點，在標高0.3 m和7.2 m處設立9個標志點，組成平面控制網，建立坐標系進行聯測。用水準儀放樣方法在電線桿底部周圍同一高程處均勻分布設置3個觀測標志，其與控制點之間通視。用全站儀懸高測量模式測懸高，在電線桿頂部周圍同一高程處均勻分布設置3個觀測標志，頂部點和底部點盡可能在同一垂線上。在控制點位上架設全站儀并設站，可分別測量出電線桿距離底部0.3 m的標志點和距離頂部0.3 m標志點（標高7.2 m處）的平面坐標。標高0.3 m處擬合圓心坐標為（2175.282，74606.761），標高7.2 m處的擬合圓心坐標為（2175.291，74606.782）。

根據擬合圓心的相對位置可計算出[Δu=9] mm，[Δv=21] mm，則：

[Δ=Δu2+Δv2=22.85] mm

所以傾斜度：

[i=ΔH=22.85（7.2-0.3）×1000=130]

傾斜方向為[arctan219=66.8°]，即東偏北66.8°。

3 結語

全站儀法采用純數值方法對傾斜進行測量，不僅適用于圓形物體傾斜測量，還可用于變截面圓形建構筑物、橢圓形建構筑物傾斜測量，另外還可用于多管式構筑物傾斜測量。但是當圓形建構筑物本身存在形變時，在坐標的計算中會存在粗差，同時為了將全站儀測量精度提高，可以在相同標高下設置多組觀測點，以便盡量消除粗差帶來的影響。通過對圓形建構筑物不同標高平面上的標志點位坐標進行測量，然后使用點位的曲線擬合的方法得出形心，進而得到傾斜位移值以及傾斜度。實踐證明該方法易于操作，結果較為可靠。

【參考文獻】

[1] 張輝.用全站儀觀測圓形構筑物傾斜的方法[J].甘肅冶金，2004（2）：76-77.

[2] 岑敏儀.土木工程測量[M]北京：高等教育出版社，2015：361-362.

[3] 胡志曉，王訓霞.圓形構筑物的傾斜觀測[A].江蘇省測繪學會.'2005數字江蘇論壇——電子政務與地理信息技術論文專輯[C].江蘇省測繪學會：江蘇省測繪學會，2005：2.

【作者簡介】

童禮淳，男，1999年出生，同濟大學浙江學院本科在讀，土木工程專業。