不规则异形超高层建筑测量控制方法研究

不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,单位：中建三局第二建设工程有限责任公司小组名称：武汉绿地中心606天路QC小组,发布人：姚路,七、按对策表实施,八、效果检查,十、总结和展望,九、标准化,目录,一、课题概况,二、选择课题,四、设定目标并分析,三、小组概况,五、提出并确定最佳方案,六、制定对策表,一、课题概况,武汉绿地中心工程，建筑面积71万平方米，其主塔楼地上120层，地下6层，地上建筑高度636米，是目前在建的中国第一、世界第二高楼。主塔楼结构形式为：核心筒巨型柱伸臂桁架环带桁架，建筑造型新颖，立面为流线型，平面呈三瓣形，犹如一枚光滑的纺锤。,一、课题概况,主塔楼施工方案确定的施工顺序为：先核心筒竖向结构，再外框，最后内筒水平结构。由于施工不同步，每个部位需要独立进行测量放样，期间测量偏差受环境影响较大，要保证三者之间对接准确，对测量精度提出了很高的要求。,二、选择课题,超高层建筑测量控制一般采用内控法，按高度在建筑物内部设置若干测量控制网中转层。使用铅垂仪将中转层控制网逐级向上引测，然后在中转层进行控制网检查，合格后作为施工测量放样的基准。根据投点仪器的最佳精度射程和施工间隔要求，一般50米高度设置一次中转层，中转层经过多次引测后累计误差会逐渐增大。本工程需要中转12次，同时核心筒内收导致控制点收缩3次，按不利情况计算最大累计偏差可能达到45mm，超过规范要求。,核心筒内收,工程测量精度要求高,常规测量方法偏差大,二、选择课题,如何解决超高层建筑测量控制问题？,二、选择课题,2017年3月7日查阅文献,超高层建筑工程测量控制系统的建立及实施对策（建筑施工，2008年12期）超高层建筑第三方测量关键技术研究（测绘工程，2015年10期）超高层建筑的施工测量及质量控制（科技与生活，2012年006期）,检索词：超高层建筑、测量控制,二、选择课题,查阅文献发现，上海中心、天津117大厦、上海环球金融中心等国内超高层建筑，其核心筒均为规则形状。而本工程主体结构为不规则结构，尤其是核心筒为复杂的异形结构，规范没有异形控制网的规定，也未见国内有不规则异形结构超高层建筑测量控制的做法。,上海中心大厦,天津117大厦,中国尊大厦,上海环球金融中心,武汉绿地中心,武汉绿地中心,核心筒为规则形状,核心筒和外框为不规则异形结构,其它超高层建筑,选题：不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,三、小组概况,本小组获得荣誉,四、设定目标并分析,目标值：1、不规则异形结构测量控制网单次传递偏差2mm，总体偏差20mm；2、不规则曲线部位和错层施工连接部位放样精度5mm。,总体目标：创新不规则异形结构超高层建筑测量控制方法,上海环球金融中心建筑高度492米，在外框和内筒建立两组测量控制网，采用内控法进行测量控制，经GPS检查校核，测量控制网总体偏差控制在20mm以内。本工程为不规则异形结构，测量控制网形式没有先例，规范也没有相关要求，而且结构边长短。测量控制网较上海环球金融中心更加复杂，若选用常规测量控制方法，卫星测量校正，预计控制网总体精度可以控制在20mm以内。,四、设定目标并分析,四、设定目标并分析,本工程施工初期采用常规内控法进行测量控制，使用精度等级1/100000的铅垂仪进行竖向传递，按精度等级二级进行闭合检查，单次竖向传递高度4070米，测量控制网单次传递精度控制在24mm。特殊部位的测量放样采用极坐标法和后方交会法，偏差28mm。我们对测量数据和气候环境数据进行统计分析发现：,1、若建立一组统一的测量控制网，选择合适的高度和气候环境进行竖向传递，提高竖向传递仪器和测量控制网闭合检查的精度等级，测量控制网单次传递精度可以控制在2mm。2、在高质量测量控制网的基础上，根据工程特点选择合适的方法，按标准流程实施，不规则异形部位和错层施工连接部位的测量放样精度可以控制在5mm以内。,活动目标可以实现,控制网设计方案,控制网竖向传递,控制网导线检查,控制网校核,数据处理与分析,特殊部位细部测量方案,控制网测量方案,不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,采用DZJ2型铅垂仪,采用三脚架对中,采用强制对中,采用EZ20型天顶仪,垂准法,闭合导线检查,采用1级全站仪,采用0.5级测量机器人,内部监测法,外部监测法,采用高精度天顶仪,采用高精度全站仪,采用测量机器人,采用GPS卫星测量,采用北斗卫星测量,严密平差法,近似平差法,网形设计,十字形,异形控制网,矩形,极坐标法,不规则曲线部位放样,钢梁安装前在核心筒墙面放线,核心筒墙面预留控制线,后方交会法,第一层备选方案,第二层备选方案,五、提出并确定最佳方案,错层施工对接部位放样,二分法,坐标法,内筒外框分开建立独立控制网,内筒外框建立统一控制网,五、提出并确定最佳方案,试验说明1、将F34层测量控制网竖向传递到F44层转换层和顶模测量平台，分别采用不同方法进行试验。2、在F44层进行不规则曲线部位放样，在F52层进行错层施工对接部位放样。检验标准指标：评定精度和可靠性。,1、在F34层用投点仪器将控制点竖向传递至F44层,4、将F44层控制点传递至顶模平台进行卫星测量校核,6、在F52层进行错层施工对接部位放样,试验地点主塔楼F34层、F44层、F52层、顶模平台,2、在F44层激光靶接收控制点,5、在F44层进行不规则曲线部位放样,3、在F44层进行控制网闭合导线检查,控制网设计方案,控制网竖向传递,控制网导线检查,控制网校核,数据处理与分析,特殊部位细部测量方案,控制网测量方案,不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,采用DZJ2型铅垂仪,采用EZ20型天顶仪,垂准法,闭合导线检查,采用1级全站仪,采用0.5级测量机器人,内部监测法,外部监测法,严密平差法,近似平差法,网形设计,十字形,异形控制网,矩形,极坐标法,不规则曲线部位放样,钢梁安装前在核心筒墙面放线,核心筒墙面预留控制线,后方交会法,第一层备选方案,五、提出并确定最佳方案,错层施工对接部位放样,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.15,五、提出并确定最佳方案,工程测量规范（GB50026-2007）要求，建筑物施工平面控制网，应根据建筑物的设计形式和特点，布设成十字轴线或矩形控制网。,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.17,五、提出并确定最佳方案,DZJ2型铅垂仪,EZ20型天顶仪,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.16,五、提出并确定最佳方案,测量精度和数据稳定性要求作为比选重点,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.17,五、提出并确定最佳方案,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.17,五、提出并确定最佳方案,内部校核法,外部校核法,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.20,五、提出并确定最佳方案,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.20,近似平差法,严密平差法,平差精度作为比选重点,试验地点：采用两种方法对闭合导线检查数据进行平差计算，两种方法的平差坐标与卫星测量校核数据进行对比，评定平差方法是否满足测量要求。,五、提出并确定最佳方案,试验地点：F44层一段方法：分别运用极坐标法和后方交会法进行相同不规则曲线楼板结构放样，放样20个曲线控制点检查标准：抽取两个控制点，检查两种方法放样的曲线控制点间距，评定放样精度，并记录完成时间,放样区域,主要评定指标,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.22,五、提出并确定最佳方案,试验地点：F52层外框方法：核心筒施工放样时预留控制轴线，钢梁安装前在核心筒钢梁预埋件位置放样2条控制轴线。检查标准：1、检查核心筒施工预留控制轴线、钢梁安装前放样控制轴线和预埋件中心最大偏差；2、操作完成时间、操作安全环境,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.22,控制网设计方案,控制网竖向传递,控制网导线检查,控制网校核,数据处理与分析,特殊部位细部测量方案,控制网测量方案,不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,采用EZ20型天顶仪,垂准法,闭合导线检查,采用0.5级测量机器人,外部监测法,严密平差法,网形设计,异形控制网,极坐标法,不规则曲线部位放样,错层施工对接部位放样,核心筒墙面预留控制线,五、提出并确定最佳方案,通过分析、试验和论证，我们确定最佳方案为：,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.22,控制网设计方案,控制网竖向传递,控制网导线检查,控制网校核,数据处理与分析,特殊部位细部测量方案,控制网测量方案,不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,采用三脚架对中,采用强制对中,采用EZ20型天顶仪,垂准法,闭合导线检查,采用0.5级测量机器人,外部监测法,采用高精度全站仪,采用测量机器人,采用GPS卫星测量,采用北斗卫星测量,严密平差法,网形设计,异形控制网,极坐标法,不规则曲线部位放样,核心筒墙面预留控制线,第二层备选方案,五、提出并确定最佳方案,错层施工对接部位放样,二分法,坐标法,内筒外框分开建立独立控制网,内筒外框建立统一控制网,五、提出并确定最佳方案,异形控制网方案比选,在F34层按两种方案建立了3组测量控制网，使用相同测量设备和方法进行闭合导线检查和测量放样，评定精度，其余比选依据根据闭合导线检查数据判定。,比选重点依据,五、提出并确定最佳方案,测量对中方案的比选,五、提出并确定最佳方案,由于测量校核需要在超高层建筑顶部进行，受地域气候条件影响和空间限制，光电测量仪器测量精度和适应性受较大影响，不能满足规范要求。GPS和北斗卫星测量技术不受外界环境干扰，精度符合规范要求，可靠性较高。GPS卫星测量技术已经在上海中心等国内超高层建筑中广泛应用，缺少创新性。我们选择了我国自主研发的、在建筑施工领域尚未使用的北斗卫星测量技术进行控制网校核。,控制网校核方案的比选,五、提出并确定最佳方案,在F44层一施工段部位选取了一段5米长不规则曲线，为保证曲线顺滑，按0.2米一个特征点放样。量取端头控制点到任意特征点距离，与理论值比较判定两种方案的精度，同时记录两种方案的完成时间。,不规则曲线部位放样方案的比选,五、提出并确定最佳方案,试验结果,两种方法的精度都满足规范要求，二分法简单易操作，工效较高，我们选取二分法。,控制网设计方案,控制网竖向传递,控制网导线检查,控制网校核,数据处理与分析,特殊部位细部测量方案,控制网测量方案,不规则异形结构超高层建筑测量控制方法研究,采用强制对中,采用EZ20型天顶仪,垂准法,闭合导线检查,采用0.5级测量机器人,外部监测法,采用北斗卫星测量,严密平差法,网形设计,异形控制网,极坐标法,不规则曲线放样,错层施工对接部位放样,核心筒墙面预留控制线,五、提出并确定最佳方案,二分法,内筒外框建立统一控制网,五、提出并确定最佳方案,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.25,六、制定对策,针对选定的方案制定相应对策，并绘制了对策表：,制图人：林财荣审核：程然日期：2017.03.28,七、对策实施,实施一：控制网设计,步骤1：查阅图纸和规范后，我们发现钢结构桁架精度要求最高，通过计算控制网等级为精度二级。为保证竖向投点的准确性，按就高原则确定控制网等级为精度一级。,步骤2：根据结构特征将现场划分为16块区域，每个区域至少有1个控制点可以通视。,步骤3：现场踏勘选取大致点位，进行控制网强度验算。步骤4：优化控制网结构，并进行碰撞检查，避开墙梁柱构件，确定了12个控制点构成测量控制网。,图中绿色区域为控制网覆盖区域，空白处未覆盖，需要进行二次转点放样,实施效果：测量控制网覆盖率97%（目标值95%），达到目标值,七、对策实施,实施二：竖向投点,在待建立测量控制网的44层安装测量平台。该平台由项目自主创新开发，可周转使用。平台安装有强制对中装置，对中精度可达0.2mm，有效减少了仪器架设的对中误差。操作简单，只需将仪器在平台固定后调平即可。,1、44层测量平台安装固定,七、对策实施,实施二：竖向投点,2、控制点竖向投测,在F34层测量平台安置好天顶仪后，将测量控制点投射至F44层,在F44层靶标上接收激光点并进行标记,每测回投射4个点，投测2测回，取其中心点，将强制对中盘对准投测的控制点后加固对中盘。,实施效果：竖向投测控制点12个，对中偏差0.2mm，两测回最大偏差2mm,达到目标值,七、对策实施,实施三：控制网检查,步骤1：竖向投点完成后，将测量机器人和照准棱镜在测量平台精确调平。步骤2：在测量机器人中输入前后视坐标，测量机器人自动化检查异形控制网闭合导线，自动数据记录。,七、对策实施,实施三：控制网检查,手抄留档检查记录,检查数据平差及精度评定,F44和F34坐标对比（单次传递精度）,最大偏差值,实施效果：异形测量控制网单次传递最大偏差2mm（目标值:2mm）,达到目标值,七、对策实施,步骤1：在地面基准点(D001/D005/D006)和顶模卫星测量平台(BD02/BD04/BD06/BD08/BD10)安装北斗卫星测量接收机。,实施四：北斗卫星测量,七、对策实施,步骤2：所有卫星接收机同步开关机，记录开关机时间，连续同步观测12小时。,实施四：北斗卫星测量,步骤3：观测完成后武汉大学出具观测成果报告。,实施效果：北斗卫星测量校核数据边长中误差1/62500（目标值：1/40000）,实施五：数据处理,七、按对策表实施,测量机器人检查数据传输至计算机进行整理，运用COSA软件进行严密平差计算。,1、测量机器人检查数据处理,实施五：数据处理,七、对策实施,步骤1：北斗卫星数据下载至计算机后，采用HGO软件进行基线解算。步骤2：采用COSA软件进行数据平差。步骤3：对平差坐标进行垂线偏差改正，计算得到控制点最终的校正坐标。,2、北斗卫星校核数据处理,实施五：数据处理,七、对策实施,检查和校核数据成果处理完成后，分别对二者数据进行对比分析，34层至44层测量控制网的竖向传递数据经过对比，测量机器人和北斗卫星测量数据数据吻合，误差在规范允许范围内。,3、检查和校核数据对比分析,实施效果：闭合检查和校核数据最大偏差8mm（目标值：小于20mm）,最大误差,实施六：不规则曲线部位放样,七、对策实施,步骤2：在F44层控制点安置全站仪，照准后视棱镜，输入放样坐标，采用极坐标法每1米放样1个不规则曲线控制点。,步骤3:相邻两个不规则控制点弹墨线后，沿墨线每0.2米按垂直方向量取事先计算好的直线到曲线边距离，做好标记，将标记点连接形成曲线。,曲线控制点,曲线点,步骤1：以深化图为基础，运用CAD提取不规则曲线部位的控制点坐标和二分法距离。,现场检查记录,实施效果：不规则曲线结构最大偏差3mm（目标值：5mm）,达到目标值,实施七：错层施工对接部位放样,七、对策实施,步骤1：核心筒混凝土结构施工测量放样时，在墙体端头部位预留控制轴线，作好标记并记录。步骤2:外框施工时，用核心筒测量放样的控制点进行外框的测量放样。步骤3：错层连接部位施工测量时，复核外框柱和核心筒预埋件定位线。步骤4：控制线的偏差值5mm时，进行核心筒与外框连接部位的施工。,轴线现场检查记录,实施效果：预留控制线的最大偏差4mm（目标值：5mm）,八、效果检查,单位：mm,2017年4月10日小组完成了第一次竖向传递，经过北斗卫星校核数据和闭合导线检查数据对比，总体最大偏差8mm，单次传递偏差2mm，活动目标达成。,2017年4月17日完成了不规则曲线部位和错层施工连接部位放样，精度在5mm以内，活动目标达成。,特殊部位测量放样精度目标对比柱状图：,异形控制网精度目标对比柱状图：,八、效果检查,异形控制网精度目标对比柱状图,单位：mm,巩固期效果：,项目分别于6月中旬、8月上旬完成了44层到55层，55到66层控制网的竖向传