超长电梯井道测量控制技术研究及应用

李文利

（中冶宝钢技术服务有限公司，上海 200941）

1 引言

超高层建筑的测量控制工作是保证施工质量的基础，也是质量控制的关键环节之一。超高层建筑高速电梯施工是超高层建筑施工中不可缺少的工程和技术难点，现代建筑工程对超高层建筑电梯控制测量的方法和精度提出了更高的要求，加强对这方面关键技术的研究和探讨，是保证整体建筑施工质量的关键环节，具有很强的现实意义。本文以珠海中心大厦超高层建筑工程电梯施工控制测量为例，从控制测量、核心筒施工测量、电梯施工测量的精度控制措施等方面详细阐述了超高层建筑工程电梯施工测量控制技术的运用。

2 工程概况

珠海十字门中央商务区建设控股有限公司拟建珠海十字门中央商务区会展商务组团一期项目位于珠海市湾仔，与澳门隔岸相望。该项目的建筑工程包括国际会议中心、国际展览中心一期、国际标准甲级写字楼及超五星级酒店、国际标准五星级酒店、公寓式酒店、商业写字楼及其他相关配套设施。

珠海中心（办公酒店）总建筑面积146 828 m2，其中，地上建筑面积130 245 m2，地下建筑面积16 583 m2，建筑基底面积2 737 m2。建筑高度为消防高度324.2 m，最高点标高328.8 m。建筑外形轮廓随高度变化，楼层平面形状沿竖向从带切角的三角形渐变为接近圆形，再由圆形渐变至与底部方向相反的带切角的倒三角形。中部核心筒为切角三角形平面，主要用作竖向交通（楼梯、电梯）、设备用房和服务用房。建筑平面尺寸由58.4 m×54.4 m 变化至44.5 m×43.5 m，单层建筑面积为2 500～1 500 m2。该项目是一个复杂的超高层结构建筑，主楼采用混凝土核心筒+巨型框架+伸臂桁架的多重受力体系，在结构平面周边布置了12 根钢管混凝土柱，在标高170.9～180.9 m（35～36 层）处设置了1 道双层巨型伸臂和环带桁架。工程共安装了33 部电梯，其中，2 部为提升高度超过300 m、提升速率为6 m/s 的消防电梯。

3 测量控制难点分析

3.1 结构垂直度要求高

消防电梯位于核心筒内，已用足井道的净宽尺寸，同时，要满足国标中电梯移动部件与井道固定构件之间必须保证20 mm 安全距离的要求，进一步压缩了井道施工的可允许误差，必须保证长度为300 m 以上的井道整体平滑并且垂直度保证在30 mm 以内。

3.2 严格限制结构扭转

消防电梯需要着重控制垂直度偏差，相较而言，布置于核心筒内的消防梯井道控制难度更高，必须在保证相同垂直度要求的同时，严防结构扭转，相同角度的结构扭转将会对消防梯产生比对消防电梯大数倍的偏差影响[1]。

3.3 与已装电梯协调难度大

在超长电梯施工时，部分核心筒的面对面区间电梯已经安装完成，需要保证与已装电梯之间的相对尺寸、角度关系，否则将会出现在区间电梯的整个运行楼层内都存在门厅尺寸偏差的情况，给后续装饰美观造成极大的影响。

3.4 为配合进度需克服更不利的工况条件

根据工程垂直运输的需要，超长电梯井道内布置了多台随施工楼层提升的临时施工电梯。按照通常电梯安装模式，需在核心筒超长井道施工完成后再进入电梯安装阶段，而电梯安装本身的施工周期就较长，超长提升距的电梯安装更需要相当长的时间进行精确调整，如果待核心筒超长井道完成，施工电梯拆除再进入安装则对整体工期控制具有极大的风险。为了更合理地发挥井道长度、控制整体工期，在超长井道内设置了硬性钢平台隔离，为上部的临时施工电梯安装转换底座支架，将隔离层以下的井道空间移交给电梯安装单位进行前期施工，有效地弱化了超长井道电梯安装对整体工期的影响，保证了垂直运输通道的通畅。但分段的吊线控制对主体结构两段之间的测量控制一致性有了更高的要求，要满足工程初期制定的垂直度偏差30 mm 目标更加困难[2，3]。

4 控制测量措施

4.1 建立统一的超高层精密控制测量基准

由于本工程施工过程中涉及的专业工程多，各工程对施工测量的精度要求也不一致，首先，在进行整体控制测量的时候应考虑如何保证塔楼核心筒和外筒测量的整体精度和各项分部工程施工的衔接精度控制；其次，在核心筒内电梯井电梯安装作业中，应考虑核心筒整体施工测量精度与电梯井安装测量精度的衔接。在控制测量的实施过程中，首先，建立了统一的测量控制系统，分两级布设了测量控制网，二级控制网作为电梯安装施工测量校核的专用控制网。首级控制网作为二级控制网引测的基准，也是整个塔楼工程的测量基准。二级控制网分别建立了核心筒各楼层电梯施工的专用测量控制系统，以同时满足核心筒和电梯施工不同进度和精度的要求。在二级控制网的施工过程中，每隔一个月定期或者根据施工进度与首级控制网联测，以保证各控制网之间的统一性和整体性。

为保证测量控制系统的统一性，更好地在施工过程中对核心筒的垂直度、平面位置（位移、扭曲等变形）进行高精度控制，以及保证超长距离电梯安装队垂直偏差的高精度要求，本工程平面控制采用核心筒外控和电梯井内控法进行测量施工。在工程第一层底板施工完成后，可以考虑开始布设地上部分测量控制网，结合超高层施工控制系统的传递，尽量避免受到低楼层装饰施工的影响，控制系统建立的位置应便于核心筒整体垂直度控制以及后续结构监测使用，同时兼顾满足核心筒测量控制的精度要求，在控制系统设计和布设时，应综合考虑核心筒结构尺寸及其变化、施工塔吊位置布设和每层楼层梁位置等因素对控制点垂直通视的影响。

4.2 超高层控制测量系统的高精度传递

在进行控制点的选点工作时，通过优化设计，选择了可以一直使用到60 层以上的4 个控制点建立了核心筒施工的平面控制系统。考虑到核心筒要先于外筒10 层施工，核心筒内外都没有楼板，在施工测量时，采用了在核心筒墙体上的设置在专用测量装置安置全站仪和棱镜。核心筒控制网控制点选点参照核心筒墙体随楼层的变化而设计，在离墙体100 mm 左右位置，共布设4 个控制点。

投测定位完成的控制点按照三级导线测量的外业操作要求，使用经过自检的全站仪和棱镜组对控制点进行闭合测量，数据经过COSA 专业平差软件以迭代平差法进行平差，针对每个点位的偏差进行现场归零调整，最后，进行闭合验证及外方向验证后方可最终确定。严格的操作方法和多次闭合测量可以有效地避免投测偏差和扭转的产生，是井道垂直度控制的有效保证。

制定了严格的控制点投测制度：时间必须选择在上午9∶00 之前完成；每次投测必须均用激光垂准仪和全站仪进行2次投测，对比偏差在2 mm 以上时则重新投测；作业时间段内应尽量满足多云无风，并对投测的时间、风力等外部因素进行记录；所有基准层控制点投测必须经过间隔时间为3 周的2 次投测确定，并保证在后期整区复测中保持2 mm 以内点位精度。

在核心筒施工过程中，结合监测沉降和位移监测数据定期对控制网进行稳定性分析；同时，在进行测量施工时，采用了强制归心装置进行仪器的架设，有效地提高了测量工作效率和测量的精度。

4.3 超高层控制测量系统的检测技术

在珠海中心施工过程中，为保证平面控制系统传递的准确性，采用GNSS 测量方法对平面控制精度进行了3 次检测。为了有效避免垂准仪传递引起的累计误差，在塔楼分别施工正负零到第40 层和结构封顶时采用GNSS 观测方法对气垂直度进行监测。每次观测完成后将平差后的观测结果与设计值进行对比，如发现垂直度超差，在后续施工中进行调整。每次GNSS 测量完成后，采用全站仪对控制点边长进行距离校核，都能满足规范要求。通过GNSS 测量的运用得出以下结论：（1）采用GNSS 技术进行工程测量控制网测量，比常规方法适应性更强。在测设大型（长边）控制网和通视条件特别困难时，尤其能够显示其优越性，在进行超高层平面控制传递时，能够有效避免多次传递造成的累积误差，提高传递精度。（2）GNSS 点点位精度高、误差分布均匀，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。（3）采用GNSS 三边形网进行观测，能够有效提高测量结果的精度及可靠性。（4）采用GNSS测设工程控制网与常规方法相比，效率可提高1 倍以上，并能大幅降低作业人员的劳动强度。

为减少超高层建筑采用悬挂钢尺法高程控制测量传递而带来的累计误差，在施工过程中将三角高程测量再运用到高程控制系统的检测中，在高程控制传递的过程中采用全站仪天顶法三角高程测量对悬挂钢尺测量方法的高程传递成果进行检测和调整，在各转换层内采用悬挂钢尺方法传递，核心筒每施工10 层采用全站仪天顶法进行1 次高程控制测量检测。在珠海中心项目中，采用三角高程测量的方法进行控制网测量检测，并对数据进行分析比较，共进行8 次测量高程控制传递的检测。通过对数据进行分析，得出以下结论：（1）用全站仪三角高程测量方法进行超高层高程系统检测，方法简单易行，测量速度较传统方法快很多，为今后快速、准确建立高程控制网提供了又一新的途径；（2）采用全站仪中点法测量高程，能够有效减少测站累积，避免累积误差的传递，可节约时间，降低劳动强度，在超高层的高程测量中更具明显优势；（3）用全站仪进行超高层高程测量检测时，尽可能保证天顶角在30°以内，并进行盘左盘右观测，可消除一些系统误差的影响，提高测量精度。

5 电梯施工测量控制措施

超长井道吊线是电梯安装的基准，也是测量控制最后并且最重要的一环。常规的电梯轴线定位控制方法有顶层加底层双层控制及顶层或底层单层控制2 种。双层控制即顶层轴线和底层轴线定点后2 点连线确定钢丝吊设位置，进而控制后续导轨等部件安装，适用于井道垂直度偏移量较大的建筑，但是会导致厢体倾斜，导向装置受力，不但加大部件损耗，也会造成舒适感降低；单层控制即以顶层或底层轴线定点，以自然重锤钢丝控制电梯安装，相应的另一端头层轴线作为复核控制作用。珠海中心电梯超长井道吊线的平面控制采用后者及其改良方式，能极大地提高电梯运行时的舒适程度，有效避免晃动等情况发生，这就需要顶层和底层的轴线垂直投影保持高度一致。吊线对核心筒结构成型尺寸、垂直度均有极高的要求，其测量控制的前置工作包括控制点垂直投测的方式方法选择、仪器的选用、环境的控制等。

为了保证测量的精度和控制测量系统的统一性，外围控制点作为首级控制网以起算基准，电梯专用控制网以首级控制网为起算基准，专用控制网根据电梯施工进度分层布设。首级控制网采用导线的方法进行测量和平差计算；专用控制网的测量通过角度、距离方法测量出控制点数据，并对各专用控制网各内角和边进行测量，采用整体迭代方法平差，调整控制点数据，形成统一的控制测量系统和基准。

通过对超长电梯井道测量控制的精度需求及难点分析，在充分分析工序特点及现有仪器设备技术手段的基础上，制定了从控制网传递到核心筒结构施工误差控制，至最终电梯定位测量的全过程、涉及多工序的测量控制技术线路，取得了良好的实施效果。

5.1 核心筒结构的误差控制

楼层轴线控制网受通视条件的影响必须布设在外围楼板上，而超高层建筑核心筒先行施工的工艺流程决定了必须对单独核心筒进行高精度的二级控制。在外围垂直投测的基准点位最终确定后，将点位引测至核心筒内的预留位置，经过2 次换站复核后，确定点位位置，埋设强制对中的支架，作为核心筒顶部控制点垂直投测的基准。核心筒每施工一个楼层，都利用强制对中装置将点位投测到钢平台上，经过自平差后作为核心筒钢柱施工及土建放线的依据，严禁下层吊线至上层施工，从根本上避免了核心筒投点累积误差对井道垂直度的影响。

保证核心筒钢柱的定位准确和位置固定对控制核心筒结构成型尺寸具有重要作用。珠海中心大厦在钢平台顶部设立了高出2 m 的固定点位，为防止强制对中支架过高对塔吊运物产生影响，布设形式采用地面点，该点经过全站仪后方交会多余观测平差获得测站坐标，主要用于钢柱的测量控制，减小仰角，增强通视条件，保证同站可以对绝大多数钢柱测控到位，减少转站误差，保证整体一致性。经过定位校正准确的钢柱，须进行一定的预偏控制，用以消化吸收焊接变形对钢柱垂直度的影响，焊接完成的钢柱须进行焊后整体复测。焊后钢柱用缆风固定或借助钢平台进行刚性连接，防止在混凝土浇筑过程中由于浇筑顺序因素产生的侧向变形[4]。

核心筒模板形式为与钢平台有滑动连接的整体钢模板，强度高，有利于保持井道的平滑程度和核心筒的整体性，为了更好地保证整体井道的垂直度，在钢结构施工完成、土建封模以前，对紧靠模板埋件、边角柱进行上下层垂直度复测，以防止局部位置突出造成封模偏差，并通过外包平面中线拉尺校对控制整体核心筒扭转。模板封闭完成后，对井道净空和井道壁进行尺寸复核，保证井道净空为正误差、井道壁为负误差[5]。

核心筒控制点在传递到上层楼面时，受到施工环境的影响，有可能会出现控制点之间无法通视的情况。为了保证核心筒测量精度受控，对每个点位的偏差进行归化调整，同时，转换层控制点投测必须保持符合2 mm 以内的点位精度。

5.2 电梯定位控制

超长井道电梯的定位要求相当高，需要在如此狭窄、高空间利用率的井道内，满足井道安全距、电梯门厅相对距离和角度要求、不影响装饰大面施工等诸多限制条件，对其的测量控制从同核心筒先装区间电梯安装即已开始。

为确定控制点垂直投测的最佳仪器组合，进行了专门投测比对试验，对光学垂准仪、激光垂准仪、全站仪、光学经纬仪的投点效果进行比对，通过相同点投测点位比较、效率分析以及整体平差内符合数据分析，最终确定了采用激光垂准仪结合全站仪投测，光学垂准仪抽测校核的方法。

通过对超长井道内电梯的运行区间和安装次序分析，将井道内无论先装的区间电梯还是后装超长电梯均归化为同区间的基准层轴线控制，即区间电梯的定位吊线优先选择在运行区间内的测量控制点高精度基准层做控制，根据基准层钢板控制点引测门厅中线，以钢板覆盖保护做长期保存，电梯单位以此作为吊线基准，超长电梯以同方法确定吊线钢丝位置，并在区间电梯的定位楼层根据保护轴线做尺寸校核。该方法为中间楼层控制，会加大超长井道整体电梯吊线的难度，但对于后期保证区间门厅的相对尺寸关系帮助极大[6]。

超长电梯井道的重锤吊线不但是确定电梯最终提升面的必要过程，是井道净空尺寸的测量依据，珠海中心大厦的2 台超长电梯分别采用了1 次300 m 重锤吊线和以硬隔离分界的2 段吊线。重锤在油桶内长期静置相对稳定后，选取无风的凌晨时间对相对底层轴线的关系进行多次测量，通过井道偏差数据结合楼层轴线校核分析此次定位是否会对中间楼层的门厅产生不利影响，进而确定顶底钢丝定点位置。吊线结果所反映的顶底轴线误差均方向一致，差值趋近，反映了垂直度测量控制的良好结果。

钢丝位置确定后，结合先装区间电梯的定位层轴线做门对门的中线间距、平直程度、斜线距离进行复核，通过多角度和距离关系保证门厅的相对尺寸关系符合图纸要求。经过尺寸关系复核的电梯门厅即在后期装饰施工中具有最高的优先级，装饰单位同步复核确认，保证大面装修与电梯门厅的协调收口。

5.3 自动观测系统的应用

为提高测量作业效率，避免观测误差，在电梯安装测量作业中，采用测量机器人结合测量软件实现了自动测量和计算，其关键技术优势如下：（1）实现了从测量照准、数据采集记录、数据预处理到测量手簿生成、平差软件所需格式文件输出的全部过程自动化，将观测模式从人工转为自动；（2）网型设计，各种限差的设置全部采用软件进行设计和控制，测量过程中，软件可自动进行各项指标的检查，可以达到±1 mm 的精度要求；（3）软件具有控制网闭合差计算功能，实现现场及时检查作业质量，通过自动处理，将人工作业简化为软件自动完成，不仅提高了测量效率，也提高了作业精度；（4）实现了实时测量，可以同时得到监测点三维坐标，其精度均能达到±1 mm 的精度要求，适用电梯安装的高精度测量工作。

6 结论

超高层建筑电梯安装不可避免地会遇到诸如电梯安装精度与土建施工精度矛盾大、电梯安装与整体控制系统特别是装饰装修协调难度高等问题。珠海中心大厦工程通过对各种需求、难点的梳理，采取了有效的测量控制技术手段，对轴线垂直投测控制、钢结构安装、混凝土浇筑、电梯厅中线控制、同井道区间电梯安装诸多关键工序进行了全过程技术管控，取得了良好的效果。

最终超过300 m 井道通过重锤测得的顶底轴线垂直度偏差为20 mm、24 mm，井道未经过任何二次修整，消防电梯即顺利安装完成，证明了针对当今超长电梯井道的专项测量控制技术是成功有效的，也肯定了工程整体垂直度控制效果。