試析信息化技術及系統在高層建筑沉降觀測中的運用

張海龍

(阜陽市測繪院有限責任公司，安徽 阜陽 236000)

高層建筑沉降觀測信息化，可以促使建筑施工水平大大提升，驅動建筑施工向信息化方向發展。借助信息化技術，能夠提高沉降觀測數據準確性，可保證信息及時反饋，為高層建筑沉降觀測作業的開展提供了技術支持。通過建設沉降觀測信息化系統，能夠提高數據處理效率，為觀測作業的開展提供數據支持。因此，本文對信息化技術在高層建筑沉降觀測中的運用情況進行分析就很有必要。

1 信息化技術簡要分析

1.1 數字攝影測量技術

數字攝影測量技術是基于計算機技術載體下，實現對數字影像的處理，并進行影像匹配及模式識別，技術優勢顯著。將數字攝影測量技術應用在建筑沉降監測中，主要是在沉降監測點位附近選擇合適的點位安裝攝像機，實時對建筑物沉降變化進行攝影，并通過數據處理，獲取監測點的坐標，進而計算沉降量等數據。

1.2 GPS技術

GPS技術有高精度、全天候、快速等優勢特點，具有較強的抗干擾能力；在GPS技術應用過程中，實現對滑坡變形的檢測，實時掌握滑坡變形規律。同時，實現了對大型建筑物的動態化監測，能夠全天候采集和獲取監測點位的數據信息，并根據監測點的位移變化情況實時進行信息反饋，實現監測工作自動化目標。

1.3 BIM技術

建筑工程中廣泛應用到BIM技術，實現了可視化操作，通過組建BIM模型，動態化監測施工現場，為項目設計、成本控制、模擬施工等提供了技術支撐和保障。當前，BIM技術逐步引入到建筑沉降觀測中，以更加直觀的方式展現出變形體的情況，無需借助圖表來表達，將監測點三維坐標、時間導入BIM模型中，可以隨時觀察和監測變形體變形情況，大大提升了監測工作效率，保證了監測結果準確性[1]。

2 高層建筑沉降觀測信息化系統的設計與實現

2.1 系統建設

高層建筑沉降觀測的目的，是評估和判斷建筑物的安全系數。當沉降量過大時，會造成建筑物傾斜、位移，加劇建筑物裂縫風險，因此，提高沉降觀測數據的準確性，是保證高層建筑施工質量的關鍵。基于建筑信息化技術水平不斷提升，信息化程度越來越高，組建沉降觀測信息化系統，基于NET平臺和互聯網B/S下，構建技術框架，進而為沉降觀測數據回歸分析提供了便利。借助報表生成技術、JAVA技術、協同技術、WPF技術、數據庫技術等，最大程度上優化了沉降觀測數據采集、分析、處理方式，實現對高層建筑沉降觀測數據的信息化管理[2]。通過信息化技術的應用，進一步推進了沉降觀測信息化進程，提高了數據采集效率，實現了數據信息自動上傳，解決了技術局限問題，沉降觀測數據處理模式得以優化。在觀測數據成果評估方面，可基于沉降觀測信息化系統下開展數據分析工作，在改變傳統人工模式的同時，能夠更加直觀化地了解建筑物沉降數據變化情況，總結沉降規律。

2.2 系統建設目標

沉降觀測信息系統關鍵組成部分包括數據采集端、遠程數據處理服務器端、客戶端，系統是基于B/S以及C/S平臺上實現的，主要是應用于沉降觀測管的信息化平滑，支持沉降觀測數據傳輸、自動上傳、遠程監測和溯源管理。

2.3 系統框架設計思路

沉降觀測信息系統設計(見圖1)，構建了數據分析—處理—遠程監控一體化體系，切實解決了沉降觀測數據處理問題，提高了數據信息處理效率，實現數據自動化傳輸、上傳等目標，并在互聯網載體和計算機技術應用支持下，發揮沉降觀測信息系統的功能作用。分析沉降觀測信息系統特點發現，系統性能優勢顯著，能夠將沉降觀測數據存儲在水準儀中，優化了數據存儲方式，并在平差軟件應用支持下，提高數據處理水平，最大程度上保證了數據真實性，解決了人工處理難題。在現代計算機網絡持續發展下，大量沉降觀測數據軟件得到推廣和應用，進一步提高了沉降觀測數據的真實性，為高層建筑工程施工安全性和質量控制提供了保障。

圖1 沉降觀測信息系統框架圖

系統中設計了資料收集模塊，大大提升了信息數據采集時效，為實地勘察和航線設計提供了數據支持。同時，系統能夠將無人機航拍的圖片進行處理和轉換，并將轉換成的數據導入到模型中，生成正射影像，為沉降量計算提供了科學依據；切實提高了沉降觀測作業的開展效率，為沉降量計算和數據分析提供了依據。同時，為進一步提高沉降觀測信息系統功能性，引入了電子水準儀和藍牙，用于采集和傳輸沉降觀測數據，并進行平差處理后，將沉降觀測數據上傳到沉降觀測信息系統中，便于隨時進行數據對比、分析和調用。此外，應用沉降觀測信息系統，提高了沉降觀測時效性，可快速進行數據反饋，切實規避了諸多不利因素的影響，為高程建筑質量提升提供了保障。

在具體應用沉降觀測信息系統過程中，此系統支持不同型號的電子水準儀、藍牙等設備的使用。同時，將藍牙與手機匹配后，能夠實時下載系統中的沉降觀測數據。待完成數據采集工作后，系統可以自動進行平差計算，對沉降觀測數據進行驗證和校對，進而提升沉降觀測的可用度。待沉降觀測作業結束后，可借助手機網絡將沉降觀測數據上傳至系統服務器中，并通過訪問服務器下載沉降觀測數據。

此外，沉降觀測數據存儲在PC卡中，數據傳出量大，方便計算機處理。應用DiNi電子水準儀，彌補了傳統儀器不足之處，解決了觀測速度慢、點位多、誤差大等問題；在實際應用中，實現了自動記錄目標，檢測精度更高，待沉降觀測作業完成后，可將相關的數據信息上傳至計算機系統中，并借助沉降觀測專用的程序S-CJGC計算平差，并生成曲線圖。計算水準平差時，以每千米高差中誤差作為單位權重誤差[3]。高層建筑，每增加一層，臨時觀測點移上一層，進行觀測，直至到+0.00，按照規定，將永久觀測點埋設在+500mm，確認觀測記錄無誤后，進行平差計算，并求出高程值，進而確定沉降量。

2.4 系統的組成以及運行

沉降觀測信息系統實現對網頁、手機版軟件的開發，方便管理者查詢沉降觀測數據，便于開展沉降觀測相關管理工作。系統的組成：有線/無線公共網絡、運行平臺、具體應用程序。

2.4.1 基礎技術條件

考慮到沉降觀測信息系統的運行需求，加強網絡建設，實現了有線網絡或是無線網絡應用，方便沉降觀測數據傳輸和上傳。同時，建設了硬件平臺，搭建了操作系統，系統組成包括服務器、客戶端等，支持手機等移動端設備操作。

2.4.2 配套設備

為提高系統運行性能，配備了獨立運行的服務器，并加強管理和維護。為提高網絡運行安全性，在內外網邊界，搭建了防火墻，科學地設計了網絡帶寬。同時，配備了管理終端設備，安裝了2M以上的獨享帶寬，將瀏覽器版本更新至最新。為方便電子水準儀使用，配備了與設備相配套的數據線，能夠連接wifi。具體的流程：設置工程基礎信息→上傳工程信息→下載工程信息→采集觀測數據→上傳觀測數據→數據管理和運用→數據處理[4]。

3 高層建筑沉降觀測要點研究

3.1 觀測基準點布設

為保證觀測數據準確，在建筑物各個區域內要設定足夠數量的基準點，進而方便數據核對，因此，在觀測基準點布設方面，將數量控制在≥3個，各個基準點之間的距離控制在≤50m。為了方便校驗工作的開展，科學設計測量設備的搭設方式，將后視基準點控制在≤2個[5]。為避免觀測基準點受建筑主體的影響，在具體布設觀測沉降點過程中，明確范圍劃分，并加強對觀測點的保護，減少外部環境因素的影響和干擾，保證觀測數據客觀、準確。

3.2 觀測點控制網布設

在基準測量控制網設計上，基于觀測數據真實性、完整性、可用性方面考量，并標注好變化，于建筑物主體結構上布設9個監測點，并在建筑物路邊地面上布設9個觀測點。為提高觀測精度，明確沉降觀測周期顯得尤為重要。一般會將觀測周期設定為每間隔20d監測1次，在監測期間，采用徠卡DNA03進行觀測場，將每一測站實現長度控制在≤30m，將前后的視距差控制在<1m，將任意一個觀測站點前后視覺差控制在<5m。

針對民用建筑，每加高2～3層，觀測1次；針對工業建筑，要對安裝吊車架、煙囪、澆筑混凝土基礎等分別進行沉降觀測，在工程具體施工建設期間，沉降觀測頻次控制在≥4次。針對建筑施工增高情況，在增加荷載25%、50%、75%、100%各時間節點，分別檢測1次。待建筑物投入使用階段，第一年，每間隔1個季度觀測1次；次年，檢測2～3次；第3年，每年觀測1次，直至沉降量控制在合理范圍內。沉降量穩定狀態的判定，可依據連續記錄的沉降量與時間關系曲線進行判定，最大沉降速率取值結合地基土壓縮性能確定。

觀測時間以上午9∶00～11∶00為準，并依據勘察報告數據分析觀測條件，按照預先設計好的基準觀測量以及徠卡DNA03要求進行操作，最終的觀測數據以連續兩天觀測數據的平均值為準。具體的執行標準見表1。若在高層建筑沉降觀測期間，出現大規模沉降、嚴重的不均沉降以及裂縫等問題時，要及時啟動安全應急預案。

表1 沉降監測技術標準

3.3 觀測數據處理

高層建筑觀測數據處理按照《工程測量規范》GB 50026—2022、建筑變形測量規范JGJ 8—2016等規范或是要求執行，進而保證沉降觀測平差計算結果更準確，最終可觀察到各個觀測點高程變化情況，為沉降量時間曲線圖的繪制提供了數據支持[6]。待每次觀測作業結束后，仔細檢查記錄的觀測數據，核對數據準確性，檢查其精度是否滿足標準。并按照要求調整閉合差，推算出沉降觀察點的高程。計算方法如下。

本次沉降量=本次觀測高程-上次觀測高程；

累計沉降量=本次沉降量+上次累積沉降量

建筑構件清晰度計算：α=(SA-SB)/L，其中SA和SB表示構件傾斜方向上兩點的沉降量，L表示A和B兩點之間的距離，單位為mm。

3.4 加強對沉降觀測的管理

在高層建筑沉降觀測過程中，進行嚴格管理，為提高管理水平，基于大數據平臺下，對觀測數據進行統計、分析和處理，動態化地采集工程結構應力、內力、變形數據等，進而優化數據存儲方式，保證數據真實性、完整性；并根據數據變化情況，評估和分析沉降觀測數據與建筑物施工建設安全性之間的關系。同時，根據統計出的數據推算出相關的設計參數，進一步評估和分析工程結構安全性，預測施工階段變形風險；確保施工方案具有實際應用的可行性，并持續優化和改進，最終得出最佳的設計方案。

4 結語

綜上所述，高層建筑沉降觀測作業的開展，對建筑工程質量控制有重要意義；信息技術類型多樣，應用優勢顯著，在高層沉降觀測中可提供技術支撐。將信息技術應用在高層建筑沉降觀測中，優化了觀測數據記錄方式，方便數據分析和統計，可以科學推算出沉降量、累計沉降量等相關的信息數據，提高了高層建筑沉降觀測作業效率，為建筑工程質量提升提供了保障。未來，加快高層建筑沉降觀測信息化建設步伐，將成為相關行業持續探究的重要課題。