高层建筑全站仪高程竖向传递方法及其精度分析

邱冬冬

(江苏建筑职业技术学院 建筑工程技术学院,江苏 徐州 221116)

高层建筑全站仪高程竖向传递方法及其精度分析

邱冬冬

(江苏建筑职业技术学院 建筑工程技术学院,江苏 徐州 221116)

高层建筑的出现对测量精度提出了更高的要求,常规方法已不能满足需要.通过对常用的测量方法进行比较,采用全站仪天顶测距引测法能够满足高层建筑对于高程传递的精度要求.对全站仪高层竖向传递进行了精度分析,验证了该方法的可行性.

高层建筑;测量方法;全站仪;高程传递;精度分析

社会经济的发展加速了工程建设的步伐,众多高层、超高层建筑如雨后春笋般不断涌现,其建筑高度也竞相攀升,如上海中心大厦建筑高度为632 m、深圳平安金融中心大厦建筑高度为646 m,等等.高层、超高层建筑物的出现,对测量精度提出了更高的要求.对该类建筑进行轴线和高程传递是质量控制的重点之一,其精度直接影响到工程的进度和质量.本文拟对其中的高程传递进行比较讨论,并通过精度分析确定全站仪传递在高层建筑中的适用性[1].

1 常用的高程传递方法

1.1 常规水准测量

常规水准测量是迄今最常用和精度最高的一种测量方法.但这种方法(光学水准仪)在标高传递中相对而言劳动强度大,作业时间长.更先进的数字水准仪的出现,在一定程度上克服了光学水准仪的缺点,提高了工作效率.但是由于其作业线路是无法改变的,常规的水准测量不适应于高陡的高程传递,因而对高度较高的建筑物不能方便地应用.

1.2 悬挂钢尺引测法

悬挂钢尺引测法是用钢尺代替水准测量中的水准尺,以达到引测高层的目的,如图1所示[2].由于操作简单,悬挂钢尺引测法受到许多工地青睐.但是该方法受外界环境制约较多(例如风、拉力和温度对尺长的影响等),通常只适用于高差为50 m范围内的高程传递.而楼房的高度越高,外界环境越不容易进行控制,精度则愈难以保持,如果作分段测量不仅会积累误差,且实测也比较困难[3].

图1 悬挂钢尺引测法Fig.1 Steel ruler suspension measurement method

1.3 全站仪测距引测法

全站仪最常见的功能是用来测角和测距离.其测距离功能即以测距来测量被测目标上下之间的高差,从而进行高程传递.全站仪测距离的精度是相当高的,且操作比较方便,如果采用天顶测距引测法,则完全可以满足高层建筑对于高程传递的要求.

2 全站仪天顶测距引测法

2.1 基本原理

利用全站仪的测距功能进行高程竖向传递,是对处于同处在一铅垂线上不同高程的2个点进行垂直距离测量,如图2所示.

设上部点为Q,下部点为P.两点高程分别为HQ和HP,di为所测距离;i为仪器高度.两点高差即为全站仪所测的竖直距离di与仪器高度之和,即P和Q点的高差为[4]:

由图2可见 ,如果沿用传统测量方法,不仅影响测量精度仪器的高度,也直接影响了高程传递的精度,因为在传统的距离测量中,一般是用卷尺直接量取仪器的高度,这样肯定达不到需要的精度.为此,在实际测量中需要找到一种方法来提升仪器高度的精度.本文采用全站仪天顶测距引测法,将水准仪的水平视线法引用到全站仪上来,通过全站仪望远镜水平读取水准尺上对数来确定其水平视线高即仪器的高度,如图3所示.

图2 全站仪高程传递示意Fig.2 Schematic diagram of height transmission of total station

图3 全站仪天顶测距引测法Fig.3 Zenith distance measurement method with total station

由图3可知,全站仪高程传递的具体步骤为:

1)在投测点安置全站仪,置平望远镜(竖直角为零),读取底部同首层50线对齐的水准尺读数a1,仪器高即为i=a1+50 cm;2)将全站仪望远镜垂直(竖直角设置为90°),将一块制作好的40 cm×40 cm的钢板中间贴上反射片,放置在第i层的垂准孔上,通过弯管目镜使反射片中心(见图4)对准测距光线,测得距离为di;3)在第i层用水准仪通过高程放样定出第i层50线.为了检测全站仪进行高程传递精度,在江苏建筑职业技术学院建筑实训场进行了试验.试验使用拓普康GTS-335和三鼎STS型全站仪,分别从不同仪器精度影响、仪器偏心误差的测量影响、同种仪器高度不同影响,进行精度验证[5].

图4 弯管目镜观测反射片中心Fig.4 Observing reflector plate center through diagonal eyepiece

2.2.1 不同仪器对精度影响 用拓普康和三鼎全站仪对同在垂直线上的2个点进行观察(棱镜常数c在仪器中已经输入),所得结果见表1.

2.2 现场精度验证

表1 不同仪器的观察结果Tab.1 Observed results of different instruments

3.2.2 仪器偏心误差对精度影响 在实际测量中,仪器的偏心大小会对测量的结果造成一定的影响.以拓普康仪器为例,对每隔5″为一个偏心角度进行观察,所得结果见表2.

表2 不同偏心角度对精度的影响Tab.2 Influence of eccentric angles on precision

2.2.3 仪器不同高度对精度的影响 同样选用拓普康仪器,每测一次分别调整仪器高度,所得的结果见表3.

表3 仪器不同高度对精度的影响Tab.3 Influence of instrument heights on precision

由以上3种试验可以得出:

1)不同仪器之间,仪器精度越高,所测得的误差越小.

2)偏心对测量的结果影响很大,当偏至20″、25″时误差均达到4 mm,因此在工程中要尽量避免仪器偏心.

3)从仪器不同高度对精度的影响结果可以看出,所测结果无明显规律,可能是由于仪器的观察误差及仪器高度误差引起的偶然误差.在实际的测量中应多次观测取平均值.

3 结语

全站仪高程传递利用了全站仪高精度的测距功能,经过3种方法的验证,完全符合《高层建筑混凝土结构技术规程》[6]中施工测量高程传递标准,能够高精度、高效地完成高程传递的要求.全站仪高程传递适用于高层建筑,是高程传递中的一种高精度方法.

[1] 倪先桃,刘成龙,谢良露.杭州湾大桥北航道桥索塔施工高精度[J].四川测绘,2008,31(2):93-96.

[2] 林乐胜.建筑工程施工测量[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3] 王金玲.工程测量(测绘类)[M].武汉:武汉大学出版社,2013:63.

[4] 华锡生,黄腾.精密工程测量技术及应用[M].南京:河海大学出版社,2002.

[5] 陈铁鑫,任少华,王岩.高层建筑的高程传递方法及精度分析[J].现代测绘,2007,30(5):6-8.

[6] 中国建筑科学研究院.JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

On vertical height transmission method with total station in high-rise buildings and precision analysis

QIU Dong-dong
(School of Architectural Technology,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)

Appearance of high-rise buildings puts forward higher demands of measurement precision and conventional methods can not meet the needs any more.Through comparison of common measuring methods,we find out that adopting zenith distance measurement method with total station can meet the needs of height transmission precision for high-rise buildings.This paper carries out precision analysis on vertical height transmission and verify the feasibility.

high-rise buildings;measuring method;total station;height transmission;precision analysis

TU 198

A

2095-3550(2014)04-0016-03

2014-08-06

邱冬冬,男,安徽蚌埠人,硕士研究生.

E-mail:qiudong21@163.com

(责任编辑:赵国淮)