全球衛(wèi)星定位技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用

1、全球衛(wèi)星定位技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用張金序，黃聲享（中國(guó)建筑第三工程局，湖北武漢430070）摘要介紹應(yīng)用全球衛(wèi)星定位技術(shù)（GP S）實(shí)施建筑工程施工基準(zhǔn)定位的方法，并結(jié)合工程實(shí)例就作 業(yè)方法作了闡述。實(shí)施結(jié)果表明，在超高層建筑的基準(zhǔn)定位及傳遞中，應(yīng)用G PS是一種更為 先進(jìn)、科學(xué)、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(zhǔn)傳遞；施工測(cè)量中圖分類(lèi)號(hào)T U 198+ . 2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章編號(hào)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(zhǔn)傳遞點(diǎn)XM 01與 XM02(如圖2所國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的健康發(fā)展，加速了工程建設(shè)進(jìn) 程。高層、超高層建筑和高聳構(gòu)筑物不僅越來(lái)越多，而且體型日趨復(fù)雜，對(duì)施工測(cè)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(chǎng)主樓 80層，高333. 9m ;等。在施 工中，測(cè)量基準(zhǔn)傳遞和軸線(xiàn)、垂直度控制是建筑施工 質(zhì)量控制重點(diǎn)之一，其測(cè)量速度、精度和可靠性直接 影響著整體工程的施工進(jìn)度和質(zhì)量。目前，建筑工程中施工測(cè)量工作一般是將平面 和高程分開(kāi)進(jìn)行的。在高層建筑施工中，平面基準(zhǔn)傳遞

5、的常用方法有：吊錘法、經(jīng)緯儀交會(huì)法、激光鉛直 儀投點(diǎn)法和精密天頂基準(zhǔn)法等；高程基準(zhǔn)傳遞的主 要方法有：幾何水準(zhǔn)測(cè)量、鋼尺垂直量距、三角高程 測(cè)量、全站儀垂直測(cè)高等。這些方法在實(shí)際應(yīng)用中各 有利弊，對(duì)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(huì)加大，高精度垂直度控制的 難度越來(lái)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(cè)量定位技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在精度高、速度快、全天候、無(wú)需通視、點(diǎn)位不 受限制，并可同時(shí)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(shí)際應(yīng)用，國(guó)內(nèi)至今尚無(wú)先例。1999年12月，中國(guó)建筑三局與武漢測(cè)繪科技大 學(xué)合作，應(yīng)用全球定位系統(tǒng)

6、GPS對(duì)廈門(mén)建行大廈開(kāi)展了施工測(cè)量基準(zhǔn)傳遞的嘗試性工作，以評(píng)價(jià)應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)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(xiàn) 呈圓弧狀，按常規(guī)方法施測(cè)有一定困難。本文結(jié)合工 程施工中 GPS應(yīng)用的實(shí)際情況作一介紹。1方案設(shè)計(jì)與施測(cè)GPS首次測(cè)量時(shí)，要建立世界大地坐標(biāo)系與建 筑工程施工坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以供今后各施測(cè)層面的測(cè)量基準(zhǔn)傳遞使用。廈門(mén)建行大廈的建筑 施工坐標(biāo)系，是參照92廈門(mén)坐標(biāo)系利用若干點(diǎn)的紅 線(xiàn)坐標(biāo)，考慮了建筑物本身相對(duì)位置的正確性而建 立起來(lái)的，它是一個(gè)建筑工程施工的獨(dú)

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

8、GPS測(cè)量的基線(xiàn) 解算和網(wǎng)平差有統(tǒng)一的起算基準(zhǔn)和方位。起算點(diǎn)的 位置坐標(biāo)和起算方位由首次GP S測(cè)量確定；o每次GPS測(cè)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(biāo)轉(zhuǎn)換成果的基準(zhǔn)一致性，該轉(zhuǎn)換參數(shù)由首次觀測(cè)采用的儀器設(shè)備是 T rimble 4000SSI 型的雙頻GP S接收機(jī)3臺(tái) （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(cè) 時(shí)間的時(shí)段長(zhǎng)度要長(zhǎng)些， 各時(shí)段觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)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(shí)際觀測(cè)中，每 個(gè)施工層面所需的總觀測(cè) 時(shí)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(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)XM

9、03、XM 04、XM 05和 XM 06為施工基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)。2數(shù)據(jù)處理方法每次測(cè)量時(shí)，GPS數(shù)據(jù)處理過(guò)程大致可分為 GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的基線(xiàn)向量解算、GPS基線(xiàn)向量網(wǎng)的三維無(wú)約平差和二維約束平差、實(shí)用坐標(biāo)的成果轉(zhuǎn) 換等幾個(gè)階段。實(shí)際中，基線(xiàn)解算采用了 T rimble公84坐標(biāo)系中的平均經(jīng)度作為中央子午線(xiàn)，GPS北方位作為固定方位，進(jìn)行高斯投影與坐標(biāo)變換可得到各點(diǎn)的平面坐標(biāo)；？在施工坐標(biāo)系中，以XM 03點(diǎn)作 為固定點(diǎn)，XM 03-XM 04的方位作為固定方位，對(duì)上 述平面坐標(biāo)進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)，便可得到XM 01和 XM 02兩點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。2. 2第2次測(cè)量數(shù)據(jù)處理第2次（及以后各次）G

10、PS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程 與首次有所區(qū)別，其主要過(guò)程為：1基線(xiàn)解算；o固 定XM 01點(diǎn)（其坐標(biāo)與首次相同）的GP S網(wǎng)三維無(wú) 約束平差；？以首次確定的 中央子午線(xiàn)和 XM 01、 XM 02兩點(diǎn)平面坐標(biāo)進(jìn)行二維約束平差；？由首次觀測(cè)確定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)上述平面坐標(biāo)進(jìn)行平 移、旋轉(zhuǎn)，便得到各點(diǎn)在施工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。3測(cè)量結(jié)果及其精度3. 1基準(zhǔn)傳遞的結(jié)果及其精度共進(jìn)行了 4次基準(zhǔn)傳遞控制觀測(cè)，各次施測(cè)的時(shí) 間、建筑物的高度、點(diǎn)位情況如表1所示。次數(shù)施測(cè)時(shí)間建筑標(biāo)高（m）施測(cè)點(diǎn)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(cè)的基本情況司的隨機(jī)解算軟件GPSur vey ,網(wǎng)平差采用的是武漢測(cè)繪科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的GPS網(wǎng)平差和分析軟件系統(tǒng)（pow erAdj）,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換由 自編程序?qū)崿F(xiàn)。2. 1第1次測(cè)量數(shù)據(jù)處理點(diǎn)號(hào)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(zhǔn)傳遞點(diǎn)的平面位置精度mm第1次GPS測(cè)量的目的在于確定 XM 01和 XM 02兩 個(gè)固定基點(diǎn)的坐標(biāo)位置和GPS測(cè)量成果的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 參數(shù)，其數(shù)據(jù)處理的主要過(guò) 程為:1基線(xiàn)解算;o固定XM 01點(diǎn)的 GP S網(wǎng)三維無(wú)約 束平差;?以測(cè)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(cè)他IkHIS 2. I1rights it表3

14、測(cè)點(diǎn)的大地高及精度第1次第2次第3次第4次點(diǎn)號(hào)每次觀測(cè)經(jīng)平差和坐標(biāo)變換后，各基準(zhǔn)傳遞點(diǎn) 的平面位置精度統(tǒng)計(jì)如表 2所示，高程精度統(tǒng)計(jì)如表 3所示。由表2可見(jiàn)，各基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)的平面各方向精度：平 均為1.5mm ,最 大為2. 7mm ;點(diǎn)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(jiàn)，各測(cè)點(diǎn)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(cè)時(shí)，基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)的實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置之差的結(jié)果如表4所示。表4基準(zhǔn)傳遞補(bǔ)點(diǎn)的偏差值mm點(diǎn)號(hào)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(jì)算各施工層面的實(shí)際形心與設(shè)計(jì)形心的坐標(biāo)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(yīng)的垂直度為K = s/ h按上述公式，各次觀測(cè)時(shí)的垂直度計(jì)算結(jié)果如 表5所示。根據(jù)目前建筑行業(yè)對(duì)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?jiàn)，表5中的數(shù)值完全 優(yōu)于這一

16、標(biāo)準(zhǔn)。表5垂直度計(jì)算結(jié)果次數(shù)總偏差值（mm）相對(duì)首次觀測(cè)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(biāo)高控制如果以第1次觀測(cè)確定的固定點(diǎn) XM 01大地高 和其相應(yīng)的施工面標(biāo)高為基準(zhǔn)進(jìn)行推算 ，各次施工 層面的實(shí)測(cè)標(biāo)高和設(shè)計(jì)標(biāo)高的偏差值如表 6所示。表6建筑標(biāo)高的控制結(jié)果次數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)高（m）實(shí)測(cè)標(biāo)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(shí)測(cè)標(biāo)高是采用各次施工層面上 ,各個(gè)基準(zhǔn)傳遞點(diǎn)觀測(cè)的大地

17、高數(shù)據(jù)取平均計(jì)算得到。4結(jié)束語(yǔ)本文研究表明，應(yīng)用GPS實(shí)施超高層建筑的基 準(zhǔn)傳遞具有常規(guī)方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性，它可實(shí)現(xiàn)三維基準(zhǔn)的直接傳遞，其控制基點(diǎn)的位置可設(shè)置在 施工區(qū)外圍，并可避免因分階段進(jìn)行基準(zhǔn)傳遞而引 起的誤差積累。在應(yīng)用中，通過(guò)固定起算基準(zhǔn)和轉(zhuǎn)換參數(shù)，可消除數(shù)據(jù)解算和成果轉(zhuǎn)換過(guò)程中的多種誤 差影響，實(shí)現(xiàn)高精度的目的。大跨度網(wǎng)架支座高精度預(yù)埋鐵件施工福建省游泳跳水館建筑面積11500m造價(jià)505C萬(wàn)元，地下1層，上部2層，框剪結(jié)構(gòu)，屋面網(wǎng)架為2個(gè)半徑 不同球狀網(wǎng)架高低相接，整個(gè)建筑輪 廓為橢圓形。網(wǎng)架跨度68m，網(wǎng)架支座 共有60塊預(yù)埋件，規(guī)格有900mmx 750mm 和50mmx

18、600mm 兩種，厚度為20mm，每塊 預(yù)埋件下設(shè) 置16 22m m錨固筋，按設(shè)計(jì)要求每塊預(yù)埋件設(shè)置 在9. 1m高樓面，即柱梁交匯節(jié)點(diǎn)面 上，精度要求高，相鄰2塊鐵件標(biāo)高差 1/ 800軸 距，軸 線(xiàn)差 1/ 2000軸距，水平傾斜度 1/ 1000鐵件尺寸。我公 司項(xiàng)目部大膽探索，采取高精度預(yù)埋 鐵件施工方法，順利完成了 60塊預(yù)埋 件的預(yù)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(yàn)收后，在支座位置定出預(yù) 埋鐵件位置范圍，然后在該范圍內(nèi)按 設(shè)計(jì)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?zhǔn)確后，用 水平小鋼筋2道點(diǎn)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?xí)r，預(yù)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(xiàn)，用與預(yù)埋件板面 同規(guī)格的三合板（板上亦應(yīng)彈出十字 中心線(xiàn)）蓋在涂有油漆的錨固筋頂面 上,移動(dòng)三合板使板上十字線(xiàn)與基面 上十字線(xiàn)對(duì)正（可用垂球或水平尺）。 對(duì)準(zhǔn)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(duì)應(yīng)號(hào)，作 為樣板送到工廠進(jìn)行加工、鉆孔。（4）