GPS在建筑施工测量中的应用研究

摘要：国民经济建设的发展，加速了工程建设的进程。高层建筑物和高耸构筑物不仅越来越多，高层建筑施工常规测控方法已经很难满足规范要求，GPS技术具有高精度、高效率和对基准点依赖性低的特点，取得了良好的效果。作为一种高新技术应用于传统产业，通过对全球卫星定位系统基本原理提高建筑业的高技术含量，提高工程经济效益及工程施工质量均具有重要意义，将该高科技技术应用于超高层建筑施工测量中，并就有关问题进行探讨。

关键词；GPS；超高层建筑施工；垂直度；控制

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：

随着高层建筑的不断出现，在常规建筑所没有的矛盾和难题也逐渐暴露出来，对施工技术和质量控制的要求也越来越高，如何保证高层建筑垂直度符合规范要求，如何利用现有的科技方法和手段来进一步提高施工水平和施工质量是摆在施工技术人员和科技人员面前急需解决的问题。

一、现阶段高层建筑常规测量方法

现阶段高层建筑常规测量方法常用的有以下几种

（一）线锤铅直投测法

这是比较古老的传统方法，具有设备简单、操作简便的特点，但是精度较低，施测时容易受气候、风等因素影响。在超高层建筑施工中无法应用。

（二）经纬仪斜投测法

该法特点是，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，操作较简便，施测速度较快。但也有以下局限：

（1）因投测倾角不宜大于45度，以免引起误差过大的限制，要求控制点必须远离建筑物，对超高层建筑物及周围日益密集、狭窄的施工场地来讲，很难满足施测要求。

（2）施测工作及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。

（三）激光测量法及经纬天顶仪、天底仪竖向投测法

这几种方法都具有测量精度高、方法简便、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，但也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。

超高层建筑与高层建筑相比，高度更高，由于高耸结构昼夜和季节性的温差、日照、大地潮、风荷载对结构造成的竖向高度变化、侧向挠曲、扭转、摆动等已不可忽视。正如前苏联B．5．卢基亚诺夫教授在《工程测量精度估算》(1985年出版)中所说：“在外界条件(例如在气象因素)影响下，塔式建筑物的几何轴对于垂线的偏差值，比其中心投影的限差大好多倍。比如奥斯坦金斯卡娅电视塔天线顶的位移，有时竟达2m之多。”由以上可见，常规建筑的测量方法在超高层建筑中应用已经较难满足规范要求。

二、GPS高层设计及其应用

GPS(G1 obal Posit i on System )是美国军方于九十年代初建成的全球定位导航系统，该系统由卫星星座，接收机和地面控制站三大部份组成。卫星星座由24颗卫星组成。由于各卫星的轨道参数已知，只要在地面接收到四颗以上卫星发出的信号，就可确定地面点的位置，采用大地测量型GPS接收机，应用载波相位相对定位，其定位精度可高达1mm。由于GPS定位精度高、速度快，现已广泛应用于航空、航海、车辆导航、车辆防盗、石油勘探、银行运钞、海洋捕捞、交通管理、天气预报、地震监测等各行各业。我国近几年来也致力于全球定位系统的研究和应用工作，并且在1998年抗洪救灾中运用于大堤的实时监测，因精度高，实时性好，为防汛作出了巨大贡献。由于GPS可以实时提供任一点的坐标，所以从理论上讲，GPS也可用于超高层建筑的施工测量和施工管理。

（一）GPS网的设计

（1）GPS网一般应通过非同步独立观测边构成若干闭合环(三角形、多边形)或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。

（2）GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个(不足时应联测)且在网中应分布均匀以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。

（3）GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精度的方法)进行联测或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。

（4）为了便于观测和水准联测，GPS网点～般应设在视野开阔和容易达到的地方。高层建筑一般均位于城市闹市区，建筑物密集，且市政设施众多。因此，布置网点时要特别注意。

（5）为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300 In。

（6）为了顾及原有城市测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，应采用原有城市坐标系统，对凡符合GPS网点要求的旧点，应充分利用其标识。

（二）GPS图形形式

高层建筑施工测量GPS网的设计虽然主要决定于用户的要求，但是有关经费、时间和人力的消耗以及所要接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的设计有关。由于高层建筑测设工作量往往十分巨大，对此应当充分加以顾及，以期在满足用户要求的条件下尽量减少消耗，GPs网的独立观测边均应构成一定的几何图形，其图形形式主要有三角形网、环形网和星形网三种。

（1）三角形网由三角形边由非同步的独立观测边组成，具有图形的几何结构强、自检能力及可靠性好等优点。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。三角形网的主要缺点是观测工作量较大，尤其是当接收机的数量较少时，将使观测工作的总时间大大延长。因此，当网的可靠性和精度要求较高时，可采用这种图形。

（2）环形网由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成环形网与经典大地测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角形差。环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性，其缺点是非直接观测的基线边(或间接边)精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀附合线路作为环形网的特例，其使用条件是，附合线路两端点间的已知向量必须具有较高的精度，同时，附合线路所包含的基线边数也不能超过一定的的限制。

（3）星形网的几何图形简单，其直接观测边之间不构成任何闭合图形，所以检验和发现粗差的能力差。但这种网只需2台仪器就可以作业；若用3台仪器，l台作为中心站，其它2台可流动作业，不受同步条件限制。测定的点位坐标为WGS 284坐标系，每点坐标还需使用坐标转换参数进行转换。高层建筑施工测量的GPS网图形形式主要采用的是三角形网或环形网。当然，在条件允许时，也可采用三角形网与环形网构成的混合网。混合网既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外作业工作量，减低工程成本，是GPS工程测量首先应考虑的图形形式。

（三）GPS应用于高层建筑监测的优越性

采用GPS技术具有其它方法无法比拟的优越性。GPS定位技术不受气候条件和通视条件的限制。可在任何恶劣的天气下进行定位。在传统的测量方法中，常因通视而影响施工布置和施工工期，用GPS定位，不要求通视，因此，不需要改变施工布置，从而可保证施工进度。GPS技术长于动态物体的定位，建筑物摆动周期和摆动规律用传统方法是无法解决的，但采用GPS技术却很容易实现。GPS技术测量速度快，劳动强度小，不会产生误差积累。

三、结束语

高层建筑施工中应用GPS定位技术有着传统方法所无法比拟的优越性，同时在理论上也具有可行性。为了满足现代建筑工程快速、高效、优质的施工需要，必须应用GPS定位技术实施施工基准定位的方法。只有这样才能让建筑工程更加完善。

参考文献

【1】梁燕芬，谈高层建筑施工测量[J]，广东建材，2008

【2】李良玉，GPS测量高层建筑施工的外业实施[J]，广东建材，2007

【3】姚刚，刘星，张希黔，高层建筑施工GPS测量的技术设计与应用[D]，四川建筑科学研究。2004。