长沙A1区办公楼超高层建筑施工测量技术研究

2023年4月26日发(作者：家装顺序先后步骤)

分类号 P258

学 号 12

学 位 论 文

长沙A1区办公楼超高层建筑施工测量技术研究

Construction Survey Technology For Super Tall Building Of Changsha A1 district office

刘昌武

指导教师姓名 王晏民 教 授 北京建筑大学

徐 伟 高级技师 北京市第三建筑工程有限公司

申请学位级别 硕 士 学位类别 工程硕士

专业名称 建筑与土木工程

年级 工硕2012 论文答辩时间 2015 年 12 月

学位授予单位和日期 北京建筑大学 2016 年 1 月

答辩委员会主席 杨可明 教授

论文评阅人 罗德安 教授、贾光军 教授级高级工程师

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摘 要

摘 要

以长沙北辰新河三角洲A1区办公楼工程为例，从施工控制测量、竖向传递测量、

细部施工测量和动态变形监测等4个方面进行了研究和探讨。在施工控制测量方面，成

功总结了超高层建筑高精度控制网的布设方法和注意事项。在竖向传递测量方面，详细

总结了超高层建筑地上、地下的竖向传递方法；通过研究总结，在常规的测量方法基础

上，采取选择日照变形量最小的时机进行投测（择时）、对投测时的气象条件有所限制

（择机）、逐步缩短激光铅直仪的投测高度（趋近）等有效的措施，解决超高层建筑摆

动对施工测量的影响。在细部施工测量方面，根据实践研究总结了超高层建筑施工测量

中最全面的细部测量方法，既简单又实用。在动态变形监测方面，从建筑物沉降监测、

弹性压缩变形监测、结构体动态变形监测三方面入手，研究了超高层建筑动态变形监测

的方法；用测量机器人、GPS、近景摄影测量等三种技术手段，对A1区办公楼进行实时

监测的实验，通过对比分析，研究探讨了三种监测手段的优缺点，得到具有一定指导性

的有效数据，提前预知建筑物的变形状况，采取修正措施，实现了按实际情况一次测设，

减少返工的可能性。通过该技术的应用研究，不仅为工程项目和企业储备了科技创新人

才，还为同类大型建筑项目的施工测量控制提供了宝贵的经验，具有显著的技术经济效

益和社会效益。

关键词：超高层建筑；控制测量；竖向传递测量；细部测量；动态变形监测

I

Abstract

Abstract

For example of Changsha A1 district office building project,from four aspects of

construction control measurement,vertical passing measurement,detail construction

measurement and dynamic deformation monitoring were studied and discussed. In terms of

construction control measurement, the precision control measurement technology for super

tall building was successfully terms of vrtical passing measurement, take

actions of selecting the minimum amount of deformation of the timing of sunshine to cast

(optional), To limit Weather conditions when measured (to choose),a gradual reduction of

measuring height of the laser vertical instrument (Approaching ), to solve the key problems of

measurement technology for super tall terms of detailed measurement, summed

up simple and practical methods of detailed measurement. In terms of dynamic deformation

monitoring, through real-time monitoring and data analysis of the building, to predict

deformed condition of the building in advance. Take corrective measures to achieve a measure

provided by the actual situation, to reduce the likelihood of rework. Through application of

this technology, reserving the technological innovation, for the projects and companies,

providing a valuable experience for the construction of similar measurement and control

large-scale building projects. It has significant technical and economic benefits and social

benefits.

Keywords: Super tall building, control measurement, vertical passing measurement, detailed

measurement, dynamic deformation monitoring

II

目 录

目 录

北京建筑大学硕士学位论文原创性声明

北京建筑大学硕士学位论文使用授权书

摘 要 .................................................................................................................................................. I

ABSTRACT ........................................................................................................................................... II

第1章 绪 论 .......................................................................................................................................... 1

1.1课题研究的目的和意义 ................................................................................................................ 1

1.2课题研究的主要内容 .................................................................................................................... 1

1.3研究背景与项目概况 .................................................................................................................... 2

1.3.1 工程概况 .............................................................................................................................. 2

1.3.2 测量重难点分析及解决措施 ................................................................................................ 3

1.3.3 测量施工工作内容 ............................................................................................................... 4

第2章 超高层建筑施工控制测量 ......................................................................................................... 5

2.1控制桩点的交接与复测 ................................................................................................................ 5

2.1.1 控制桩点的交接 ................................................................................................................... 5

2.1.2 控制桩点的复测 ................................................................................................................... 6

2.2平面控制测量 ................................................................................................................................ 7

2.2.1 首级平面控制网 ................................................................................................................... 7

2.2.2 二级平面控制网 ................................................................................................................... 8

2.2.3 三级平面控制网 ................................................................................................................... 9

2.3高程控制测量 ...............................................................................................................................10

第3章 超高层建筑竖向传递测量 ........................................................................................................12

3.1平面传递测量 ...............................................................................................................................12

3.1.1 技术特点与难点 ..................................................................................................................12

3.1.2 激光铅直内控法 ..................................................................................................................12

3.1.3 超高层平面传递方法研究 ..................................................................................................13

3.1.4 其它测量方法的探讨 ..........................................................................................................14

3.1.5 地下施工轴线投测 ..............................................................................................................15

3.2高程传递测量 ...............................................................................................................................16

3.2.1 高程传递测量的整体思路 ..................................................................................................16

3.2.2 钢尺传递高程法 ..................................................................................................................16

3.2.3 全站仪天顶测距法 ..............................................................................................................17

III

目 录

3.2.4 地下室高程传递 ..................................................................................................................18

第4章 超高层建筑细部施工测量 ........................................................................................................20

4.1平面细部施工测量 .......................................................................................................................20

4.2标高细部施工测量 .......................................................................................................................21

4.3核心筒墙体的垂直度控制 ...........................................................................................................21

4.4柱模板定位和垂直度控制 ...........................................................................................................23

4.5BIMTOFIELD ..............................................................................................................................23

第5章 超高层建筑动态变形监测 ........................................................................................................25

5.1超高层建筑变形的特征分析........................................................................................................25

5.1.1 风载条件下建筑物形态变化的特征 ...................................................................................25

5.1.2 日照温度变化对超高层形态变化的影响特征 ....................................................................25

5.1.3 结构体竖向变形的影响特征 ...............................................................................................26

5.2建筑物沉降监测 ...........................................................................................................................26

5.2.1 监测仪器及监测方法 ..........................................................................................................27

5.2.2 沉降监测基准点设置 ..........................................................................................................27

5.2.3 沉降监测点布置 ..................................................................................................................27

5.2.4 监测注意事项 ......................................................................................................................28

5.2.5 数据分析与处理 ..................................................................................................................28

5.2.6 结论 .....................................................................................................................................29

5.3弹性压缩变形监测 .......................................................................................................................29

5.3.1 监测方法及监测仪器 ..........................................................................................................29

5.3.2 监测注意事项 ......................................................................................................................31

5.3.3 数据分析与处理 ..................................................................................................................31

5.4结构体动态变形监测 ...................................................................................................................31

5.4.1 超高层建筑动态变形监测的总体思路 ...............................................................................31

5.4.2 测量机器人动态监测 ..........................................................................................................35

5.4.3 GPS动态监测 .......................................................................................................................38

5.4.4 摄影测量动态监测 ..............................................................................................................39

5.4.5 气象因素的测量 ..................................................................................................................45

5.4.6 监测结果的总结分析 ..........................................................................................................46

结 论 ....................................................................................................................................................51

参考文献 ................................................................................................................................................52

致 谢 ....................................................................................................................................................53

IV

第1章 绪论

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

随着科技的进步和经济的发展，中心城市的用地越来越紧张，为了减少占地面积，

建筑物逐渐由横向往纵向发展，纵向建筑（即高层或超高层建筑）越来越多地出现在世

界各地。所谓超高层建筑，就是指高度100m以上或层数40层以上的建筑物。例如，

[1]

828m的阿联酋迪拜塔、634m的日本东京晴空塔、600m的广州塔、600m的深圳平安大厦、

508m的台北101大厦、492m的上海环球金融中心等等。

[2]

众所周知，超高层建筑的施工难度和技术要求相比一般建筑工程要高些，故对超高

层施工技术的研究不仅对整个社会还是对建筑行业都具有重要的意义。其中，测量工作

是超高层建筑工程施工的先导性工作，它贯穿于整个超高层建筑施工的全过程，是衔接

各分部、分项工程之间空间位置关系的重要手段。然而，由于测量精度要求高、高空

[3]

架设仪器设备困难、通视条件受限、气象因素对超高层建筑摆动影响等诸多因素均会对

施工测量工作造成影响，故研究应用特殊的、恰当的测量方法对其施工过程进行控制是

超高层测量工作的重难点。

目前，国内外有多家施工和科研单位均在开展超高层建筑施工技术的应用研究，但

大都单位对超高层建筑施工测量技术的研究尚不成熟，即使有部分单位已经掌握了超高

层建筑施工核心技术，但仍对其进行保密不予推广。超高层建筑测量技术的课题研究

[4]

是结合企业需要和建筑业发展的趋势，从超高层建筑测量的基础理论到具体测量方法的

全方位研究，对超高层建筑施工具有很重要的工程实用及推广价值。

1.2 课题研究的主要内容

超高层建筑测量技术研究主要包括以下4个方面的内容：

（1）施工控制测量：施工控制测量是施工过程中的最基础性的工作，其精度的高

低决定了整体施工的精度和质量。超高层建筑施工对测量精度的要求比一般工程要高，

故采用高精度的仪器和合理策划的控制网测设方法，通过严密的布局和计算，建立起

[5]

在统一空间坐标系下的高精度测量控制网，为施工测量和变形监测提供精确的参考基准

是超高层建筑施工测量的重点。

（2）竖向传递测量：竖向传递测量是指随着超高层建筑施工高度的增加，逐步将

低层的平面和高程控制网引测到在施层的过程。竖向传递测量是超高层建筑施工控制

[6]

测量中最重要的控制环节，主要研究结构体顶部施测层呈不规则摆动状态下的轴线竖向

1

第1章 绪论

传递的方法和理论依据；研究超高层建筑高程竖向传递的方法以解决压缩变形对高程传

递和施工的不利影响；通过合理的技术手段消除建筑物摆动对测量施工的影响等。

（3）细部施工测量：细部施工测量是指根据平面控制网和高程控制网，测设主要

轴线、轴线控制线（点）、标高控制线（点）、墙、柱边线等细部位置。本课题主要针对

超高层建筑内核心筒与钢（钢骨）外筒（框架）及楼板施工不同步的特点，进行非同步

细部测量的整体性研究。

（4）动态变形监测：超高层建筑动态变形监测是通过监测获取超高层建筑在自重

荷载、风荷载、日照、温度等外界因素作用下发生的竖向位移、水平位移、挠度等变形

数据，为施工测量提供修正依据，掌握超高层建筑的变形规律，为评估建筑物的安全性

提供依据。

[7]

1.3 研究背景与项目概况

1.3.1 工程概况

长沙北辰新河三角洲A1项目位于湖南省长沙市开福区，地处湘江和浏阳河交汇三

角洲处。项目总建筑面积320497.56㎡，包括酒店、办公楼、商业及其它建筑，效果图

如图1-1所示。

图1-1 长沙北辰A1项目效果图

办公楼工程是A1项目的最高建筑，地下3层，地上45层，总建筑面积66079.48 m，

2

结构最高标高为248.62m，建筑最高标高为268m。结构形式为筒中筒结构，其标准层结

构平面形式如图1-2所示。核心筒为钢筋混凝土剪力墙结构，外筒为钢结构框架结构，

至下而上逐渐收缩，内外筒通过钢梁连接，平面形式为树叶状。钢结构柱自上而下需要

4次变截面，变截面处标高分别为+51.2m，+68.0m，+122.6m，+189.8m。

2

第1章 绪论

技术应用研究阶段，A1区办公楼施工进展为：核心筒施工至41层，外围钢结构至

29层，施工现场整体情况如图1-3所示。

图1-2 A1办公楼标准层平面形式图 图1-3 A1办公楼施工现场

1.3.2 测量重难点分析及解决措施

表1-1 测量重难点分析

序号 重难点分析 解决措施

基础、混凝土结构、钢结构、幕墙采用先进的测量仪器、测量方法建立统一的高精度的

必须统一在同一控制网内，要求控测量控制网，严格控制各级控制网的测设精度，确保1

制网的精度要高、整体性要强。 施工测量的精度要求；与相邻施工单位进行联测。

施工场地狭小，控制点易扰动。

日照、风荷载等对竖向测量控制及

建筑物垂直度的影响。

建筑物沉降和结构体自身的压缩

变形对建筑物的绝对高程产生不4

利影响。

基坑较深，基坑安全监测的难度较

大

结构异型，构造曲线的曲率变化利用作图软件及计算公式计算曲线的有关参数，提取

大 特征点用高精度全站仪进行细部放样测量。

做好桩点保护措施，做好测量标识 2

选择日照变形量最小的时机进行投测；对投测时的气

象条件有所限制；缩短激光铅直仪的投测高度；通过3

监测数据对投测进行修正。

采用建模分析的方法预估并预留结构沉降量和结构

变形量，根据实测数据对预估变形量进行修正。高程

传递时，在保证层高的前提下，采取预留、递减等有

效措施剔除各类的不利影响。

建立行之有效的监测体系，采用形变监测与支护体

（含边坡土体）内部应力监测相结合的方法对基坑的5

安全进行监测和预报。

3

6

第1章 绪论

1.3.3 测量施工工作内容

按工程进度分为以下六个阶段：

1、施工准备阶段：测量交接、测量资源配备、总体测量方案编制、场地测量、平

面及高程控制网测设。

2、土方降水及内支撑施工阶段：建筑物及支护结构定位测量、土方量计算及平衡、

基坑开挖测量、内支撑变形监测、周边环境监测。

3、地下结构施工阶段：平面及高程控制投测、细部放样、内支撑变形监测、地下

结构沉降监测、结构实体测量、周边环境监测

4、地上结构施工阶段：内控点测设、平面及高程竖向投测、细部放样、沉降监测、

结构实体测量、挠度变形监测、压缩变形监测。

5、装饰装修机电安装施工阶段：装修基准控制测量，幕墙、电梯、机电等安装测

量，沉降监测、挠度变形监测、压缩变形监测、场区外线测量

6、系统联动调试、试运行及竣工验收备案：沉降监测、竣工测量，测量资料编辑、

汇总、移交。

4

第2章 超高层建筑施工控制测量

第2章 超高层建筑施工控制测量

控制测量是指根据工程的精度要求，将一系列控制点组建起的控制网，并测定各控

制点的平面位置和高程，从而作为建筑施工测量工作的基础和依据，它分为平面控制测

量与高程控制测量。控制网具有控制全局，限制测量误差累积的作用。控制网是按照“先

整体后局部，高精度控制低精度，长边、长方向控制短边、短方向”的原则进行测设的。

控制网的分级是根据工程的具体情况确定，要求各级平面控制点可靠、稳定、使用方便；

通视条件好（没有GPS设备情况下），检校方便，满足施工精度要求。若工程量大、工

况复杂，必须设置多级平面控制网，而且各级控制网之间必须形成有机的整体。长沙A1

区办公楼工程的平面控制网分三级控制，高程控制网分二级控制，高程与平面控制点大

都共用同一点位。

2.1 控制桩点的交接与复测

2.1.1 控制桩点的交接

当施工单位进入施工现场时，建设单位或测绘院向施工单位进行交接桩，一般高程

点不少于2个，平面点不少于3个，并提供测量成果报告，长沙

A1区办公楼工程控制

测量成果如图2-1所示。控制桩点是施工现场测量控制和建筑物定位的基本依据，必须

保持其正确性。数据成果资料由业主在室内直接移交给施工单位；桩点移交在现场进行，

由业主主持，监理工程师和项目部技术负责人、测量专业工长和测量放线工参加。长沙

A1

区办公楼工程现场控制桩点如图2-2所示。

图2-1 长沙A1区办公楼工程控制测量成果 图2-2 现场控制桩点图

5

第2章 超高层建筑施工控制测量

2.1.2 控制桩点的复测

施工单位接桩后，对测量桩点采取有效保护措施，严禁碰撞、毁坏。同时，测量人

员对控制桩点进行复测，复测精度不低于钉桩精度。对于长沙A1区办公楼工程，平面

坐标的复测方法采用GPS静态测法，GPS静态控制测量技术要求如表2-1所示。具体做

法是，用四台 GPS同时架设在四个控制点（SR-9233、SR-9234、SR-9235、SR-9236）上，

联测40分钟以上，以长边两个控制点（SR-9234、SR-9235）为基准，解算另外两个控

制点（SR-9233

、SR-9236）的坐标，与其已知坐标进行对比，表2-2所示，坐标偏差△

X、△Y为±1mm，平面坐标复测精度合格。

表2-1 GPS静态控制测量技术要求

等级 数据链 功率 卫星高度角 采样间隔

E 外挂 高 10度-15度 5秒 300~500 2.5 1 1/10万 ≤1/4万

平均边长 固定误差 比例误差 边长相对最弱边相

m mm mm/km 中误差 对中误差

表2-2 平面控制点复测表

坐 标（m）

点号 设计 设计 备 注

X Y

实测 实测

1 1 SR-9233

偏差△X（mm） 偏差△Y（mm）

（实测-设计） （实测-设计）

93860.548 58532.618

93860.549 58532.619

93841.027 58246.574

93841.027 58246.574

92874.287 58549.145

92874.287 58549.145

92960.204 58180.657

92960.20558180.656

SR-9234 — — 为基准

SR-9235 — — 为基准

SR-9236 1 -1

高程复测方法采用精密二等水准测量，二等水准测量技术要求如表2-3所示。将

SR-9233、SR-9234、SR-9235、SR-9236四个控制点两两进行联测，两点之间利用DS05

型数字水准仪二等水准测法往返测，测得高差，与已知高差做比对，表2-2所示，偏差

△

H≤±2mm，高程复测精度合格。

表2-3 二等水准测量技术要求

等级 高差中误差/km 仪器型号 观测方式 往返测较差、附和或环线闭合差

二等 2mm DS05 往返各一次

6

4

L

第2章 超高层建筑施工控制测量

表2-4高程复测表

水准路线

SR-9233~SR-9234 0.2091 0.2095 -0.4 已知高程：

SR-9233~SR-9235 1.5455 1.5443 1.2

SR-9233~SR-9236 1.9748 1.9756 -0.8

SR-9234~SR-9235 1.3340 1.3348 -0.8

SR-9234~SR-9236 1.7650 1.7661 -1.1

SR-9235~SR-9236 0.4322 0.4313 0.9

实测高差已知高差（m） 高差偏差 备注

(m) （根据已知高程求的） △H（mm）

SR-9233：35.0590m

SR-9234：35.2685m

SR-9235：36.6033m

SR-9236：37.0346m

2.2 平面控制测量

2.2.1 首级平面控制网

首级平面控制网是精度最高、最稳定的控制网，是其它各级控制网的基础。控制测

量成果中的控制桩点即为首级控制点。施工单位的测量员根据业主提供的测量成果表、

总平面布置图及建筑施工图，分析本工程结构布局特点，根据现场实际情况建立首级平

面控制网。首级平面控制网是二级平面控制网建立和复核的唯一依据，是土建、幕墙装

修、机电安装、沉降及变形观测施工测量的依据，也是监理等各检测单位复查的基准。

在整个工程施工期间，必须保证这个控制网的稳定可靠。首级平面控制网以GPS网为

[4]

主，控制点的设置位置选择在稳定可靠处，一般离施工区500～1000m，能均匀覆盖施工

区，数量一般不少于3个，采用GPS静态测法。首级控制网必须定期进行复测，以保证

其稳定性。长沙A1区办公楼工程首级平面控制网以测绘院提供的4个控制点布设，如

图2-3所示，采用的仪器是V30 GPS接收机如图2-4所示，精度要求与复测精度一致，

如表2-1所示。

7

第2章 超高层建筑施工控制测量

图2-3 长沙A1区办公楼首级控制网 图2-4 V30 GPS接收机

2.2.2 二级平面控制网

二级平面控制网控制点环绕施工现场布设，一般离施工区100m~200m，由于施工现

场来往车辆、机械振动、反复动土等原因，二级控制桩点最易被破坏和扰动，故因重点

保护，如图2-5所示，并进行定期复核和及时修正。二级平面控制网以导线网为主，采

用全站仪四等精密导线测法，具体的技术要求见表2-5所示。长沙A1区办公楼工程二

级平面控制网布设如图2-6

所示，采用的仪器是索佳SET1X高精度全站仪如图2-7所示，

二级控制点的坐标如表2-6所示。

图2-5 二级控制点测量平台 图2-7 索佳SET1X高精度全站仪

8

第2章 超高层建筑施工控制测量

图2-6 长沙A1区办公楼二级平面控制网

表2-5 四等精密导线测量技术要求

等级

平均边测角中误水平角测回方位角闭合全长相对

每边测距测距相

长（m） 差（＂） 数 差（＂） 闭合差

中误差对中误边长测回数

（mm） 差

四等 500 ±4 1/80000 ±2.5 往返测距各1/35000

Ⅰ级全站仪

Ⅰ级全站仪

4测回

2测回

±5

n

表2-6 二级平面控制点坐标

点号 X（m） Y（m）

A

93860.548 58532.618

B

93756.529 58362.419

C

93851.067 58246.574

D

93441.029 58116.524

E

92674.283 58349.145

F

92454.387 58421.674

G

92750.114 58120.537

H

92897.205 58180.656

2.2.3 三级平面控制网

三级平面控制一般分两次布设，第一次布设在基础底板上，用于进行±0.000m以下

的细部放线；当结构施工至±0.000m以上时，将三级平面控制网转移到建筑物内部，即

内控网，用于±0.000m以上的竖向投测和细部放样。三级控制网精度控制在1mm~2mm。

由于建筑物内部的控制点（内控点）容易受建筑沉降的影响，因此必须对内控点进行定

9

第2章 超高层建筑施工控制测量

期校核。长沙A1区办公楼工程采用框-筒结构体系、核心筒先施工外框架后施工的

[6, 8]

施工方式，因此长沙A1区办公楼塔楼的三级平面控制网由两个平级网组成，分别布设

在核心筒内外，如图2-8所示。

图2-8 长沙A1区办公楼塔楼三级平面控制网

2.3 高程控制测量

为保证建筑物竖向施工的精度要求，在现场需建立高程控制网。高程控制网不仅是

土建、幕墙装修、机电安装等标高控制的依据，还可作为建筑物沉降监测的基准点。本

工程是根据业主提供的四个控制点的高程，采用数字水准仪，如图2-9所示，在建筑物

周围测设水准路线，引测方法采附合测法或结点测法，如图2-10

，2-11所示。精度采

用四等水准测量的技术要求，如表2-7所示。

高程控制网较之平面控制测量相对比较简单，高程控制网分二级布置。首级高程控

制网以建设单位提供的高程控制点为基准建立，布设在视野开阔、远离施工现场的稳定

可靠处，按二等精密水准测量的精度进行测设。二级高程控制网以首级高程控制网为依

据创建，布设在施工场内，按四等水准的精度进行测设。两级高程控制网布设与首级和

二级平面控制网一致，共用同一点位。由于随着时间的推移与超高层建筑的不断升高，

建筑物自重荷载不断增加，建筑物会产生沉降。因此，平均每月一次复测高程控制点，

并及时进行修正。

10

第2章 超高层建筑施工控制测量

图2-9 数字水准仪水准测量

图2-10 附合测法示意图 图2-11 结点测法示意图

等级 高差中误差/km 仪器型号 观测方式 往返测较差、附和或环线闭合差

四等 10mm DS3 往返各一次

表2-7四等水准测量技术要求

20或6

L

n

11

第3章 超高层建筑竖向传递测量

第3章 超高层建筑竖向传递测量

3.1 平面传递测量

3.1.1 技术特点与难点

在无温差、无风载等理想条件下，可以认为超高层建筑是静止的，任意楼层的控制

点连线是一条铅垂线；但实际施工过程中超高层建筑受日照、风载等外界条件的影响，

在超过一定高度后就会产生一定程度的摆动，此时各层平面控制点的连线不再是铅垂

线，变为了一条随外界因素和时间变化的竖曲线，如何在施工阶段通过采取合理的措施

将控制点投射在这条曲线上是课题研究的难点。

一般当建筑高度在100m以下时，可以将建筑物视为一个稳定的没有变形的结构体，

采用常规的测量手段即可保证控制轴线的竖向传递；但当建筑物超过100m，随着高度的

不断增加，位于结构体顶部的施测层（在施层）成不规则的摆动状态明显凸显出来，将

采取合适的手段来消除此因素对施工的影响。

3.1.2 激光铅直内控法

所谓激光铅直内控法，是指当建筑物楼板施工至±0.000m时，用全站仪用极坐标法

或直角坐标法将建筑物外部的控制点引测至首层即内控点，将激光铅垂仪架设在内控点

上，接收靶放在待测顶模的相应预留洞口上，把底层内控点垂直投测到施工层，利用投

测上来的控制点测放出各层控制线和细部线。

[9, 10]

由于首层人员走动频繁，首层内控点需进行特殊保护，一般是在首层混凝土楼面预

埋铁件，打上阳冲眼十字中心点标示，如图3-1所示。在待测层预留洞口，如图3-2

[11]

所示，安置接收靶，将激光铅垂仪架设在首层内控点上，对中整平，打开电源并调整光

束，直至接收靶接收到的光斑最小、最亮，一般光斑圆直径小于

2mm。慢慢旋转铅垂仪，

分别在0

°、90°、180°、270°四个位置捕捉到四个激光点，取四个激光点的几何中

[12]

心即为投测的控制点位置

，如图3-3、3-4、3-5所示。

图3-1 首层预埋铁件做法 图3-2 待测层预留洞做法

12

第3章 超高层建筑竖向传递测量

图3-3捕捉第一个激光点在接

收靶上

图3-4 旋转铅直仪，分别在0°、图3-5 取四个激光点的

90°、180°、270°四个位置捕几何中心即为投测的控

捉到四个激光点 制点位置

图3-6 激光铅直内控法示意图

3.1.3 超高层平面传递方法研究

根据规范，混凝土结构上下层轴线竖向引测的误差≤

3mm，轴线间误差≤2mm；钢结

构两项允许误差均要求≤1mm。以目前国内精度最高的激光天顶仪为参照，标称精度1/20

万，在100m高度内其误差＜0.5mm（m1）；对中偏差＜0.5mm（m2）；定点偏差＜0.5mm（m3）；

其整体影响为m=±=±0.87mm ＜1.0mm，若传递的次数有限，其误差可以忽

略不计。

将超高层建筑简化为悬臂梁计算，假定超高层建筑物的高度在300m时的摆动幅度

13

222

mmm

123

第3章 超高层建筑竖向传递测量

为30mm，为满足相邻层间的竖向偏差小于3mm的条件，则总共需要传递十次，其总体中

误差为±mm=±3.16mm。取允许误差为三倍的中误差，则m限=±9.5mm＜30mm，由此

10

可以证明采用分节铅直传递的精度可以满足轴线竖向传递的精度要求，同时每节的铅直

线可以趋近于变形曲线，达到消减承测面摆动对轴线竖向传递影响的目的。

铅直仪传递高度的确定取决于摆动幅度的大小，拟将相邻两传递点的摆动幅度控制

在在3-5mm间。例如100m以下可一次传递，随着建筑物高度的增加，传递的高度呈递

减的趋势。由于结构刚度的约束，相邻层间摆动产生的位移量一定会小于3mm；在外部

影响因素完全相同的前提下，随着建筑物高度的增加，相同高度处的位移量也是不断变

化着的。

为减少竖向投递误差，在进行竖向轴线控制点传递时，分段的间距呈递减趋势，即

越往高间距越小。本工程由低向高各测站点的距离依次为90m、70m、50m。

本高层建筑的外围系钢结构，遇到阳光照射，使建筑物有阴、阳面，导致建筑物向

阴面倾斜(弯曲)，在本工程轴线竖向投测工作中，我们选择早晨8：00以前或阴天进行，

当施测层风力大于五级时停止投测，经过实践研究，采取此项措施达到了很好的效果。

总之，在进行超高层建筑平面竖向投测时，在常规测量方法的基础上采取选择日照

变形量最小的时机进行投测（择时）、对投测时的气象条件有所限制（择机）、逐步缩短

激光铅直仪的投测高度（趋近）等措施，即可满足施工要求。

[13]

3.1.4 其它测量方法的探讨

课题组还对修正法和后方交会法的理论基础和可行性进行了分析研究，因可操作性

和客观条件的制约未采取上述两种方法，具体分析如下：

3.1.4.1 修正法

修正法的基本原理：在施测层用后方交会或GPS测量直接直接测量出控制点的位置

（坐标数据）参照同步的变形监测数据，求解出该点位的位移分量

x

、（或位移的

y

方向和该方向上的位移量），对（安置在控制点上的）全站仪的测站点坐标进行修正后，

再进行待测层的细部放线。

变形修正值的解算：根据变形监测数据，已知在当前时段，结构体变形的方向为γ，

变形量为d，则其在x方向的变形量为

xdcos



，则其在y方向的变形量为



ydsin



。将放放样点坐标数据加上修正值后进行放样，则定出的点位就是与结构

体同步摆动的即时位置，若结构体处于无摆动状态时，该点位会回归到他的理论位置。

每次的修正值都是不同的，所以上述做法的计算量较大，可以采用对测站点的坐标值进

行修正的方法，则计算量可以大幅度地减少。用后方交会或GPS测量直接直接测量出控

14

第3章 超高层建筑竖向传递测量

制点的即时坐标数据X，Y，根据变形监测数据得出的位移分量△x、△y，则修正后的控

制点坐标数据为x=X-△x，y=Y-△y。采用修正后的控制点坐标设定测站数据，依据放样

点的理论数据进行放样，即可测设出放样点位（动态下的）即时位置。

本工程受建筑物高度所限挠度变形相对较小、建筑物即时变形量获取较复杂、在施

层架设仪器难度大、GPS接收机受吊车塔臂影响产生多路径效应等因素的影响，在实际

施工中未采取此方法。

3.1.4.2 后方交会法

采用后方交会测量的关键是测站点与后视点间的通视条件和已知后视点的精度，后

视点必须≥4个，点位要易瞄准，为便于观测点位要选在尽可能高的位置（如电视转播

塔的尖部）；若条件许可，宜采用精度更高的距离加角度的后方交会法。

后视点的坐标数据一般都是采用角度前方交会与CAD制图结合获得的。鉴于基线都

相对较短，所以必须通过增加观测次数来提高测角精度，以获得精度较高的后视点坐标

数据；获得后视点坐标数据后，应在已知点上对其进行校核，已知坐标与后方交会测量

所得坐标之差应≤2mm。

在待测层确定新控制点的个数要大于2个，采用后方交会法测量，次数不少于三次，

在成果中剔除偏差值较大的数据，取偏差值接近的两个数据的平均值为该点的坐标数

据；为了进行有效的校核新控制点的正确性和精度，必须要保证新点的数量在两个以上，

新控制点间不宜互为后视，应取远处的已知方向点作为后视方向。

在施测层架设仪器的难度较大，数据获取方法限制、精度低等因素的影响，在实际

施工中未采取此方法。

3.1.5 地下施工轴线投测

采用“外控法”，在主轴线的延长线上架设全站仪或经纬仪用方向线法将所需的轴

线投测到施工层。投测的纵、横轴线不得少于2对，以此作角度、距离的校核依据。经

校核无误后，方可在该平面上放出其它相应的设计轴线及细部线。该项目的地下施工分

三道支撑，其轴线的投测方法如图3-7所示。

15

第3章 超高层建筑竖向传递测量

全站仪

二级控制点

自然地坪

第一道支撑

第二道支撑

第三道支撑

投测点

投测点

基坑底

图3-7地下施工轴线投测示意图

3.2 高程传递测量

3.2.1 高程传递测量的整体思路

当结构施工到±0.000m处，依据高程基准点对结构高程进行修正，以削减基础施工

期间结构沉降产生的高差。高程传递测量时，整体传递采用全站仪天顶测距法，局部传

递采用钢尺垂直量距法。随着施工进程，在竖向结构上设置若干个高程传递接力点，

[14]

接力点间采用钢尺进行高程传递，钢尺的最大量程要小于50m，即高程传递点的竖向距

离要小于等于50m

；采用全站仪天顶测距法精确测出高程接力间的距离，并对钢尺传递

上来的高程进行检核，在对接力点进行校核时，应考虑沉降变形和压缩变形对高程传递

的影响；在结构墙体施工细部标高线测量时，采用钢尺依次向上量测的方式，势必会降

低标高线的精度，故将水准仪安置在可以固定在结构墙上的专用托架上，用水准测量的

方式进行标高线的测设。

3.2.2 钢尺传递高程法

钢尺量距是距离测量最直接也是最主要的方法，用钢卷尺沿主楼核芯筒外墙面向上

传递标高，每隔50m左右设置一个标高传递接力点，在施测的过程中施加标准拉力，且

进行温度、尺长修正。塔楼结构施工过程中，在首层楼面上，从高程控制网采用往返

[15]

测把高程引测至核心筒外壁＋1.000m处，弹上墨线并用红三角标志，如图3-8所示，作

为向上引测的高程基准线。一般每层引测3个高程点，三点间较差不超过3mm，并取三

点的平均值作为该楼层施工的标高基准点。

16

第3章 超高层建筑竖向传递测量

图3-8 高程基准线标识

3.2.3 全站仪天顶测距法

由于钢尺量距是分段传递，其累计误差会影响建筑物的整体精度，故对于超高层建

筑来说，仅采用钢尺传递高程法是不够的

[16, 17]

。为减少钢尺量距的累计误差，可采用全

站仪天顶测距法，以首层高程基准点为基准对楼层每个标高传递接力点进行校核。全站

仪天顶测距法示意图如图3-9所示，将全站仪安置在首层高程基准点A上，后视核心筒

墙面+1.000m标高基准线，测得仪器高，对仪器内Z坐标进行设置；将全站仪望远镜垂

直向上，全站仪激光束顺着预留洞口垂直往上，将反射棱镜镜头向下放在待测层的钢平

台、土建提模架或需要测量标高的楼层，测得的数据便是高程点A到施工层的高差；将

水准仪安置在待测层，尽量放在棱镜和水准点B的居中位置，在棱镜面处和B点各立一

把水准尺，读数。通过计算即得水准点B点的高程。

水准尺

水准仪

接收靶

b

c

B

施工层

全站仪

A

图3-9 全站仪天顶测距法

17

第3章 超高层建筑竖向传递测量

全站仪天顶测距法的反射棱镜放置如图3-10所示：

第1步

第2步

第3步

图3-10 反射棱镜放置示意图

3.2.4 地下室高程传递

1、水准点高程引测到基坑内

由于本工程有三层地下室，地下室开始施工时，采用钢尺+水准仪的方法沿塔身把

负整米数的高程基准（如-17m

）测设到基坑四周的围护结构上。在基坑内架设水准仪，

校测基坑四周的整米数高程基准，本项目测设8个高程基准，一边两个，其误差须控制

在±3mm以内为合格；在施测基础标高时，要后视坑壁两侧上的高程基准以作校核。

水准点

水准仪

悬吊钢尺

基坑壁

根据水准点在基坑四壁上测设高程点

并标示好绝对坐标

18

第3章 超高层建筑竖向传递测量

整米线

水准仪

根据标高控制点测设整米水平线

用水准仪校核基坑四壁的整米线，

使其满足精度要求，用作地下室施工时高程准线。

图3-11水准点高程引测到基坑内的示意图

2、地下室施工时的高程传递

传统的测量方法可以满足地下结构施工期间的高程（向下）传递，可满足精度要求。

采用悬吊钢尺，用水准仪+钢尺的方法将高程点由地面传递到基础的各个层面。每个层

面设置4-6个临时性高程基点，作为测放其它构件高程的依据。临时高程基准设在基坑

支护结构上。

19

第4章 超高层建筑细部施工测量

第4章 超高层建筑细部施工测量

4.1 平面细部施工测量

鉴于施测的区域很小，细部放线首选传统的经纬仪+钢尺进行，也可采用全站仪坐

标法或对于不便于安置仪器的狭小区域采用钢尺距离交会的方法进行。核心筒的测量放

线是采用“内控法”，将平面控制点引测至正在施工的顶模钢平台上，用全站仪进行角

度闭合检查、边长距离复核，复核无误后，采用坐标法放出核心筒剪力墙的细部轴线，

如图4-1、4-2所示。

图4-1 在核心筒四个交点设置测量专用钢平台

图4-2 顶模钢平台上复核传递上来的控制点

20

第4章 超高层建筑细部施工测量

4.2 标高细部施工测量

超高层建筑核心筒一般采用爬模施工，会出现结构楼板施工与结构墙体施工不同步

的情况，一般两者之间会相差三层，而一般情况下，需采用常规的施工方法将结构施工

到六层前后才开始使用爬模工艺。

楼层标高线测量时，依据有结构楼板的竖向结构上的高程基准点，用钢尺将高程铅

直向上引测至最上部竖向结构上，作为该层抄测建筑标高线的依据，待该层结构楼板完

成后，再依据基准点抄测楼层标高线。

核心筒顶端墙模板、钢骨柱等竖向结构施工时的标高控制一般有三种方法：一是用

钢尺从下部有结构楼板处的楼层标高线直接量设，该方法的优点是简单易行，缺点是受

环境条件应性较大，钢尺的铅直度不易保障，难以保证标高控制的整体性；二是在竖向

结构的顶端安置水准仪，依据传递上来的高程对竖向结构施工提供标高控制，该方法的

优点是控制精度高且均匀，缺点是施测处没有结构楼板，水准仪安置较为困难，需预先

在钢结构或混凝土墙体的顶端埋设特制的托架，用于安置水准仪，如图4-3所示。三是

采用塑料软管利用连通器原理，将传递上来的高程引测到各施工部位，此方法最方便易

行。

图4-3 用于安置水准仪的专用托架

4.3 核心筒墙体的垂直度控制

核心筒提模施工测量主要控制墙体垂直度和轴线偏差。由于结构楼层与筒体结构墙

的爬模施工相差2-3层，将主要的轴线（控制线）引测到结构墙体的立面上，用于校核

各层间的垂直或顺直，为后期装修施工提供依据。为检查钢模板及墙体的垂直度和轴线

偏差，采用多台激光铅直仪在最上部结构楼层的控制线（点）上，直接用激光点控制上

部爬模（墙体）轴线偏差，同时采用传统的吊线坠法检查墙体的垂直度，示意图4-4~4-6

如下：

21

第4章 超高层建筑细部施工测量

顶升爬模层

标准层

最高楼板施工层

激光铅直仪

铅锤

将L01层控制点投射

到楼板施工层

L01地面层

激光铅直仪控制点

铅锤控制点

图4-4 采用多台激光铅直仪对钢结构安装进行直接控制

图4-5激光铅直仪检查钢模板上口轴线偏差 图4-6吊线坠检查模板上口垂直度和轴线偏差

22

第4章 超高层建筑细部施工测量

普通高层建筑的垂直度要求是建立在静态基础上的。在风载、日照等外界因素的影

响下超高层结构体始终处于缓慢摆动状态，结构形式和环境条件变化是主导摆动周期和

幅度变化的主要因素，超高层建筑摆动的幅度是实时的。当建筑物超过一定高度，并产

生摆动现象时，现行规范中的高层建筑垂直度要求就无法诠释了（大于150m允许30mm）。

超高层建筑的允许摆动范围（允许挠度）是由设计给定的。在测量控制过程中主要关注

点为相邻上下层间的允许偏差（3mm/层，钢结构的精度则更高）。

4.4 柱模板定位和垂直度控制

采用两台经纬仪同时进行观测，根据楼板上的结构控制线对模板进行测量校正，保

证柱模的轴线定位和垂直度满足设计和相关规范要求。柱模标高采用水准仪进行测量校

正，操作方法如图4-7、图4-8所示。

图4-7 柱模测量校正示意图 图4-8 柱模标高测量控制示意图

4.5 BIM to Field

为提高放样精度及效率，本项目采用天宝RTS873机器人3D放样系统，如图4-9所

示，测角精度为0.5″，测距精度为±2mm+2ppm。放样机器人有世界上最好的数据采集

器和放样软件，无需目镜，直接运用手簿（小笔记本）操作，能将CAD平面坐标图，三

维坐标图，Revit模型（BIM模型）导入LM80手簿中，进而通过仪器进行放样。对于比

较复杂的结构，可以通过软件建立三维的模型，进行三维分析核查无误然后将模型导入

手簿进行放样。放样的同时，可以记录现场的放样点，将数据返回原来的BIM模型，将

施工现场的实际数据和设计数据做比对，进行误差分析，大大提高放样精度及工作效率。

放样机器人有放样和测量两个作业流程：

(1)机器人放样流程

建模放样数据提取图形（模型）导入手簿仪器设置放样

(2)机器人测量流程

23

第4章 超高层建筑细部施工测量

建模图形（模型）导入手簿现场实测实量指导施工

实测数据与理

论模型比对

图4-9 测量机器人+ LM80放样管理系统 图4-10放样测量机器人放样工作场景

将BIM模型输入TFL后的视图：所有的结构点，红色放样点都能很好的体现，一目

了然。此外，可将每天测量放线的记录在TFL中制作成生动的报告，如图4-11、图

4-12所示。

图4-11 BIM模型输入TFL后的视图 图4-12 TFL中制作成生动的报告

24

第5章 超高层建筑动态变形监测

第5章 超高层建筑动态变形监测

5.1 超高层建筑变形的特征分析

5.1.1 风载条件下建筑物形态变化的特征

随社会的进步和科技的发展，高耸结构建筑日益向着更高、更轻、更柔的方向发展，

使得其固有频率更接近强风的卓越频率，使其对风荷载的敏感性进一步增强，在风荷载

作用下的动力响应情况更为复杂。

风荷载是一个复杂的非平稳随机过程，这就造成风对建筑物结构的作用表现出间歇

性和动态性，而探讨风速与超高层建筑物动态形变的关系对结构的安全评估也是具有十

分重要的意义的。

在风载作用下，超高层建筑物的摆动具有简谐运动的性质；风载的大小和方向是实

时的，摆动频率随风载的变化而变化，其动态特征的数学模型需考虑以下两种状况：

[18-20]

（1） 超高层摆动满足简谐运动方程，但振幅A有突变，则：

yAsin(2ft)



0

（5-1）

式中，A振幅；f频率； y位移量； t时间；ψ0初始相位。

（2） 超高层的振动频率保持不变，但振幅成指数衰减，则：

yAesin(2ft)

(t)





0

式中，α为衰减系数；τ为初始时刻

（5-2）

事实上受高度、结构体的风阻系数等条件的约束，强风载作用下结构体的动态变形

是很复杂的，不能简单地用简谐运动方程进行描述，因此还需要通过变形测量获取结构

体的实际变形量，并对理论值进行修正。

[21]

5.1.2 日照温度变化对超高层形态变化的影响特征

日照作用是指同一天太阳照射在结构不同部位引起的温差作用，此作用引起向阳面

和背阳面存在温度变形和应力差别，造成该作用下的温度效应与均匀温度场作用下的温

度效应有很大差别，其引起的附加内力对结构构件有很大影响。

对于超高层混合结构，由于施工历时较长，一般会经历夏季，而起保温隔热作用的

25

第5章 超高层建筑动态变形监测

维护结构如幕墙等并没投入使用，日照温差此时每天都会作用在建筑物上，类似于周期

反复性荷载。分析温差作用下典型结构固件的整体变形和受力情况，为准确了解结构在

温度作用下的整体性能和实际工程设计提供参考。

对于钢结构而言，其断面相对较小、热传导系数相对较高，所以正背两面的温差梯

度相对较小；对于混凝土结构而言，其断面相对较大、热传导系数相对较低，所以正背

两面的温差梯度相对较大。由于钢材的线膨胀系数和混凝土的线膨胀系数非常接近，所

以两者的偏差值不会过大。研究表明温度偏差与大气温差和结构体高度的平方成正比，

其位移量可以用数学模型表示为：

[22, 23]

wat(HbHc)d

2

（5-3）

式中w为水平位移量；Δt为大气温差；H为高度；a、b、c、d为系数，

a、b、c、d可以用线性回归求得，则上式可以表示为：

w7.07510t(H558H87181)15.9

42

（5-4）

由于结构形式的不同，影响结构体的温差变形的因素很复杂，该公式求出的变形量

是近似的，还需要实地测量才可以得出实际变形量的大小。

5.1.3 结构体竖向变形的影响特征

超高层竖向变形包括竖向弹性压缩变形、收缩变形和徐变变形等。对于超高层，竖

向变形对结构的整体影响较大，在结构设计和施工时需要对其进行考虑。竖向累计的变

形将影响一些高精度尺寸构件的安装使用，例如电梯轨道等的安装，竖向管道的安装等

等。为减少竖向变形的影响，可以通过以下措施：一方面可以控制相关环境和截面尺寸

等因素来控制收缩徐变变形量；另一方面可以采用预留标高的方法，来减小和控制竖向

累计变形的影响。

超高层结构体在自重荷载作用下会产生竖向弹性压缩变形，变形量的大小与结构体

的材质、断面尺寸和时间有关，变形量的大小主要取决于上部荷载的大小。对于超高层

结构体的竖向变形必须在施工前根据结构的形式和特点进行粗略估算，用各层以上结构

自重加在各层竖向构件上计算各层压缩变形，然后各层叠加求和；纯钢结构采用钢材弹

性模量，钢筋混凝土、型钢混凝土等近似采用混凝土弹性模量，以便提前采取消减措施

[24]

。

5.2 建筑物沉降监测

建筑物沉降监测是超高层建筑的关键监测项目。由于超高层建筑的高度、重量及周

围地质的问题，在建造过程中产生的沉降量会影响施工的安全性。

26

第5章 超高层建筑动态变形监测

5.2.1 监测仪器及监测方法

为保证测量精度，本工程的沉降监测采用索佳SDL1X精度水准仪，如图5-1所示。

SDL1X型水准仪的精度为每千米水准测量标准差0.2mm，铟钢尺的精度为±0.1ppm；最

小读数0.01mm；测量提速40%、消除误调焦的影响；支持多种线路水准测量模式；双轴

倾斜补偿器确保测量结果的高精度。采用该仪器监测的优点是仪器普及率高，易于掌握，

操作直观，路线相对灵活；缺点是所需观测时间较长，无法实现实时监测。

图5-1 SDL1X索佳精密水准仪

本工程采用精密数字水准仪进行往返测量：精度级别一级，往返测闭合差≤0.3√n，

检测已测段高差之差≤0.45√n。

5.2.2 沉降监测基准点设置

沉降监测的基准点位布置在基础沉降范围外，4个基准点形成闭合水准导线，并定

期地与城市导线点进行联测，当基准点发生变化时及时恢复。基准点的锚固长度锚入土

内1m，地面用护栏模板围护，形式如图5-2所示：

围护脚手架

十字刻划点

高程基准点

混凝土

标桩

图5-2 沉降监测基准点设置示意图

5.2.3 沉降监测点布置

本工程地面设二等水准基点4个，沉降观测点一开始全部设置在地下室基础底板面，

27

第5章 超高层建筑动态变形监测

基础施工阶段共设30个监测点，为二等水准点。地下室沉降观测工作从基础施工完成

后开始，每升高2层观测一次，结构封顶后每月观测一次，直至沉降稳定为止。沉降稳

定标准：平均每天沉降量小于或等于0.01mm。

当主楼施工到±0.00m层时，地上结构施工阶段共设8个沉降监测点。主楼在施工

及使用过程中作沉降观测记录，作一级变形测量，每升高5~6层观测一次，结构封顶后

每月观测一次，直至沉降稳定为止。沉降稳定标准：平均每天沉降量小于或等于0.005mm。

A1区写字楼基础沉降观测点（30个监测点）布置图见图5-3所示。

图5-3 A1区写字楼基础沉降观测点布置图

5.2.4 监测注意事项

1、保证每次监测时水准尺立尺位置不变，水准尺保持水平。

2、选择楼内无明显震动时进行监测。

3、对每次监测数据进行记录整理，保证监测点不受破坏。

5.2.5 数据分析与处理

使用精密水准仪进行监测，监测数据会自动存储在仪器SD卡中。每次监测完成后，

将监测数据导出，并记录监测时间，与前期监测数据进行比较，并将分析结果整理归纳，

建立沉降监测成果表，如表5-1所示，对监测数据进行详细记录和比对分析，形成建筑

物整体沉降变形曲线图。在监测结果超过报警值时，立刻通知管理层及甲方、监理，并

采取相应处理措施。

28

第5章 超高层建筑动态变形监测

表5-1 沉降监测成果表

工 程 名 称 测 点 编 号

进度

/荷载

F51/

F40/

F30/

F20/

F10/

0

50mm

趋于稳定

100mm

沉降

T年月日

（）

加载完

建筑物整体沉降

变形示意曲线

施工状态 沉降量(mm)

形象进度 本次沉降 累计沉降

年 月 日 1

年 月 日 2

年 月 日 3

年 月 日 4

年 月 日 5

温度 荷载

(tºc) （t）

沉降及施工状态

日期/次数

说明：表中沉降曲线仅为示例曲线。

测量单位： 测量： 记录：

5.2.6 结论

本工程的沉降监测从地下三层结构开始至结构封顶后6周结束历时626天，基础施

工阶段共设30个监测点，地上结构施工阶段共设8个监测点，累计监测26次，最大沉

降量18.6mm，最大沉降差异0.9mm。整体沉降均匀，未出现明显倾斜迹象，证明该结构

是安全的，符合设计要求。

5.3 弹性压缩变形监测

5.3.1 监测方法及监测仪器

5.3.1.1 单层监测

进行单层压缩变形监测时，拟在建筑物的首层的上下两端各埋设一个监测点，称为

29

第5章 超高层建筑动态变形监测

一个监测单元，分别在两个监测点上安置水准尺，上部监测点处水准尺倒放，下部监测

点处水准尺正放，用精密水准仪测得两个监测点的正尺读数和倒尺读数，两个读数相加

即为上下两监测点的垂直距离，如图5-4所示。此项监测只能在室内进行，视距较短测

量精度可以达到特级。电子水准仪精度要求：每公里往返测高程精度0.3mm。拟每施工

10层监测一次；每一个监测单元，测3次取平均作为当次的监测数据。各次监测数据的

差值即为压缩变形值。

图5-4 弹性压缩变形单层监测示意图

5.3.1.2 跨层或多层监测

进行跨层或多层的压缩变形监测时，可采用电磁波三角高程测量。在楼体各层预留

200×200孔洞，各层孔洞的中心在同一铅垂线上。在监测点所在楼层楼板的底部设置反

射棱镜，顶部棱镜与全站仪保持在同一铅垂线上，底部棱镜紧邻监测孔洞的边缘设置，

用高精度全站仪天顶测量方法测出顶部监测点到仪器中心的铅直距离，再测量底部监测

点到仪器中心的高度（铅直距离），由此测量出监测单元内每个监测点到仪器中心的高

差，如图5-5所示。

30

第5章 超高层建筑动态变形监测

楼板

观测点

h

观测点

墙板

全站仪

楼板

楼层高差

图5-5 弹性压缩变形多层监测示意图

5.3.2 监测注意事项

1、保证每次监测时水准尺立尺位置不变，水准尺保持水平

2、每次监测时，仪器架设位置尽量在同一地点，减少误差

3、选择楼内无明显震动时进行监测

4、对每次监测数据进行记录整理，保证监测点不受破坏

5、多层监测时，保证棱镜始终对着仪器方向，各次监测采用同种型号的棱镜

5.3.3 数据分析与处理

监测数据会自动存储在仪器SD卡中，每次监测完成后，将监测数据导出，并记录

监测时间、楼层，与相应楼层监测数据进行比较；在进行多层监测时，将各个测得的原

始数据整理计算，根据计算的结果进行压缩变形分析，并将分析结果整理归纳。

将单层监测和多层检测数据统计整理，建立压缩变形监测数据表格，对监测数据进

行详细记录和比对分析，及时将压缩变形量分析上报。在监测结果超过报警值时，立刻

通知管理层及甲方、监理，并采取相应处理措施。

课题组对监测的方法和理论基础进行了研究分析，但受施工环境影响，本工程并未

在实际工作中实施压缩变形应用研究。

5.4 结构体动态变形监测

5.4.1 超高层建筑动态变形监测的总体思路

5.4.1.1 监测的技术手段

1、本工程的动态变形监测采用建筑物一级变形监测的标准，应用以下三种技术手

31

第5章 超高层建筑动态变形监测

段进行研究：

（1）用测角精度0.5＂,测距精度0.6mm+1ppm×D的具备ATR功能的自动高精度全

站仪对核心筒和钢结构的周期变形进行监测和跟踪测量。

（2）采用双星高频GPS（采样率为1HZ）对核心筒和钢结构动态变化实施实时监测。

（3）用两套佳能5D MarkⅡ设备并加配800mm长焦定焦镜头，实施地面立体摄影测

量，根据同时同名像对来监测超高层建筑动态变形。

2、研究预期达到的目标有：

通过监测实验，比较以上三种技术手段的优劣性，从而选择最适合于超高层建筑动

态监测的方法，并总结超高层建筑动态变形规律。

5.4.1.2 控制点及监测点的布设

根据长沙A1办公楼工程的建筑结构、周边环境特点、以及所采用的监测技术手段，

共布设监测控制点8个，位于建筑主体结构的东西两侧，分别用E1、E2、E3、E4（东侧）

和W1、W2、W3、W4（西侧）编号。监测控制点同时具备监测基准点和参考点的作用。按

照减小监测仪器系统误差的要求，各控制点位于建筑物高度1.5倍～2倍的距离范围内，

距离建筑物350m～500m之间。变形监测点布置在建筑物的顶部，共设置8个。其中核

心筒上4个，用C1～C4编号；外围钢结构上4个，用C5～C8编号。为便于全站仪测量

和摄影测量，控制点和监测点必须通视良好。测点的总体布置如图5-6所示。外围钢结

构上的监测点采用强制对中装置，强制对中装置焊接在钢结构上；核心筒上的监测点，

直接焊接在结构体上。现场监测点如图5-7所示。

图5-6 监测点位布置图

32

第5章 超高层建筑动态变形监测

图5-7 监测点示意图

从地坪内控点起算，采用全站仪一级导线测量，将施工平面坐标引测至控制点E1

和E4上；用二等水准测量的方法，将施工高程坐标引测至控制点E1和E4上；得出E1

和E4的三维坐标后，在E1、E4 和W1、W2四个控制点上安置GPS接收机，观测一个小

时，根据已知控制点E1、E4的施工坐标，采用GPS C级静态测量，通过精密星历解算

获得另两个控制点W1和W2的坐标。观测数据用Trimble Business Center软件进行结

算并转换到地方坐标系下求出E1、E4、W1、W2四个基准点的初始坐标，供后续观测使

用。表5-2是解算出的E1、E4、W1、W2监测基准点的坐标。

表5-2 监测基准点的坐标成果表

点名 X（m） Y（m） H（m）

E1 104009.271 48808.595 31.918

E4 103850.017 48715.038 31.787

W1 104441.132 48787.090 38.993

W2 104520.994 48672.121 38.944

图5-8 全站仪控制测量示意图 图5-9 GPS静态测量示意图

5.4.1.3 监测的时间

此次变形观测分为两个阶段：第一阶段为核心筒封顶阶段(图5-10所示)，第二阶

段为钢结构封顶且外围幕墙即将竣工阶段（图5-11所示）。

33

第5章 超高层建筑动态变形监测

第一监测阶段选在核心筒结构封顶，提升桁架拆除后，并且外围钢结构到达加层顶

后开始实施监测。此阶段的施工部位可以同时满足对核心筒和外围钢结构的同步监测，

监测时间约10天。

第二监测阶段选在钢结构封顶后，且建筑物的施工已进入竣工阶段。此时建筑物的

自重荷载接近最大。为了监测风和光照等因素对建筑物的变形的影响，分析建筑物的变

形规律，进行第二阶段的观测，监测时间约10天。

图5-10 变形监测第一阶段 图5-11 变形监测第二阶段

34

第5章 超高层建筑动态变形监测

5.4.1.4 技术路线图

监测点共八个，核心筒上C1-C4四个点，

西侧选择W1 W2两个基准点

外层钢结构 C5-C8 四个点。

查看监测点钢架基座安装位置

确定基准点位置，做标记

现场勘查

了解施工现场情况

根据近一周天气，制定观测计划

四个控制点同时观测，利用E1 E4

坐标进行地方坐标转换

一级导线测量和二等水准测量的方法，

控制点E1和E4的坐标。

控制测量

GPS静态观测，测出控制点

W1 和W2坐标。

风速，气温等气象条件观测记录

在测站点E4上观测点C1、

C2 、C5 和C6

环境条件监测

机器人动态监测

对角线E4 W2两个控制

变形监测

点

在测站点W2上观测C3、 C4、 C7和 C8

GPS动态监测

摄影测量动态

两台相机同时拍摄，获取同名像

监测

核心筒C1-C4四个监测点

利用徕卡三维变形监测系统

软件，求出各观测点在不同

时刻的坐标，并求出各点在

全站仪数据处理

不同时刻在X、Y、H方向上

像机检校

的变形量

数据处理

摄影测量数据处理

TBC软件结算参考坐标

相对定向 影像内定向

GPS数据处理

RENIX格式转换

绝对定向

在高楼的东侧选择E1 E4 两个基准点，在

变形结论

T4D软件处理，得出变形量

35

第5章 超高层建筑动态变形监测

5.4.2 测量机器人动态监测

5.4.2.1 监测仪器

长沙北辰新河三角洲A1项目办公楼的变形观测采用Leica TS30测量机器人，如图

5-12所示。Leica TS30测量机器人是世界上最精确的监测仪器之一，测角精度0.5″，

测距精度0.6mm+1ppm；它利用自动识别和自动跟踪的功能，自动寻找到棱镜中心点的精

确位置，从而高精度地测得点的坐标。它与常规的全站仪相比具有测量精度高、望远镜

的放大倍数大，目标的自动搜索和目标的连续自动观测等优点。

图5-12 Leica TS30测量机器人

5.4.2.2 多测回测角的原理

（1）方向观测法

如图5-13所示，若测站上有5个待测方向：A、B、C、D、E，选择其中的一个方向

（如A）作为起始方向（亦称零方向），在盘左位置，从起始方向A开始，按顺时针方向

依次照准A、B、C、D、E，并读取度盘读数，称为上半测回；然后纵转望远镜，在盘右

位置按逆时针方向旋转照准部，从最后一个方向E开始，依次照准E、D、C、B、A并读

数，称为下半测回。上下半测回合为一测回。这种观测方法就叫做方向观测法（又叫方

向法）。

图5-13 方向观测法示意图

如果在上半测回照准最后一个方向E之后继续按顺时针方向旋转照准部，重新照准

36

第5章 超高层建筑动态变形监测

零方向A并读数；下半测回也从零方向A开始，依次照准A、E、D、C、B、A，并进行读

数。这样，在每半测回中，都从零方向开始照准部旋转一整周，再闭合到零方向上的操

作，就叫“归零”。通常把这种“归零”的方向观测法称为全圆方向法。习惯上把方向

观测法和全圆方向法统称为方向观测法或方向法。当观测方向多于3个时，采用全圆方

向法。“归零”的作用是：当应观测的方向较多时，半测回的观测时间也较长，这样在

半测回中很难保持仪器底座及仪器本身不发生变动。由于“归零”，便可以从零方向的

两次方向值之差（即归零差）的大小，判明这种变动对观测精度影响的程度以及观测结

果是否可以采用。

采用方向观测法时，选择理想的方向作为零方向是最重要的。如果零方向选择的不

理想，不仅是观测工作无法顺利进行，而且还会影响方向值的精度。选择的零方向应满

足以下的条件：

第一，边长适中。就是说，与本点其他方向比较，其边长既不是太长，又不是最短。

第二，成像清晰，目标背景最好是天空。若本点所有目标的背景均不是天空时，可

选择背景为远山的目标作为零方向。另外，零方向的相位差影响要小。

第三，视线超越或旁离障碍物较远，不易受水平折光影响，视线最好从觇标的两橹

柱中间通过。

（2）方向观测法的误差

利用方向观测法进行观测时，限差的类型如下：

1)半测回归零差；

2)2C互差；

3)上、下半测回同一方向的方向值之差；

4)各测回的方向差。

5.4.2.3 测量机器人监测外业实施

测量机器人动态监测分东、西两侧进行。

东侧：将TS30测量机器人安置在东侧的监测基准点E4上，基准点E1上安置棱镜

作为后视点。钢结构的2个监测点C5和C6、核心筒的2个监测点C1和C2布设棱镜，

采用多测回的方法实施观测。监测周期从早上8点始至下午7点止，每隔15分钟进行1

期监测，每期监测共测量3个测回。并在封闭时间段内，采用跟踪测量的方法连续观测。

西侧：将TS30测量机器人安置在西侧的监测基准点W2上，基准点W1上安置棱镜

作为后视点。钢结构的2个监测点C3和C4，核心筒的2个监测点C7和C8布设棱镜，

采用多测回的方法实施观测。监测周期从早上8点始至下午7点止，每隔15分钟进行1

期监测，每期监测共测量3个测回。并在封闭时间段内，采用跟踪测量的方法连续观测。

测量机器人进行外业测量时，内业数据进行实时传输和处理，如图5-14所示。在

进行监测时，根据仪器的观测周期，同时还要进行温度的测量，并进行记录，如图5-15

所示。

37

第5章 超高层建筑动态变形监测

图5-14 测量机器人周期监测示意图 图5-15 温度测量

5.4.3 GPS动态监测

5.4.3.1 监测仪器

长沙北辰新河三角洲A1项目办公楼的变形观测采用仪器为Trimble R8 GNSS系统，

如图5-16所示。Trimble R8 GNSS采用最新型的R-跟踪技术，能够提供可靠精确的定

位能力。在GNSS测量受到挑战的区域，例如，浓密的树蓬或有限的天空视线，R-跟踪

技术可提供优异的GNSS卫星信号跟踪性能。Trimble R8 GNSS接收机把最全面综合的特

性与灵活的整合系统结合起来，可满足多种测量应用的需要。

图5-16 Trimble R8 GNSS系统

5.4.3.2 GPS的特点

（1）测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，

其相对定位精度可达1X10，在大于1000km的基线上可达1X10。

-6-8

（2）测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，

38

第5章 超高层建筑动态变形监测

使得选点工作更加灵活方便。

（3）观测时间短。进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对

定位仅需几秒钟。

（4）仪器操作简便。观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接

收机即可进行自动观测和记录。

（5）全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连

续进行观测，一般不受天气状况的影响。

（6）提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可

满足四等精密水准的要求。

（7）功能多、应用广。GPS不仅可用于测量，导航、变形监测，还可用于测速，测

时。测速精度可达0.1m/s，测时精度可达几十毫微秒，其应用领域还在不断扩大。

5.4.3.3 GPS的定位原理

GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数的时间信息，用户接收

到这信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。

5.4.3.4 GPS监测外业实施

GPS动态监测的基准点及参考点分别选取对角线上的两个控制点E4和W2，以及核

心筒上的C1-C4 共6个测点同时安置GPS进行连续动态观测，如图5-17所示。

图5-17 监测点（左）和基准点（右）GPS观测示意图

对外业记录的数据进行整理，例如GPS开机关机时间、观测时段、仪器高以及观测

的温度风速数据等，以及一些简单的处理，具体的数据处理在整个项目观测完之后。

本实验由于GPS固定支架制作的不合理，及在监测过程中受到施工机械的振动影响，

未取得很好的监测数据。

5.4.4 摄影测量动态监测

5.4.4.1 监测仪器

（1）相机

本次实验选择的相机是佳能5D Mark II，如图5-18,它是佳能公司推出的一款强劲

39

第5章 超高层建筑动态变形监测

单反，具有2110万有效像素，配备了最新的第四代处理引擎DIGIC Ⅳ。性能绝佳，广

受业界推崇。

图5-18 佳能5D Mark II

（2） 镜头

实验选择的镜头佳能EF 800mm f/5.6L IS USM，如图5-19，是一款超长焦远摄定

焦镜头，能够满足专业摄影师对超远距离平拍摄具有更长焦距的高性能定焦镜头的需

求。

图5-19 佳能EF 800mm f/5.6L IS USM

在满足视场大小的要求上，尽量选择焦距更大的镜头，使图像更加清晰。基于本次

实验对象为高达240米的高层建筑物，建筑物周围被圈定，只能选取较远距离的地方（约

250米）作为拍摄位置，根据计算（表5-3）得知800mm长焦镜头符合我们的实验要求。

镜头(mm) 距离（m） 水平视场大小(m) 竖直视场大小(m)

400 36.1 24.4

600 28 18.7

800 18 11.6

表5-3 镜头参数表

400

5.4.4.2 近景摄测量在变形监测中的应用概况

传统的地面摄影测量技术在变形监测中的应用虽然起步较早，但是由于摄影距离不

能过远，加上绝对精度较低，使得其应用受到局限，过去仅大量应用于高塔、烟筒、古

建筑、船闸、边坡体等的变形监测。尽管从原理上讲，常规摄影测量可用于各种目的的

测绘，但由于存在：① 设备过于专业化、价格昂贵；②所需工作环境在工程中往往难

以满足，如地下空区测量既难于设置摄站，又不易布设物方控制；③ 数据处理技术复

杂；④ 数据处理周期长、信息反馈慢等原因，因而该法难于推广。近几年发展起来的

数字摄影测量和实时摄影测量为地面摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非

常广泛的前景。

40

第5章 超高层建筑动态变形监测

近景摄影测量是通过摄影测量的方法，对近距离目标确定其外形、形态和几何位置

的技术。近景摄影测量是非接触量测手段，不触及被测物体，信息容量高，信息易存储

和更新，并且精度高，速度快。随着数码相机技术的发展和应用，数字近景摄影测量已

经成为必然趋势，它是一种基于数字信息和数字影像技术的数据获取手段。近十年来，

近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡及高层建筑变形监测等方面得到了广泛应用, 其

监测精度可达到mm 级。它具有以下特性：①可在瞬间精确记录下被摄物体的信息，即

可得到瞬间的点位关系，这是其它方法所不能办到的。视作业的目的不同，作业方法有

较大的灵活性；②像片信息丰富，显示能力客观，适用于测量规则或不规则的物体的外

形；③在具有同步装置的条件下可对动态目标进行测量；④适于对不可接触物体的测量，

如电弧、燃烧、爆炸等；⑤对控制点的布设及精度要求较高，但与传统的大地测量相比，

可大大减少外业工作；⑥像片可长期保存，有利于检查，分析及对比。

近景摄影测量较之其他三维测量手段有如下一些优点：

1) 它是一种间接获取被测物体大量物理信息和几何信息的测量手段。作为信息载

体的像片或影像拥有被测目标最大的信息（可重复使用的信息，容易存储的信息），特

别适用于测量点众多的目标。

2) 它是一种非接触性量测手段，不伤及量测目标，不干扰被测物的自然状态，可

在恶劣条件下（如水下、放射性强、有毒缺氧以及噪音）作业。

3) 它是一种适合与动态物体外形和运动状态测定的手段，是一种适用于微观世界

和较远目标的测量手段。

4) 它是一种基于严谨的理论和现代的硬软件，可提供相当高精度的测量手段。测

量精度随处理方法和技术手段以及资金投入大小不同而有所变化，可提供千分之一至百

万分之一的相对精度。

5) 可提供基于三维空间坐标的各种产品，包括各类数据、图形、图像、数字表面

模型以及三维动态序列影像等。

正是由于摄影测量具有以上一些优点，所以常被应用在某些变形监控量测之中，如

隧道内空收敛变形监测、桥梁裂缝监测等等。运用摄影测量技术时，只需在野外对被测

物体进行拍摄后，在室内对所摄相片进行处理就能得到被测目标的二维或三维坐标信

息，再通过对比不同时期相同测点的坐标变化，就能得到目标的变形情况，从而求得变

形量。用摄影测量方法进行变形观测具有如下有优点：

1）近景摄影测量可在瞬间精确记录下被摄物体的任意点的变形信息，即可得到瞬

间的点位关系。这是其他方法所不能办到的。外业时间短，劳动强度小，视作业的目的

不同，作业方法有较大的灵活性；

2）像片信息丰富， 显示能力客观， 能提供完全和瞬时的三维空间信息；

3）在具有同步装置的条件下可对动态目标进行测量；

4）可以不需要接触被测物体；

41

第5章 超高层建筑动态变形监测

5）对控制点的布设及精度要求较高， 但与传统的大地测量相比， 可大大减少外

业工作量；

6）像片可长期保存，有利于检查，分析及对比。

5.4.4.3 应用摄影测量方法对超高层建筑变形监测原理与方法

应用摄影测量方法对超高层建筑进行变形监测，对外业得到的数码照片进行后处理

过程中，结合上述理论知识，一般要进行以下几步：

一、影像内定向。像对经过畸变差改正后，一般以四个角点作为其框标值，在一般

的空三软件中，内定向自动完成。通过畸变改正之后，像主点位置基本在（0，0），不

必进行主点改正。无论是空三软件还是数据字摄影测量工作站中，影像在处理之前必须

对期进行量测，即重采样。因为后处理中，无法将相机参数实时代入对影像进行修正。

非量测量相机获取的数字影像，像素排列整齐，将四个角点作为其框标所在，在后续的

处理中精度比较高。

二、相对定向。内定向完成以后，可根据生成的金字塔影像，在相邻像片之前对同

名点进行搜索，匹配，最后构建自由网。一般情况下，对于表面于坦，纹理丰富的地物，

自动相对定向都能完成。

三、绝对定向。通过相对定向后的立体像对所构成的模型，比例尺是不确定的，因

此需要根据已知的地面控制点确定模型在地面坐标系中的正确位置和比例尺，把待定点

的摄测坐标转换为地面摄影测量坐标。

四、光束法平差。光束法平差的数学模型是共线条件方程式，平差单元是单个光束，

每幅影像的像点坐标为原始观值，通过各个光束在空间的旋转和平移使同名光线最佳地

交会，并最佳地纳入到地面控制系统中去。

五、前方交会得出各地面点坐标。经过以上各步后，可以运用前方交会的理论，直

接交会出各像片点对应的实际地面点坐标。

5.4.4.4 摄影测量监测的外业实施

1、标志点的选取与布设

（1）标志点的选取

在数据采集的过程中需要布置一些人工标志，这些人工标志或者是用作控制点或者

是用作待测目标点。其实人工标志的广泛使用是近景摄影测量的一个特点。一方面，人

工标志可以保证或提高测量精度和可靠性；另一方面，与航空摄影测量相比较，大量人

工标志的布设并不是一件困难的事。在本次实验中，拍摄对象为楼体，为了在软件里量

测楼上我们所需要的一些点的坐标值等信息，必须在目标点上布设标志点。本实验选择

了Leica 棱镜作为标志点，布置在楼上，如图5-20所示：

42

第5章 超高层建筑动态变形监测

图5-20 实验用人工标志

（2）标志点的布设

根据变形监测任务，分别在目标建筑物顶楼以及下面一层的东侧和西侧一共布置了

8个标志点，通过获取标志点的坐标值以用来监测楼体的平面位移。具体的布置，如图

5-21、5-22、5-23所示。

图5-21 东侧标志点 图5-22 西侧标志点

图5-23 平面图

相机位置及摄影现场的情况如图5-24、图5-25。

43

第5章 超高层建筑动态变形监测

图5-24 相机架设在E3控制点上 图5-25 相机架设在E2控制点上

2、拍照时间及外业设计

本次实验的目的是监测目标建筑物的变形，这个变形主要是由温度和风载的因素引

起。课题组通过变形原因的分析，制定了早上太阳未出之前开始拍摄，到下午太阳落山、

温度稳定之后停止的实验方案，以满足此次实验的要求。具体的过程如下：

在楼顶以及楼顶下面一层一共布置了8个监测点，从楼的一侧可以看见4个点，分

别从两侧监测这8个点。拍摄时间安排为2天，第1天从楼的东侧进行拍摄，包含4个

监测点；第2天在楼的西侧进行拍摄，包含另外4个监测点。

第1天，两台相机分别使用三脚架固定在E2、E3点，在楼的东面同时对楼顶目标

点进行拍摄，从早上7点开始，每隔15分钟，拍摄一次，一次拍摄3张影像，一直到

下午7点结束。期间不得移动或碰触三脚架，避免是相机位置发生移动。三脚架配备

360°旋转的云台，以便瞄准拍摄目标，并固定，使一天拍摄的照片角度基本一致。为

了避免按下快门时使相机的位置发生变化，此次试验还专门配备了快门线。

综合以上方法，基本保证了相机的位置不发生变化，保证摄影测量的要求。

另外，课题组还配备了秒表和对讲机，每隔15分钟拍摄的时候通过对讲机互相通

知，保证每次拍摄同步进行。拍照结束后进行量测相机的高度，并使用全站仪测出E2、

E3点的距离。

第2天，相机架设在W1、W2点，重复第一天的过程。

44

第5章 超高层建筑动态变形监测

5.4.5 气象因素的测量

5.4.5.1 结构风环境监测

结构风环境监测包括风速风向监测和风压监测。监测结构沿高度方向的风速风向和

风压，可以掌握结构沿高度方向的风剖面，建立脉动风速谱，掌握振源特性。布置风速

风向仪监测风速风向，布置风压传感器监测结构受风面的风压。

风速风向仪安装：安装3个。2个风速风向仪安装在建筑顶部（对角线位置，例如

东北角和西南角），进行脉动风速、平均风速和风向的测量；1个风速仪安装在结构体

100-200m距离内的10-20m高度处设置风速仪，进行平均风速的测量（与超高层建筑顶

部风速做比对）

风压传感器安装：楼层顶部侧立面的玻璃幕墙外表面，四个侧立面位置共布置8个

风压传感器；其接线详图见图5-26。

图5-26 风压传感器接线图

数据分析：风速风向仪可进行实时数据采集，能够自动检测风速、风向信号并输入

主机进行微机处理；通过配套软件生成风速变化曲线。

需要注意：

（1）注意超高层研究对象周围是否密集分布大量高层与超高层建筑，这些因素会

使得超高层研究对象周边的近地风特性异常复杂，是一个值得关注的研究问题。

（2）在风速仪的安装设计中要考虑结构顶层女儿墙等遮挡物对风速实测工作的影

响。若大楼顶部有女儿墙，建议将其安装在离女儿墙竖向距离约2m处。

（3）是否要考虑高空防雷电的需要，建议将风速仪安装在大楼顶端的避雷针杆中

上部。

（4）本课题所分析的实测样本可取自有效风向内平均风速较大的时段内的风速样

45

第5章 超高层建筑动态变形监测

本作为研究对象。

5.4.5.2 日照温差测量

通常日照温差测量是以大气温度为依据，大气温度以现场测量的数据为准。在变形

监测的同时监测结构的温度变化，采用红外测温仪在监测点所在结构体的向阳面和背阳

面测定温度；测量间隔≯60min，测量精度±0.2℃。

5.4.5.3 气象因素的测量实施

由于施工进度的限制，本工程并没有根据方案成功安装风速风向仪安和风压传感

器。为保证采集本次监测的气象因素，课题组利用简易风速仪进行测量，如图5-27所

示。根据仪器的测量周期，平均每15min测量一次，记录当时的气温、风速等气象参数。

图5-27气象元素测量示意图

如图5-28所示，整理的气象数据示意图：

图5-28气象元素数据整理的示意图

5.4.6 监测结果的总结分析

长沙北辰新河三角洲A1项目办公楼的动态变形监测，分别采用了测量机器人、高

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第5章 超高层建筑动态变形监测

频GPS和摄影测量技术3种变形监测技术。对于此三种技术的应用效果总结如下：

（1）全自动机器人测量

1）技术优点

全自动机器人测量精度高，保证测量精度要求；采用全自动测量，节省大量人力；

操作简便，数据储存、处理快捷；自动检校，保证测量结果准确性。

2）监测技术与方法

在距楼体较远、通视性好的位置建立基准站，视野开阔、背景无遮挡位置设立后视

站，采用强制对中保证点位精度。每日在基准站架设仪器，后视站架设棱镜，定位完成

后进行全自动观测。为保证监测数据的可比性，监测时间设定为早6点至晚8点，监测

间隔为15分钟一次。每日数据采用专业软件进行处理分析，得出一天内观测点变化曲

线，掌握楼体变化趋势。

3）监测成果分析

从整体看，核心筒上的观测点变化量小于外围钢结构，说明核心筒的结构的稳定性

强于外围的钢结构；观测点的位移变化量随着时间的变化，呈现如下趋势：整体曾现正

弦曲线变化，从早晨到中午，随着温度的上升，变形量逐渐的加大，并在下午14:00左

右出现峰值，接着随着温度的下降，变形量逐渐减小趋于零，观测点返回到原先的位置；

通过不同日期之间数据分析发现受风力、温度情况影响时，位移变化与温度、风速成正

比。

图5-29 3月15日各监测点位移变化量

47

第5章 超高层建筑动态变形监测

图5-30 3月20日各监测点位移变化量

图5-31 3月22日温度与位移变化曲线

（2）GPS监测

1）技术优点：

测站间不需要通视；定位精度高；全天候作业；操作简便；观测时间短；提供三维

坐标。

2）监测技术与方法：

在进行调研工作期间，在E1、E4、W3、W4处架设基准站，在C1、C2、C3、C4锚固

螺栓上架设移动站，实时采集顶部变形数据。数据采集完成后，根据变形监测GPS专用

软件Trimble T4D进行数据处理。数据后处理主要分为三个步骤：○1Trimble Business

Center软件结算监测点和基准点坐标；○2Convert To RINEX软件进行数据格式转换；○3

Trimble T4D软件进行变形分析，TBC软件监测点和基准点坐标结算。

3）监测成果分析

如表5-4所示，根据连续多天观测数据处理分析，将每日不同观测结果进行比对分

析，可以得到以下结论：楼体变形基本是一个循环变形，即每日的总变形基本为零；每

日楼体最大变形量相差不大，在受大风、高温影响时变形量明显；数据受现场施工影响

48

第5章 超高层建筑动态变形监测

明显，每日均可发现数据明显异常点。

表5-4

点名 方向 变形量范围（m） 总变形量（m）

X 0.01～-0.01 -0.01

C001 Y 0.01～-0.01 -0.015

H 0.02～-0.04 -0.01

X 0.015～-0.016 0

C002 Y 0.01～-0.01 0.008

H 0.05～-0.005 0.012

X 0.02～-0.003 0.005

C003 Y 0.016～-0.005 0

H 0.02～-0.02 -0.001

X 0.015～-0.02 0.02

C004 Y 0.012～-0.002 -0.008

H 0.02～-0.02 0.002

（3）近景摄影测量

1）技术优点：

近景摄影测量可在瞬间精确记录下被摄物体的任意点的变形信息，即可得到瞬间的

点位关系；外业时间短，劳动强度小，视作业的目的不同，作业方法有较大的灵活性；

像片信息丰富，显示能力客观，能提供完全和瞬时的三维空间信息；在具有同步装置的

条件下可对动态目标进行测量；可以不需要接触被测物体；对控制点的布设及精度要求

较高，但与传统的大地测量相比，可大大减少外业工作量；像片可长期保存，有利于检

查，分析及对比。

2）监测技术与方法：

每日在楼体一侧控制点上架设两台高精度摄像镜头，同步对监测点进行拍摄，期间

不得移动或碰触三脚架，使用专门的快门线，保证相机的位置不发生变化，保证监测精

度。连续多日对同一侧楼体进行摄影观测，通过不同时间的监测图像处理分析超高层挠

度变形。

3）监测成果分析

根据多日观测结果变化情况，楼体整体变形量不大，顶端变形量在30mm左右，且

变形具有明显的规律性。在实际拍摄过程中，拍摄照片的质量直接影响到内业的处理，

受风力及空气可见度影响明显，在天气情况较恶劣时成果精度较差。

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第5章 超高层建筑动态变形监测

图5-32 3月15日各监测点X坐标变化情况

图5-33 3月15日各监测点Y坐标变化情况

（4）三种技术对比

三种技术的优缺点如表5-5所示：

表5-5

仪器 优点 缺点

测量机器人 的人为因素，可以实现实时监测，数据采安全防护等外界条件影响较大。

目标识别、照准、测角与测距、目标跟踪、在施工单位尚未普及，仪器操作、数

记录，全部自动化，可以消除测量误差中据采集的专业性较强，成本较高。受

集、传输数字化。适合于建筑物外廓或内

部目标的测量。

测量精度高，数据采集、传输数字化，全仅适合在建筑物的顶端进行测量，无

天候作业，操作简便。测站间不受通视条法用于建筑物外廓或内部目标的测高频GPS

件限制，测量精度不受测站距离的影响。 量。测量时间相对较长（最快15分钟）。

在后期的数据处理中，需要在拍摄的测站间不受通视条件限制，可以消除测量

照片中找到棱镜的棱镜中心，工作量误差中的人为因素，由于望远镜的放大倍

非常的大，且在棱镜中的选择是误差数较大很容易找到观测目标。

较大。

摄影测量技术

50

结 论

结 论

通过长沙A1区办公楼超高层建筑测量技术的研究，在施工控制测量方面，成功总

结了超高层建筑高精度控制测量的方法；在竖向传递测量方面，采取选择日照变形量最

小的时机进行投测（择时）、对投测时的气象条件有所限制（择机）、逐步缩短激光铅直

仪的投测高度（趋近）等措施，解决了超高层建筑测量技术的关键难题；在细部施工测

量方面，根据实践研究总结出来既简单又实用的细部测量方法；在动态变形监测方面，

通过测量机器人、高频GPS、摄影测量三种技术手段，对建筑物进行了实时监测和数据

分析，提前预知了建筑物的变形状况，采取修正措施，实现按实际情况一次测设，减少

返工的可能性。

超高层建筑施工测量技术的研究对超高层建筑施工技术本身的发展有积极的推动

作用，也对国内的施工方法和施工理念起到了推进和改革的作用。通过该技术的应用研

究，为工程项目和企业储备了科技创新人才，为同类大型建筑项目的施工测量控制提供

了宝贵的经验，具有显著的技术经济效益和社会效益。

本人所在单位刚刚步入300m以下的超高层建筑施工的行列，对超高层建筑施工测

量技术的应用研究还处于初级阶段，尚无相关的经验，故还存在某些不足之处。特别是

在超高层动态变形监测技术研究中，方案制定还不够完善，虽然采取了多种技术手段，

但只停留在方法的摸索和探讨中，未获得一套全面完整的数据。今后我们汲取本工程的

经验，不断完善测量施工方案，将在我单位承建的宁波绿地中心、上海SK大厦、国锐

工程等超高层建筑中，继续开展相关的超高层建筑测量技术的研究，总结出更有指导性

的结论，为同类超高层建筑提供宝贵的借鉴。

51

参考文献

参考文献

[1]叶军.重庆超高层建筑消防安全及火灾预防措施分析[J].工程建设标准化,2014(9).

[2]陈新光,夏禹铖.关于超高层建筑热能研究和思考[J].科学发展,2013(12):98-101.

[3]王德君,李广臣.论高层建筑施工技术的关键要点分析[J]建筑工程技术与设

计,2014(10).

[4]胡玉银.第五讲:超高层建筑施工测量[J].建筑施工,2007,11:25.

[5]马涛.关于高层建筑测量控制的探讨[J].建筑工程技术与设计,2015(4).

[6]张小明.超高层建筑施工测量[J].企业文化:中,2012(11):97-98.

[7]陈曦,崔琛.高层建筑物的变形观测分析[J].河南科技:上半月,2014(11):166-167.

[8]周得洋.合肥光源升级改造工程高程控制网建立与精度评定[D].合肥工业大

学,2013:

[9]赵希超.浅谈全站仪在高层建筑测量中的应用[J].价值工程,2010,29(33):293.

[10]谢巍.大跨度钢桁架结构分段吊装技术研究与应用[D].重庆大学,2008:

[11]王军,张宏杰,白小军,等.超高层建筑测量技术研究[J].甘肃科技,2012,14:45.

[12]张文光,曹贺宗.超高层建筑钢结构安装精确测量技术[J].福建建

筑,2013(12):66-68.

[13]肖兴良.高层建筑施工测量技术的方法普及[J].今传媒,2010(10):175-176.

[14]杨国创,郭玉章,刘德福.联合测量法在高层建筑施工测量中的应用[J].科技创新导

报,2014(5):49.

[15]称艺铭.三维控制在超高层钢结构施工测量的关键技术[J].电脑知识与技

术,2014(9).

[16]李建军.建筑物施工过程中测量方法的探究[J].山西建筑,2012,38(17):249-250.

[17]马昕,高元仕,高华杰,等.中国国际贸易中心三期A阶段钢结构测量技术[J].建筑科

技情报,2011(4):3-7.

[18]罗志才,陈永奇.GPS用于监测高层建筑物动态特征的模拟研究[J].武汉测绘科技大

学学报,2000,25(2):100-104.

[19]顾明,王凤元.用测力天平技术研究超高层建筑的动态风载[J].同济大学学报:自然

科学版,1999,27(3):259-263.

[20]何伟球,陈学伟,韩小雷.基于风洞试验的超高层建筑结构风振时程分析[J].广东土

木与建筑,2009,9(2):14-16.

[21]罗振宇等.计入风重耦合效应超高层建筑风振响应计算方法[J].振动与冲

击,2015,34(11):178-182.

[22]周建龙,闫锋.超高层结构竖向变形及差异问题分析与处理[J][J].建筑结

构,2007,37(5):100-103.

[23]赖鸿立.某超高层建筑的竖向温度效应分析[J].山西建筑,2007,27:75-76.

[24]冯启磊.天津市泰安道五号院超高层混合结构竖向变形差研究[D].天津大学,2012:

[25]JGJ8-2007建筑变形测量规范 [S], 2007.

[26]DZ/T 0034-1992. 光电测距高程导线测量规范 [S],1992

[27]GB 50026-2007 工程测量规范[S],2007

[28]GB/T 12898-2009 国家三、四等水准测量规范[S],2009

[29]GB/T 12897-2006 国家一、二等水准测量规范 [S],2006

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致 谢

致 谢

光阴荏苒，硕士研究生的学习即将结束，三年的学习生活使我受益匪浅。经历大半年

时间的磨砺，硕士毕业论文终于完稿，回首大半年来收集、整理、思索、停滞、修改直至

最终完成的过程，我得到了许多人的关怀和帮助，现在要向他们表达我最诚挚的谢意。

首先，我要深深感谢我的校内导师王晏民教授，王教授为人谦和，平易近人，在论文

的选题，搜集资料和写作阶段，王教授都倾注了极大的关怀和鼓励。在论文的写作过程中，

每当我有所疑问，王教授虽身体不好都会不厌其烦地指点我。他严谨的治学之风和对事业

的孜孜追求将影响和激励我的一生，他对我的关心和教诲我将永远铭记。借此机会，我谨

向王晏民教授致以深深地谢意。

其次，我还要感谢我的校外导师徐伟师傅。由于本研究课题是结合了我单位承建的工

程项目进行开展研究，在技术应用研究过程中徐师傅总会耐心地给我讲解工程的技术要领

和注意要点，协调项目管理部门确保技术应用试验的顺利开展。他敬业爱岗、言传身教的

精神将使我终生受益。

同时我还要感谢罗德安、邱冬炜、丁克良、黄鹤、张瑞菊等老师，他们在我论文编写

过程中给予我宝贵的建议和指导；也感谢这三年来与我互勉互励的诸位同学，在各位同学

的共同努力之下，我们始终拥有一个积极向上的学习氛围，能在这样一个团队中度过，是

我极大的荣幸。

最后，我要感谢参与我论文评审和答辩的各位老师，他们给了我一个审视几年来学习

成果的机会，让我能够明确今后的发展方向，他们对我的帮助是一笔无价的财富。我将在

今后的工作中、学习中加倍努力，希望通过自己的奋斗和努力能够取得更多成果来回报他

们，回报社会。再次感谢他们，祝他们一生幸福，安康！

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