全球卫星定位技术在建筑工程施工中的应用

1、全球卫星定位技术在建筑工程施工中的应用张金序，黄声享（中国建筑第三工程局，湖北武汉430070）摘要介绍应用全球卫星定位技术（GP S）实施建筑工程施工基准定位的方法，并结合工程实例就作 业方法作了阐述。实施结果表明，在超高层建筑的基准定位及传递中，应用G PS是一种更为 先进、科学、行之有效的方法。关键词高层建筑；全球定位系统（G PS）;基准传递；施工测量中图分类号T U 198+ . 2文献标识码B文章编号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图1建筑施工基准传递点XM 01与 XM02(如图2所国民经济建设的健康发展，加速了工程建设进 程。高层、超高层建筑和高耸构筑物不仅越来越多，而且体型日趋复杂，对施工测量提岀了更高要求，如深圳地王大厦,81层，高384m;天津广播电视塔，高 415m;广东中天广场主楼 80层，高333. 9m ;等。在施 工中，测量基准传递和轴线、垂直度控制是建筑施工 质量控制重点之一，其测量速度、精度和可靠性直接 影响着整体工程的施工进度和质量。目前，建筑工程中施工测量工作一般是将平面 和高程分开进行的。在高层建筑施工中，平面基准传递

5、的常用方法有：吊锤法、经纬仪交会法、激光铅直 仪投点法和精密天顶基准法等；高程基准传递的主 要方法有：几何水准测量、钢尺垂直量距、三角高程 测量、全站仪垂直测高等。这些方法在实际应用中各 有利弊，对环境条件也有特定要求，并且随着建筑总高度的升高，误差累积会加大，高精度垂直度控制的 难度越来越大。为此，有必要寻求新的技术与方法。GPS作为一种全新的测量定位技术，其优点主要体现在精度高、速度快、全天候、无需通视、点位不 受限制，并可同时提供平面和高程的三维位置信息 等。GPS在高层建筑工程施工中的实际应用，国内至今尚无先例。1999年12月，中国建筑三局与武汉测绘科技大 学合作，应用全球定位系统

6、GPS对厦门建行大厦开展了施工测量基准传递的尝试性工作，以评价应用GPS技术进行高层建筑施工控制及放样的可行性 和优越性。该工程主楼高 43层、172. 6m ,总建筑面积 64725m 2 ,为钢筋混凝土框筒结构，其柱、墙、梁轴线 呈圆弧状，按常规方法施测有一定困难。本文结合工 程施工中 GPS应用的实际情况作一介绍。1方案设计与施测GPS首次测量时，要建立世界大地坐标系与建 筑工程施工坐标系之间的转换关系，以供今后各施测层面的测量基准传递使用。厦门建行大厦的建筑 施工坐标系，是参照92厦门坐标系利用若干点的红 线坐标，考虑了建筑物本身相对位置的正确性而建 立起来的，它是一个建筑工程施工的独

7、立坐标系。为 放样方便，测量的四个基点设置在主体建筑物内，即内控法，如图1所示。针对建筑工程范围 小、建设周期短、相对精 度要求高等特点，在建 筑工程的外围设置了两 个相对稳定的临时基准点收稿日期2000-07-05;修订日期2000-11-15作者简介张金序（1941 ）,男，河北景县人,中国建筑第三工程局科技部经理，高级工程师，武汉珞狮路248号430070,电应：话：（027） 87395918示）,以作为各次进行 GPS测量的基准。这两个基点 的主要作用在于：1每次测量时，均固定其中的一点（女口 XM 01）作为起算点，固定该两点（XM 01-XM 02）的方位作为起算方位，以确保每次

8、GPS测量的基线 解算和网平差有统一的起算基准和方位。起算点的 位置坐标和起算方位由首次GP S测量确定；o每次GPS测量的成果转换，均采用统一的转换参数，以确 保坐标转换成果的基准一致性，该转换参数由首次观测采用的仪器设备是 T rimble 4000SSI 型的双频GP S接收机3台 （套），按静态定位模式工 作。为确保固定基位转换 参数的可靠性，首次观测 时间的时段长度要长些， 各时段观测时间长度为3090m in不等。数据采样 间隔1015s,卫星高度角限值1&实际观测中，每 个施工层面所需的总观测 时间为46h ,数据采集状况正常。如图2所示，XM 01和XM 02为临时基准点XM

9、03、XM 04、XM 05和 XM 06为施工基准传递点。2数据处理方法每次测量时，GPS数据处理过程大致可分为 GPS观测数据的基线向量解算、GPS基线向量网的三维无约平差和二维约束平差、实用坐标的成果转 换等几个阶段。实际中，基线解算采用了 T rimble公84坐标系中的平均经度作为中央子午线，GPS北方位作为固定方位，进行高斯投影与坐标变换可得到各点的平面坐标；？在施工坐标系中，以XM 03点作 为固定点，XM 03-XM 04的方位作为固定方位，对上 述平面坐标进行平移、旋转，便可得到XM 01和 XM 02两点在施工坐标系中的坐标。2. 2第2次测量数据处理第2次（及以后各次）G

10、PS测量的数据处理过程 与首次有所区别，其主要过程为：1基线解算；o固 定XM 01点（其坐标与首次相同）的GP S网三维无 约束平差；？以首次确定的 中央子午线和 XM 01、 XM 02两点平面坐标进行二维约束平差；？由首次观测确定的坐标转换参数，对上述平面坐标进行平 移、旋转，便得到各点在施工坐标系中的坐标。3测量结果及其精度3. 1基准传递的结果及其精度共进行了 4次基准传递控制观测，各次施测的时 间、建筑物的高度、点位情况如表1所示。次数施测时间建筑标高（m）施测点位第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施测的基本情况司的随机解算软件GPSur vey ,网平差采用的是武汉测绘科技大学开发的GPS网平差和分析软件系统（pow erAdj）,坐标转换由 自编程序实现。2. 1第1次测量数据处理点号第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基准传递点的平面位置精度mm第1次GPS测量的目的在于确定 XM 01和 XM 02两 个固定基点的坐标位置和GPS测量成果的坐标转换 参数，其数据处理的主要过 程为:1基线解算;o固定XM 01点的 GP S网三维无约 束平差;?以测区在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、测点的大地高及精度第1次第2次第3次第4次点号每次观测经平差和坐标变换后，各基准传递点 的平面位置精度统计如表 2所示，高程精度统计如表 3所示。由表2可见，各基准传递点的平面各方向精度：平 均为1.5mm ,最 大为2. 7mm ;点位 精度：平 均为2. 2mm ,最大为3. 2mm ,均小于5mm的平面精度要求。由表3可见，各测点的大地高精度:平均为3. 2mm ,最大为6. 7mm ,也均小于8mm 的高程精度 要求。3. 2 垂直度各次观测时，基准传递点的实际位置与设计位置之差的结果如表4所示。表4基准传递补点的偏差值mm点号第次第次第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按静力矩法，可计算各施工层面的实际形心与设计形心的坐标差$X =!dx / n南北方向$Y =Xdy /卩（东西方向）总偏差值为s=$ X 2+ $ Y 2相应的垂直度为K = s/ h按上述公式，各次观测时的垂直度计算结果如 表5所示。根据目前建筑行业对高（超高）层建筑物垂直度控制的一般规程要求 ：总垂直度 H / 1000H /3000，总偏差值0m m。可见，表5中的数值完全 优于这一

16、标准。表5垂直度计算结果次数总偏差值（mm）相对首次观测的高差（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标高控制如果以第1次观测确定的固定点 XM 01大地高 和其相应的施工面标高为基准进行推算 ，各次施工 层面的实测标高和设计标高的偏差值如表 6所示。表6建筑标高的控制结果次数设计标高（m）实测标高（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：表中实测标高是采用各次施工层面上 ,各个基准传递点观测的大地

17、高数据取平均计算得到。4结束语本文研究表明，应用GPS实施超高层建筑的基 准传递具有常规方法无法比拟的优越性，它可实现三维基准的直接传递，其控制基点的位置可设置在 施工区外围，并可避免因分阶段进行基准传递而引 起的误差积累。在应用中，通过固定起算基准和转换参数，可消除数据解算和成果转换过程中的多种误 差影响，实现高精度的目的。大跨度网架支座高精度预埋铁件施工福建省游泳跳水馆建筑面积11500m造价505C万元，地下1层，上部2层，框剪结构，屋面网架为2个半径 不同球状网架高低相接，整个建筑轮 廓为椭圆形。网架跨度68m，网架支座 共有60块预埋件，规格有900mmx 750mm 和50mmx

18、600mm 两种，厚度为20mm，每块 预埋件下设 置16 22m m锚固筋，按设计要求每块预埋件设置 在9. 1m高楼面，即柱梁交汇节点面 上，精度要求高，相邻2块铁件标高差 1/ 800轴 距，轴 线差 1/ 2000轴距，水平倾斜度 1/ 1000铁件尺寸。我公 司项目部大胆探索，采取高精度预埋 铁件施工方法，顺利完成了 60块预埋 件的预埋，其施工原理如下：（1）先加工锚固钢筋，在主体结构 模板、钢筋验收后，在支座位置定出预 埋铁件位置范围，然后在该范围内按 设计位置埋入锚固钢筋，在控制锚固 筋的垂直度和筋顶的高度准确后，用 水平小钢筋2道点焊 连成整体，并和主 筋焊牢以防变位和倾斜。（2）在柱梁浇捣混凝土时，预埋件 基座处表面在终凝前要清除水泥浮 浆，并扫毛，保持二次灌浆粘结面的粗 糙。（3）混凝土浇灌后在支座位置定 出埋件十字中心线，用与预埋件板面 同规格的三合板（板上亦应弹出十字 中心线）盖在涂有油漆的锚固筋顶面 上,移动三合板使板上十字线与基面 上十字线对正（可用垂球或水平尺）。 对准后用锤子敲打三夹板，使锚固筋 顶面上的油漆痕迹印到三夹板上，把 每块三夹板都与支座编上对应号，作 为样板送到工厂进行加工、钻孔。（4）