全球衛(wèi)星定位技術(shù)在建筑工程施工中的應用

1、全球衛(wèi)星定位技術(shù)在建筑工程施工中的應用張金序，黃聲享（中國建筑第三工程局，湖北武漢430070）摘要介紹應用全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GP S）實施建筑工程施工基準定位的方法，并結(jié)合工程實例就作 業(yè)方法作了闡述。實施結(jié)果表明，在超高層建筑的基準定位及傳遞中，應用G PS是一種更為 先進、科學、行之有效的方法。關(guān)鍵詞高層建筑；全球定位系統(tǒng)（G PS）;基準傳遞；施工測量中圖分類號T U 198+ . 2文獻標識碼B文章編號1002-8498（ 2001） 02-0029-03Applicati on of Global Positi on System in Buildi ng Con structi

2、onZHANG Jin -xu, HUANG She ng-xia ng（Chinese N o . 3 Cons tr uction Engineering Bur eau , W uhan , H ubei 430070, China ）Abstract: I n this ar ticle, author s intro duce the pr imar y position metho d in building co nstr uctio n w ith Glo bal Po - sitio n System, and t he o per atio n met ho d w ith

3、 a pr actical exam ple. T he practical result s pro ved that GP S is a mor e advanced, scientific and effective metho d in the pr imar y posit ion and t ransmissio n in super hig h-r ise building .Key words： hig h-rise building ; G lo ba l Po sitio n Sy stem ( G PS) ; pr imar y tr ansm ission; const

4、r uction measur ementXMOfi14.90mKMiiL圖1建筑施工基準傳遞點XM 01與 XM02(如圖2所國民經(jīng)濟建設(shè)的健康發(fā)展，加速了工程建設(shè)進 程。高層、超高層建筑和高聳構(gòu)筑物不僅越來越多，而且體型日趨復雜，對施工測量提岀了更高要求，如深圳地王大廈,81層，高384m;天津廣播電視塔，高 415m;廣東中天廣場主樓 80層，高333. 9m ;等。在施 工中，測量基準傳遞和軸線、垂直度控制是建筑施工 質(zhì)量控制重點之一，其測量速度、精度和可靠性直接 影響著整體工程的施工進度和質(zhì)量。目前，建筑工程中施工測量工作一般是將平面 和高程分開進行的。在高層建筑施工中，平面基準傳遞

5、的常用方法有：吊錘法、經(jīng)緯儀交會法、激光鉛直 儀投點法和精密天頂基準法等；高程基準傳遞的主 要方法有：幾何水準測量、鋼尺垂直量距、三角高程 測量、全站儀垂直測高等。這些方法在實際應用中各 有利弊，對環(huán)境條件也有特定要求，并且隨著建筑總高度的升高，誤差累積會加大，高精度垂直度控制的 難度越來越大。為此，有必要尋求新的技術(shù)與方法。GPS作為一種全新的測量定位技術(shù)，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在精度高、速度快、全天候、無需通視、點位不 受限制，并可同時提供平面和高程的三維位置信息 等。GPS在高層建筑工程施工中的實際應用，國內(nèi)至今尚無先例。1999年12月，中國建筑三局與武漢測繪科技大 學合作，應用全球定位系統(tǒng)

6、GPS對廈門建行大廈開展了施工測量基準傳遞的嘗試性工作，以評價應用GPS技術(shù)進行高層建筑施工控制及放樣的可行性 和優(yōu)越性。該工程主樓高 43層、172. 6m ,總建筑面積 64725m 2 ,為鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)，其柱、墻、梁軸線 呈圓弧狀，按常規(guī)方法施測有一定困難。本文結(jié)合工 程施工中 GPS應用的實際情況作一介紹。1方案設(shè)計與施測GPS首次測量時，要建立世界大地坐標系與建 筑工程施工坐標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以供今后各施測層面的測量基準傳遞使用。廈門建行大廈的建筑 施工坐標系，是參照92廈門坐標系利用若干點的紅 線坐標，考慮了建筑物本身相對位置的正確性而建 立起來的，它是一個建筑工程施工的獨

7、立坐標系。為 放樣方便，測量的四個基點設(shè)置在主體建筑物內(nèi)，即內(nèi)控法，如圖1所示。針對建筑工程范圍 小、建設(shè)周期短、相對精 度要求高等特點，在建 筑工程的外圍設(shè)置了兩 個相對穩(wěn)定的臨時基準點收稿日期2000-07-05;修訂日期2000-11-15作者簡介張金序（1941 ）,男，河北景縣人,中國建筑第三工程局科技部經(jīng)理，高級工程師，武漢珞獅路248號430070,電應：話：（027） 87395918示）,以作為各次進行 GPS測量的基準。這兩個基點 的主要作用在于：1每次測量時，均固定其中的一點（女口 XM 01）作為起算點，固定該兩點（XM 01-XM 02）的方位作為起算方位，以確保每次

8、GPS測量的基線 解算和網(wǎng)平差有統(tǒng)一的起算基準和方位。起算點的 位置坐標和起算方位由首次GP S測量確定；o每次GPS測量的成果轉(zhuǎn)換，均采用統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，以確 保坐標轉(zhuǎn)換成果的基準一致性，該轉(zhuǎn)換參數(shù)由首次觀測采用的儀器設(shè)備是 T rimble 4000SSI 型的雙頻GP S接收機3臺 （套），按靜態(tài)定位模式工 作。為確保固定基位轉(zhuǎn)換 參數(shù)的可靠性，首次觀測 時間的時段長度要長些， 各時段觀測時間長度為3090m in不等。數(shù)據(jù)采樣 間隔1015s,衛(wèi)星高度角限值1&實際觀測中，每 個施工層面所需的總觀測 時間為46h ,數(shù)據(jù)采集狀況正常。如圖2所示，XM 01和XM 02為臨時基準點XM

9、03、XM 04、XM 05和 XM 06為施工基準傳遞點。2數(shù)據(jù)處理方法每次測量時，GPS數(shù)據(jù)處理過程大致可分為 GPS觀測數(shù)據(jù)的基線向量解算、GPS基線向量網(wǎng)的三維無約平差和二維約束平差、實用坐標的成果轉(zhuǎn) 換等幾個階段。實際中，基線解算采用了 T rimble公84坐標系中的平均經(jīng)度作為中央子午線，GPS北方位作為固定方位，進行高斯投影與坐標變換可得到各點的平面坐標；？在施工坐標系中，以XM 03點作 為固定點，XM 03-XM 04的方位作為固定方位，對上 述平面坐標進行平移、旋轉(zhuǎn)，便可得到XM 01和 XM 02兩點在施工坐標系中的坐標。2. 2第2次測量數(shù)據(jù)處理第2次（及以后各次）G

10、PS測量的數(shù)據(jù)處理過程 與首次有所區(qū)別，其主要過程為：1基線解算；o固 定XM 01點（其坐標與首次相同）的GP S網(wǎng)三維無 約束平差；？以首次確定的 中央子午線和 XM 01、 XM 02兩點平面坐標進行二維約束平差；？由首次觀測確定的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，對上述平面坐標進行平 移、旋轉(zhuǎn)，便得到各點在施工坐標系中的坐標。3測量結(jié)果及其精度3. 1基準傳遞的結(jié)果及其精度共進行了 4次基準傳遞控制觀測，各次施測的時 間、建筑物的高度、點位情況如表1所示。次數(shù)施測時間建筑標高（m）施測點位第1次1999-12-2938. 65X M 01、XM 02、XM 03、XM 04、X M 05第2次2000-0

11、3-1083. 65XM 01、XM 02、X M 03、X M 04、XM 05、X M 06第3次2000-06-06132. 85X M 01、XM 02、XM 03、第4次2000-10-04148. 05X M 04、X M 05、XM 06XM 01、XM 02、X M 03、X M 05表1 GPS施測的基本情況司的隨機解算軟件GPSur vey ,網(wǎng)平差采用的是武漢測繪科技大學開發(fā)的GPS網(wǎng)平差和分析軟件系統(tǒng)（pow erAdj）,坐標轉(zhuǎn)換由 自編程序?qū)崿F(xiàn)。2. 1第1次測量數(shù)據(jù)處理點號第1次第2次第3次第4次xyRM SxyRMSxyRM SxyRMSX M 030. 90.

12、 81.20. 81.21.51.82. 73. 21.31.82. 2X M 040. 50. 60. 81.01.31.71.82. 53. 1X M 051.51.32. 01.01.41.71.52. 22. 71.01.02. 2X M 062. 32. 23. 21.82. 53. 0表2基準傳遞點的平面位置精度mm第1次GPS測量的目的在于確定 XM 01和 XM 02兩 個固定基點的坐標位置和GPS測量成果的坐標轉(zhuǎn)換 參數(shù)，其數(shù)據(jù)處理的主要過 程為:1基線解算;o固定XM 01點的 GP S網(wǎng)三維無約 束平差;?以測區(qū)在WGS -H ( m)M h( mm )H (m )M h

13、 ( mm)H ( m)M h(mm )H ( m)M h( mm)X M0221.6200. 821.6292. 721.6613.221.7122. 1X M0361.3242. 0106. 3173. 4155. 5444. 3170. 7062. 4X M0461.3262. 4106. 3263. 7155. 5574. 5X M0561.3383. 4106. 3313. 7155. 5464. 4170. 7031.6X M06106. 3216. 7155. 5453. 7伽】niijLI. It ctnslJ II lJUllx冊他IkHIS 2. I1rights it表3

14、測點的大地高及精度第1次第2次第3次第4次點號每次觀測經(jīng)平差和坐標變換后，各基準傳遞點 的平面位置精度統(tǒng)計如表 2所示，高程精度統(tǒng)計如表 3所示。由表2可見，各基準傳遞點的平面各方向精度：平 均為1.5mm ,最 大為2. 7mm ;點位 精度：平 均為2. 2mm ,最大為3. 2mm ,均小于5mm的平面精度要求。由表3可見，各測點的大地高精度:平均為3. 2mm ,最大為6. 7mm ,也均小于8mm 的高程精度 要求。3. 2 垂直度各次觀測時，基準傳遞點的實際位置與設(shè)計位置之差的結(jié)果如表4所示。表4基準傳遞補點的偏差值mm點號第次第次第4次dxdydxdydd yX M 035. 5

15、-5. 128. 6-28. 7-6.2- 20. 3X M 0411. 1-6. 115. 114. 4X M 054. 6-2. 817. 3-32. 9-6.7- 3. 9X IVI 061-6. 1按靜力矩法，可計算各施工層面的實際形心與設(shè)計形心的坐標差$X =!dx / n南北方向$Y =Xdy /卩（東西方向）總偏差值為s=$ X 2+ $ Y 2相應的垂直度為K = s/ h按上述公式，各次觀測時的垂直度計算結(jié)果如 表5所示。根據(jù)目前建筑行業(yè)對高（超高）層建筑物垂直度控制的一般規(guī)程要求 ：總垂直度 H / 1000H /3000，總偏差值0m m?？梢?，表5中的數(shù)值完全 優(yōu)于這一

16、標準。表5垂直度計算結(jié)果次數(shù)總偏差值（mm）相對首次觀測的高差（m）垂直度第2次9. 345. 01/4839第3次23. 494. 21/4026第4次13. 7109. 41/79853. 3標高控制如果以第1次觀測確定的固定點 XM 01大地高 和其相應的施工面標高為基準進行推算 ，各次施工 層面的實測標高和設(shè)計標高的偏差值如表 6所示。表6建筑標高的控制結(jié)果次數(shù)設(shè)計標高（m）實測標高（m）差值（cm）第2次83. 6583. 645-0. 5第3次132. 85132. 8691.9第次148. 05148. 0262-4注：表中實測標高是采用各次施工層面上 ,各個基準傳遞點觀測的大地

17、高數(shù)據(jù)取平均計算得到。4結(jié)束語本文研究表明，應用GPS實施超高層建筑的基 準傳遞具有常規(guī)方法無法比擬的優(yōu)越性，它可實現(xiàn)三維基準的直接傳遞，其控制基點的位置可設(shè)置在 施工區(qū)外圍，并可避免因分階段進行基準傳遞而引 起的誤差積累。在應用中，通過固定起算基準和轉(zhuǎn)換參數(shù)，可消除數(shù)據(jù)解算和成果轉(zhuǎn)換過程中的多種誤 差影響，實現(xiàn)高精度的目的。大跨度網(wǎng)架支座高精度預埋鐵件施工福建省游泳跳水館建筑面積11500m造價505C萬元，地下1層，上部2層，框剪結(jié)構(gòu)，屋面網(wǎng)架為2個半徑 不同球狀網(wǎng)架高低相接，整個建筑輪 廓為橢圓形。網(wǎng)架跨度68m，網(wǎng)架支座 共有60塊預埋件，規(guī)格有900mmx 750mm 和50mmx

18、600mm 兩種，厚度為20mm，每塊 預埋件下設(shè) 置16 22m m錨固筋，按設(shè)計要求每塊預埋件設(shè)置 在9. 1m高樓面，即柱梁交匯節(jié)點面 上，精度要求高，相鄰2塊鐵件標高差 1/ 800軸 距，軸 線差 1/ 2000軸距，水平傾斜度 1/ 1000鐵件尺寸。我公 司項目部大膽探索，采取高精度預埋 鐵件施工方法，順利完成了 60塊預埋 件的預埋，其施工原理如下：（1）先加工錨固鋼筋，在主體結(jié)構(gòu) 模板、鋼筋驗收后，在支座位置定出預 埋鐵件位置范圍，然后在該范圍內(nèi)按 設(shè)計位置埋入錨固鋼筋，在控制錨固 筋的垂直度和筋頂?shù)母叨葴蚀_后，用 水平小鋼筋2道點焊 連成整體，并和主 筋焊牢以防變位和傾斜。（2）在柱梁澆搗混凝土時，預埋件 基座處表面在終凝前要清除水泥浮 漿，并掃毛，保持二次灌漿粘結(jié)面的粗 糙。（3）混凝土澆灌后在支座位置定 出埋件十字中心線，用與預埋件板面 同規(guī)格的三合板（板上亦應彈出十字 中心線）蓋在涂有油漆的錨固筋頂面 上,移動三合板使板上十字線與基面 上十字線對正（可用垂球或水平尺）。 對準后用錘子敲打三夾板，使錨固筋 頂面上的油漆痕跡印到三夾板上，把 每塊三夾板都與支座編上對應號，作 為樣板送到工廠進行加工、鉆孔。（4）