浅析GPS定位技术在高层及超高层建筑施工中的应用

摘要:在高层及超高层建筑施工中,测量基准传递和轴线、垂直度、高程控制一直都是建筑物质量控制的重点内容之一。为了保证工程质量和施工工期要求，提高测量定位工效和测量精度，也为了在高层建筑工程中探索一种全新的更为科学、安全、快速的建筑测量定位方法，本文系统的介绍了GPS在高层建筑及超高层施工过程中应用的基本原理。通过将GPS技术与传统常规测量方法的对比，结果显示GPS具有方便、快捷、精确的定位和放样的测量功能，与传统常规测量方法相比拥有很大的优势，可以很好的应用于高层及超高层建筑施工中。

关键词：GPS；高层及超高层建筑；静态定位；设计依据

中图分类号：TU97文献标识码：A

1. 绪论

随着高层及超高层建筑的不断出现，对施工技术和质量控制的要求也越来越高，常规建筑所没有的矛盾和难题也都逐渐暴露出来。如何在温差、日照、风载等外界条件的影响下快速、准确的完成平面轴线控制、高程传递的任务，如何利用现有的高科技方法和手段来进一步提高施工水平和施工质量，是高层及超高层建筑施工亟待解决的问题。

2. 现阶段高层建筑传统常规测量方法

2.1线锤铅直投测法

该方法是较古老的传统测量方法，具有设备简单、操作简便的特点，但是精度较低、施工时极易受到气候、风力等因素影响，在超高层建筑施工中根本无法使用。

2.2经纬仪斜投测法

该方法特点是：在外部环境条件较好的情况下，精度较高，能满足一般高层建筑施工竖向允许偏差的要求，操作比较简单，施测速度较快，但也有以下局限：

⑴因投测角不宜大于45，要求控制点必须远离建筑物，对于超高层建筑物及其周围日益密集、狭窄的施工场地来讲，很难满足要求；

⑵施测工作几精度受气候影响较大，不宜在风、雨、雾天等不良气候条件下作业。

2.3激光测量法及经纬天顶仪、天底仪竖向投测法

这几种方法都有测量精度高、方法简单、施测速度快的优点，适用于采用普通方法受到限制的施测环境中，是现阶段高层建筑常用方法，但要求在任何情况下必须保持通视孔畅通，同时也无法消除随着建筑物高度增加而出现由于温度、日照、风荷载作用引起的施测困难。尤其是超高层建筑，其高度更高，高耸结构受温差、日照、风荷载等因素影响更加明显。

3. GPS定位技术

3.1 GPS定位测量基本原理

用GPS接收机在某一时刻同时接受三颗以上的GPS 卫星信号，测量出测站点P至三颗以上GPS卫星的距离，并实时的由GPS卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，据此采用空间距离后方交会法解算出测站P的位置。

3.2 GPS定位测量的方法

3.2.1静态绝对定位

在接收机天线处于静止状态的情况下，用于确定观测站绝对坐标的方向称为静态绝对定位。这时由于可以连续地测定卫星至观测站之间的距离，所以可以获得充分的多余观测量，以便在测后通过数据处理来提高定位精度。

3.2.2静态相对定位

相对定位是用两台接收机分别安置在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点在地球坐标系中的相对位置或基线向量。同样，多台接收机安置在若干条基线的端点，通过同步观测GPS 卫星可以确定多条基线向量。静态相对定位是设置在基线端点的接收机固定不动，通过重复观测取得充分的多余观测值，以改善定位精度。

4. 高层及超高层建筑施工定位测量特点

高层及超高层建筑因其高度高，体型复杂且庞大，与一般工程相比，定位工作有以下特点：

⑴由于建筑层数多、高度高，结构竖向偏差直接影响工程受力情况，故施工测量要求竖向测量精度高，所用仪器和测法要适应结构类型、施工方法和场地情况；

⑵由于建筑结构复杂（尤其是钢结构），设备和装修标准较高，以及高速电梯的安装等，要求定位测量精度至毫米；

⑶由于建筑平面、立面造型复杂多变，故要求定位放线能因地、因时制宜，灵活运用，并需配备功能相适应的专用仪器和采取必要的安全措施。

5. 高层及超高层建筑施工GPS定位测量的技术设计与实施

5.1高层及超高层建筑施工GPS定位测量的技术设计依据

GPS定位测量的技术设计的主要依据是GPS测量规范规程和测量任务书。在GPS方案设计时，一般首先依据测量任务书提出的GPS网的精度、密度和经济指标，再结合规范规程规定并现场勘测具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时间长短等布网观测方案。

5.2高层及超高层建筑施工GPS定位测量的精度设计依据

各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。精度标准是GPS网技术设计的一个重要指标，其大小直接影响到GPS网的布设方案、观测计划以及观测数据的处理方法。在具体布设时，可以分级布设，也可以越级布设，或布设同级全面网。各等级GPS相邻点间弦长精度用下式表示：

其中：σ—GPS基线向量的弦长误差（mm），即等效距离误差；

a—GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）；

b—GPS接收机标称精度中的比例误差系数（ppm.D）

d—GPS网中相邻点间的距离（Km）

GPS网的主要技术指标

5. 结语

GPS技术作为一种全新的定位手段，在工程控制测量中已逐步得到应用，其技术的先进性、优越性已被众多的工程技术人员所认可。随着GPS技术的进一步开发，特别是有关高层及超高层建筑施工领域的应用技术的快速发展，相信GPS技术将成为高层及超高层建筑施工的测量定位、垂直度和高度偏差控制等方面广泛使用的方法。

参考文献

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