GPS在高层建筑变形监测中的应用

摘 要：当前，随着建筑高度的不断被刷新，建筑物的变形监测工作也得到了高度重视，随着科学技术的不断进步，变形监测技术也在不断地发展。GPS以其精度高、速度快、全天候作业、自动化程度高、测站间无需通视、可同时测定三维坐标等诸多优点使其在各领域得以广泛应用。本文在论述GPS理论的基础上，通过实例阐述了GPS应用于高层建筑物的监测，根据一系列外业监测数据进行分析和处理，得出一些较为实用的结论。

关键词：GPS 变形监测 高层建筑

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2017）01-0056-02

1 引言

GPS之所以能够在各领域中得以广泛使用还得归功于其具备全球性、全天候性和连续且精密的三维导航及定位能力，同时还具有相对良好的抗干扰性与保密性等，具体有：（1）点位之间无需通视；（2）定位精度高；（3）观测时间短；（4）提供三维坐标；（5）操作简便；（6）全天候作业。

总之，GPS技术不仅能满足高精度、高可靠性的变形监测要求，还有利于实现变形监测工作的实时化和自动化。因此，GPS定位技术已逐步成为变形监测的新方法和有效手段，尤其在建筑物变成观测工作中发挥了重要作用。

2 高层建筑物整体形变的检测与分析

2.1工程概况

高层建筑物的变形特征，如沉降、倾斜、水平位移等，可通过监测面的空间姿态变化表现出来，因此应用刻画监测面的刚性运动状态的模型，可全面客观地表达出建筑物的整体形变状态，为变形分析与预测提供重要数据和科学依据。本工程要进行监测的大厦为南通中南集团开发的金石国际大酒店，主楼地面44层，地上总高度179.7m，酒店为钢筋混凝土框架结构；工程场地南面为宽35m的大街，其它三面多为2～4层建筑物。按要求，在酒店竣工后需要进行两年的变形监测。

2.2 监测方案

2.2.1 基准点的建立

基准点在点位布设上，要有足够的稳定性，具备一定的检核条件和满足一定的观测精度。离金石国际大酒店场地约450m的位置有一个三等水准点，以此作为基准点，在马路南边的空地上，按四等水准测量的精度指标测设了一个水准点S，作为基础监测面的高程基准。根据沉降观测的要求，基准点S应在金石国际大酒店变形影响范围以之外，且易于观测、便于保存。监测工作共进行3次，分别在金石国际大酒店施工的初期、中期和竣工后。因缺少原有平面控制点，故利用GPS网在金石国际大酒店附近观测条件较好的地方（马路边上和一座2层沿街楼上）建立了两个基准点A、B，它们的高程由水准测量确定。

2.2.2 设置监测点

监测点应选在能直观反映建筑物沉降情况的部位，如建筑物四角沉降缝两侧、荷载有变化的部位、大型设备基础、柱子基础和地质条件变化处等。在金石国际大酒店地面上第一层的各主要柱上，按一定间距和密度布设了18个监测点，组成基础监测面I；由于周围的遮挡物较多，影响GPS信号的接收，故采用导线测量和水准测量的方法确定监测点的坐标和高程。在该酒店主体工程竣工后，在金石国际大酒店的第44层布设2个GPS监测点，组成楼体监测面II。具体监测方案见图1。

2.2.3 观测方案

该酒店每上升两层就对监测面I进行一期的监测工作，酒店主体工程竣工后，在做第一期监测面II的监测工作时，已做了23期监测面I的监测同第一期监督面II监测为同一时间。酒店竣工后对监测面I、II又进行了17期监测，前期每月做一次监测工作，以后每半年检测一次，观测时间选在一天的同一时间段。表1列出了基础监测面的I的18个监测点第23期到第40期间的坐标变化值，表2列出了整体形变监测面II的2个点第1、12、17的坐标值。

2.3 数据处理

若基础监测面I的中心坐标差较大，采用变形模型计算转轴矢量和转角绘图时，应充分考虑基础监测面几何中心的位置。根据监测数据，基础监测面I第23期与40期时间段内的重心坐标差为：

计算结果表明，基础监测面（酒店底部）的几何中心在这期只有约-3.3mm（为和的平均值）的水平位移和约-11.55mm的沉降，因此基础监测面重心的微小变化在绘图时可忽略不计。

根据监测面II上各监测点的观测数据，计算监测面II的转动矢量和转角：1-12期，α1=0.030，α2=0.027，α3=0.971，

σ1=-1.23；1-17期α1=0.033，α2=0.021，α3=0.973，σ1=-1.31。由这些数据直接绘得图2。I1、II 12、II17，分别表示第l、12、17期监测面II上的位置。

3 结论

将GPS技术用于高层建筑物的形变监测，并开展形变监测模型和监测方案的研究是一项重要工作，本算例针对高层建筑物特征及其形变监测的新要求，建立了建筑物整体形变模型，讨论了适合形变模型的监测方案。综上所述，可以得到以下结论：

（1）对于高层建筑物的变形监测来说，形变模型具有普遍的适用性和有效性，通过变形分析和预测，对建筑物的施工和运营安全提供基本保障。

（2）该监测方案在兼顾传统方法的基础上，克服了观测数据量大、变形监测精度要求高等众多难题，充分发挥了GPS定位的技术优势。

（3）可以直观方便的绘制出高层建筑物整体形变位置图，特别当GPS做连续观测时，可以利用多期数据反映高层建筑物的形变动态。

总之，建筑物的变形监测工作正向着信息采集自动化、变形分析综合化以及内外业处理一体化等方向迅速发展。

参考文献：

[1] 刘基余.全球定位系统原理及应用[M].北京：测绘出版社，2003.

[2] 岳建平，田林亚.变形监测技术与应用[M].北京：国防工业出版社，2012.

[3] 邓清平.变形监测中的GPS技术及数据处理研究[D].西安： 西南交通大学，2011.

作者简介：申启飞，男，本科，研究生学历，讲师、工程师、技师，获国家注册一级建造师、测量技师，主要研究方向：建筑施工与测量。