建筑工程中的高精度控制測量技術及其優化研究

0 引言

隨著現代建筑技術的飛速發展，人們對測量精度的要求也越來越高。高精度控制測量技術不僅能夠提高工程的施工質量，還能有效減少誤差，節約成本，提升工程團隊的專業形象和水平。因此，對高精度控制測量技術及其優化的研究具有現實意義和理論價值[1-2]。在建筑工程測量中，精度控制是保證測量數據準確性和可靠性的關鍵，任何微小的測量誤差都可能導致工程質量問題，甚至引發安全隱患。因此高精度控制測量技術的應用成為確保工程質量和安全的重要手段。傳統的測量方法往往存在精度不足、數據不準確等問題，已無法滿足現代建筑工程對精度的嚴格要求。而高精度控制測量技術，如GPS技術、RS技術、GIS技術以及原圖數字化測繪技術等，為建筑工程測量提供了新的解決方案。

然而，高精度控制測量技術在實際操作中，人為誤差、儀器誤差、環境因素以及數據處理方法等都可能對測量精度產生影響[3-4]。因此，對高精度控制測量技術的優化研究顯得尤為重要。本文旨在探討建筑工程中的高精度控制測量技術及其優化方法，通過對高精度控制測量技術的原理、應用以及優化策略的深入研究，為建筑工程測量提供更為準確、可靠的測量手段，為相關領域的研究和實踐提供一定的參考和借鑒，推動建筑工程測量技術的發展與進步。

1工程概況

本文選取某大型建筑工程作為研究對象，該工程位于城市中心區域，總建筑面積約為10萬 m² ，包含購物中心、辦公樓和酒店等多個功能區域。該工程在設計和施工過程中，對測量精度要求極高，需要確保各功能區域的準確對接和協調，以滿足建筑的功能性和美觀性要求。同時，該工程還面臨著復雜的施工環境和地質條件，給測量工作帶來了較大的挑戰。為確保工程質量，本項目采用了高精度控制測量技術，對建筑物基礎、主體結構、裝飾裝修等各階段的精確測量與監控。

2高精度控制測量技術應用

2.1 儀器選擇

變形監測的方法主要包括水準測量、全站儀測量和三維激光掃描等。水準測量主要用于監測建筑物的高程變化，判斷建筑物是否發生沉降或抬升。全站儀利用激光或紅外線等技術，可以同時測量距離、角度和高度等多個參數，從而判斷建筑物是否發生傾斜或位移。三維激光掃描則是一種新興的變形監測方法，通過激光掃描儀對建筑物進行全方位掃描，獲取建筑物表面的三維點云數據，進而分析建筑物的變形情況。

在選擇測量儀器時，為滿足高精度控制測量作業需求，經過慎重考慮與多方比較，本工程最終決定選用三維激光掃描儀技術作為本工程的主要測量技術，水準儀和全站儀用于輔助測量。三維激光掃描儀具有高精度、高效率、非接觸式測量等顯著優勢，能夠提供全面、準確、實時的三維空間信息，確保工程設計和施工的精確性和可靠性，為工程的順利進行和高質量完成提供堅實的技術支撐[5-6]。三維激光掃描儀系統測量流程如圖1所示。

圖1激光掃描儀的測量流程

2.2監測點設置

在監測點布置方面，本工程根據測量任務的要求和施工現場的實際情況，合理設置了監測點的位置。監測點位置布置如圖2所示。以購物中心為例，監測點布置在建筑物的4個角落和關鍵位置，確保能夠全面覆蓋測量區域[7]。同時，對監測點之間的距離進行合理控制，避免誤差的傳遞和累積。

圖2監測點位置布置

為確保監測點的穩定性和可靠性，本工程采取了多種保護措施。在監測點位置設置了明顯的標志和標識，避免在施工過程中被誤碰或損壞。同時，定期對監測點進行檢查和維護，以便及時發現并處理異常情況。此外，在測量過程中，還采用了多個監測點進行聯合測量的方法，以提高測量精度和可靠性。

2.3 數據處理

在建筑工程測量中，數據處理是非常關鍵的一環，直接影響著測量結果的準確性和可靠性。本工程在測量完成后，首先采用三倍標準差原則排除異常值，隨后采用最小二乘法擬合進行數據平差。其次，進行誤差分析，分析測量過程中存在的誤差來源，并采取相應的措施進行修正。最后，采用數據處理軟件和技術進行數據處理和分析，提高數據處理的效率和準確性，減少人為誤差的影響。

3監測結果分析

3.1 沉降位移

水準儀和三維掃描儀在同一建筑物不同測點的沉降值監測如圖3所示。從圖3可以看出，水準儀與三維掃描儀測量的各測點沉降值均保持穩定，無顯著突變，表明建筑物沉降情況平穩。

圖3建筑物沉降位移變化

兩者測量結果存在一定差異，三維掃描儀測量的沉降值普遍略高于水準儀。在測點1中，三維掃描儀測量的沉降值為 7.87mm ，而水準儀的測量結果為 7.5mm ，差異為 0.37mm 。在測點2監測差異稍大為 0.32mm ，其他測點的差異也呈現出相似的規律，差異范圍在0.31～0.4mm之間。這是由于水準儀的測量結果受人為操作因素影響較大，如觀測者的技術水平、讀數準確性等。而三維掃描儀在一定程度上降低了人為操作的影響。

3.2水平位移

全站儀和三維掃描儀在同一建筑物不同測點的沉降值監測如圖4所示。分析圖4可知，盡管兩種方法均能有效監測建筑物的位移情況，但全站儀在反映位移量上似乎更為敏感。全站儀監測到的水平位移值介于6.59～7.43mm 之間，而三維掃描儀監測到的水平位移值則在 6.09～6.89mm 的范圍內，從整體來看，全站儀所監測到的水平位移值要略高于三維掃描儀的監測結果。

無論是通過全站儀還是三維掃描儀進行監測，位移建筑物中部的測點2與測點5所得到的水平位移值都相對較大，位移建筑物角落的測點1、測點3、測點4和測點6的監測結果則相對較小，表現出高度的一致性。測點1全站儀與三維掃描儀的水平位移值分別為 6.62mm 和6.39mm ，二者之間的差異僅為 0.23mm 。測點2全站儀與三維掃描儀的水平位移值分別為 7.07mm 和 6.61mm ，二者之間的差異僅為 0.46mm 。這是由儀器精度、測量過程中產生的誤差所導致的。

4優化措施

4.1引入多傳感器融合技術

將激光掃描數據與其他傳感器數據（如慣性導航系統、攝像頭等）有機融合，可以有效糾正潛在的誤差，提高整個系統的魯棒性和測量結果的準確性。例如，結合慣性導航系統的數據，可以幫助消除由于運動引起的掃描失真，而利用攝像頭數據則有助于識別和校正可能存在的遮擋或反射問題。

4.2合理設置掃描參數與路徑

根據物體大小和需求設置掃描分辨率，一般在0.5～2mm 之間。調整掃描范圍，確保覆蓋整個目標物體，同時，設置適當的掃描角度，進行 360^°"全方位掃描，減少遮擋并提高數據完整性。對于大型物體，設置多個測站點進行掃描，并確保相鄰掃描區域有一定的重疊度。

4.3控制環境影響因素

在掃描過程中保持環境光線穩定，避免光線變化對測量精度的影響。在可能的情況下，選擇光線較暗的環境進行掃描。同時盡量確保在溫度、濕度穩定的環境中使用掃描儀，減少環境因素對測距的影響。

3.3 傾斜率

全站儀和三維掃描儀在同一建筑物不同測點的傾斜率監測如表1所示。全站儀監測中，測點1傾斜率為0.286% ，而測點2至測點6的傾斜率分別在 0.295%～0.281% 之間波動，其中測點5的傾斜率最大，達到 0.31% 。在三維掃描儀監測中，測點1傾斜率為 0.266% ，測點2至測點6的傾斜率在 0.287%～0.256% 之間變化，測點5的傾斜率雖然高于測點1，但相較于全站儀數據有所減小。

表1建筑物各測點傾斜率 單位：%

對比監測結果可以發現，各測點的相對傾斜趨勢表現出高度的一致性。無論是全站儀還是三維掃描儀，測點5相對于其他測點具有更大的傾斜率，表明兩種儀器在捕捉建筑物或結構體的整體傾斜趨勢方面具有相似的有效性。全站儀以其高精度的角度和距離測量能力而聞名，通常用于需要高精度單點定位的場合。而三維掃描儀則以其快速獲取大量三維數據的能力見長，更適合于全局性的形變監測和可視化分析。在實際應用中，可以根據具體的監測需求和項目要求來選擇最合適的儀器或儀器組合，以達到最佳的監測效果。

5結論

三維激光掃描儀具有高精度、高效率、非接觸式測量等顯著優勢，能夠提供全面、準確、實時的三維空間信息，確保工程設計和施工的精確性和可靠性。本文依托實體工程，通過現場監測研究了建筑工程中高精度控制測量技術及其優化研究，得到以下結論：

1）在控制點布置方面，根據測量任務的要求和施工現場的實際情況，在建筑物的四個角落和關鍵位置布置監測點，可確保能夠全面覆蓋測量區域，避免誤差的傳播和累積。

2）三維掃描儀沉降值普遍略高于水準儀，差異范圍約 0.31～0.4mm ，這主要歸因于水準儀測量結果易受人為操作因素影響，而三維掃描儀則相對減少了這一影響。

3）采用全站儀與三維掃描儀監測建筑物沉降值時，全站儀對位移量更為敏感，監測結果略高于三維掃描儀。兩種儀器均顯示建筑物中部測點位移較大，角落測點位移較小，且兩者間差異微小，主要由儀器精度和測量誤差導致。全站儀擅長高精度單點定位，三維掃描儀則擅長全局形變監測與數據可視化。實際應用中，應根據監測需求和項目要求選擇合適的儀器或組合，以實現最優監測效果。

參考文獻

[1]侯吉鷹，劉曉.精度控制在建筑工程測量技術中的應用[J].建筑，2023（2）：143-144.

[2]唐慧生.精度控制在建筑工程測量技術中的應用[J].陶瓷，2022（6）：115-117.

[3]王浩斌.精度控制在建筑工程測量技術中的應用[J].住宅與房地產，2019（6）：186.

[4]陳學勇.精度控制在建筑工程測量技術中的應用[J].科技創新與應用，2018（20）：164-165.

[5]李春生.工程測量技術在地下工程測量與精度控制中的應用[J].科學技術創新，2025（2）：173-176.

[6]王云富.精度控制在建筑工程測量技術中的應用分析[J].江西建材，2018（3）：167.

[7]徐尚政，徐立勇，朱日俊.三維激光掃描技術在建筑工程測量中的應用[J].經緯天地，2024（4）：47-50.