专利名称：超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高层建筑钢结构的测量领域，且特别涉及一种超高建筑平 面测量控制网竖向传递与分#殳系统。
背景技术：
位于上海市浦东陆家嘴金融贸易区Z4-1街区(世纪大道100号)的上海环 球金融中心，基地面积约30,000平方米，建筑占地面积约14,400平方米，总建 筑面积约381,600平方米。是一幢以办公为主，集商贸、宾馆、观光、会议等功 能于一体的综合性大厦。主楼地上101层，总高度492米，是目前国内第二高 楼，也是世界第二高楼，人能到达高度为世界第一高楼。裙房地上5层。主楼 和裙房地下均为3层。主楼主体结构采用型钢混凝土组合结构和钢结构，其中 第91层及以上为全钢结构。核心筒外周边框架钢结构构件有巨型长柱(一般为 三倍层高、长10M左右)、带状桁架、巨型斜撑、伸臂桁架、周边小柱和楼层钢 梁等。核心筒内有钢柱、钢梁、钢桁架及转换桁架等。顶部为观光天桥和幕墙 支撑等全钢结构。最厚钢板为100mm,部分复杂接点采用铸钢件，总用钢量约 6.7万p屯。本工程主楼101层、492米高，测量平面控制网和高程的垂直向上传 递如果距离太长，测站转换太少，会出现激光光斑大，而且易漂移，难以对中 等问题，会明显影响测量精度。反之，如果向上传递距离太短，测站转换太多， 则测量累积误差就会较大；楼层结构中有巨型斜撑、伸臂桁架、带状桁架等使 测量通视困难，且高空架设仪器和接收装置也比较困难；随着楼层的增多，筒 体和框架收敛，建筑平面形状和几何尺寸有四次大的变化，造成超高空测量平 面控制网的变化，增加了超高空测量工作的难度和复杂性；高度超高，侧向刚 度小，超高空测量控制网的稳定性较差；超高空测量工作量大、作业条件差等 等，因此，如何科学合理地建立一套稳定可靠的测量平面控制网，如何科学合 理地确定测量平面控制网和高程分段垂直向上传递的高度，选择什么样的高精
3度仪器，如何科学合理地选择测量精度高、可操作性强的测量方法等等，就成 了本工程测量工作需要解决的重点难题。
目前国内外施工测量中对于首级控制网和测量平面控制网建立等技术已相
对较完善和成熟。但在测量平面控制网和高程垂直向上传递；有效克服作业环 境、日照变形、焊接变形等对测量精度的影响以及GPS技术应用于施工测量等 方面还处在进一步探索、发展、完善过程中。在以往的一般高层建筑和高耸结 构体的施工测量中，为了做到测量精度高、满足施工进度需要、保证施工质量， 在测量平面控制网垂直向上传递方面较多采用"外控法"或"内控法"，或内控 法与外控法相结合的"综合法"，并采取一定的辅助措施。具体讲，比如有的 项目采用Wild zl天顶垂准仪作垂直测量，用Wild t2经炜仪(附弯管目镜)作垂 直检查，如上海东方明珠电视塔等；有的项目在对型钢柱检测调整时，采用 导线测量及外控与内控相结合方法，建立测量平面控制网、采用附合水准路线 建立高程控制网、以及在轴线延长线上设置控制点，用两台经炜仪分别架设在 引出的轴线上，结合水准仪对型钢柱进行测量校正，如国家体育馆等；有的 项目在施工测量中全部采用坐标定位，对钢结构安装进行跟踪测量及校正，如 35层、高150M的北京中关村金融中心等；有的项目采用综合法向上传递测量 平面网控制点，并分别在两支测量队伍的各自测量及闭合复检的基础上，又进 行总体测量复核，再加上核心筒和框架压缩变形监测网的建立，使整幢大楼的 测量、监测体系形成一个强大的测量控制网，如上海金茂大厦等。在施工测 量中应用GPS技术方面，国外有应用GPS技术监测高层建筑的位移、动力影响 以及纵横向角度的，但未发现应用GPS技术监测超高层建筑垂直度的案例。国 内有在172.6M高的厦门建行大厦工程上应用GPS技术复测其垂直度总偏差值 土50mm;在121.3M高的重庆大学主楼工程上应用GPS技术复测其垂直度总 偏差值s 土50mm等的案例，但这些建筑物均较低，垂直度偏差值也均较大。对 于101层、492米高而且变平面的超高层建筑，其超高空测量平面控制网如何设 计，测量平面控制网和高程垂直向上传递如何分段，采用什么方法，如何解决 高空测量通视，采用什么样预控措施来最大限度地克服超高空风力、湿度、温 差、日照等环境以及焊接变形等等对测量精度的影响，没有找到可以直接应用 的施工测量技术与经验，需要我们结合本工程的实际情况进行研究和解决。
实用新型内容
本实用新型提出一种超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，其能 够有效地对高层建筑的钢结构进^f于测量。
为了达到上述目的，本实用新型提出一种超高建筑平面测量控制网竖向传
递与分段系统，应用于高层钢结构测量领域，其包括第l-57层测量平面控制 网单元，第57-78层测量平面控制网单元，第78-96层测量平面控制网单元和第 96-101层测量平面控制网单元，所述四个测量平面控制网单元由平面控制网基 准点位中转层竖向传递布设。
进一步的，该系统的第1-95层测量平面控制网单元包括核心筒内网单元和 核心筒外网单元，两者通过门洞进行联测。
进一步的，所述第57-78层测量平面控制网单元包括核心筒墙体结构的转换 层和凹型的转换街架，其中核心筒结构为向内收缩凹进的墙体结构，且筒体内 钢结构安装高度低于核心筒体施工高度。
进一步的，所述第78-96层测量平面控制网单元用于建立控制网以及内筒控 制点，其中内筒控制点为矩形，第1-101层的控制网都为矩形。
进一步的，所述第96-101层测量平面控制网单元通过天顶准直法引测闭合 控制点，并通过转角测距方法作用为引测后的闭合控制网点检查。
进一步的，该系统包括坐标转换单元，用于将工程所在的大地坐标转换为 施工坐标。
进一步的，该系统包括外控法传递单元和内控法传递单元，用于竖向传递 '测量平面控制网。
进一步的，该系统包括全站高程仪测量单元和吊钢尺结合水准仪测量单元， 用于对高程引测的结果进行附合水准测量并调整偏差，以确保高程竖向传递的 准确性和精度。
本实用新型提出的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，通过平 面控制网基准点位中转层竖向传递布设多个测量平面控制网单元，能够有效地 对高层建筑的钢结构进行测量，满足了钢结构工程施工验收规范和工程测量规 范规定的允许偏差要求，测量工作紧密配合施工而不单独占用工期。本实用新型提出的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，进行了高精度的地面 控制网布置，根据工程体型复杂、平面多变等特点，研究设计了适应结构变化 的测量平面控制网，既满足了测量工作的需要，又提高了测量效率。
图1所示为本实用新型较佳实施例中一级测量控制网平面图。
图2所示为本实用新型较佳实施例中二级测量控制网平面图。 图3所示为本实用新型较佳实施例中第一测量控制网平面图。 图4所示为本实用新型较佳实施例中第二测量控制网平面图。 图5所示为本实用新型较佳实施例中第三测量控制网平面图。 图6所示为本实用新型较佳实施例中第四测量控制网平面图。 图7所示为本实用新型较佳实施例中测量平面控制网基准点位中转层竖向 传递示意图。
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明
本实用新型提出一种超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，其能 够有效地对高层建筑的钢结构进行测量。
本实用新型提出一种超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，应用
于高层钢结构测量领域，其包括第l-57层测量平面控制网单元，第57-78层 测量平面控制网单元，第78-96层测量平面控制网单元和第96-101层测量平面 控制网单元，所述四个测量平面控制网单元由平面控制网基准点位中转层竖向 传递布设。
其中，该系统的第l-95层测量平面控制网单元包括核心筒内网单元和核心 筒外网单元，两者通过门洞进行联测。所述第57-78层测量平面控制网单元包括 核心筒墙体结构的转换层和凹型的转换街架，其中核心筒结构为向内收缩凹进 的墙体结构，且筒体内钢结构安装高度低于核心筒体施工高度。所述第78-96 层测量平面控制网单元用于建立控制网以及内筒控制点，其中内筒控制点为矩形，第1-101层的控制网都为矩形。所述第96-101层测量平面控制网单元通过 天顶准直法引测闭合控制点，并通过转角测距方法作为引测后的闭合控制网点 检查。该系统包括坐标转换单元，用于将工程所在的大地坐标转换为施工坐标。 该系统包括外控法传递单元和内控法传递单元，用于竖向传递测量平面控制网。 该系统包括全站高程仪测量单元和吊钢尺结合水准仪测量单元，用于对高程引 测的结果进行附合水准测量并调整偏差，以确保高程竖向传递的准确性和精度。
请参考图1，图1所示为本实用新型较佳实施例中一级测量控制网平面图。 首先对业主提供的场外控制点及相关资料进行一级测量平面控制网布设，并对 控制点Gl和G2原始数据进行复测。然后，根据业主提供的原始基准点Gl和 G2及现场周边环境，另增设4点，其中第5号(HQ-5)及6号(HQ-6)点作 为建立二级测量平面控制网的起算依据。经与相关各方协商，原始基准点G2作 为测站点，Gl作为方向点进行一级测量平面控制网的起算依据。
再请参考图2,图2所示为本实用新型较佳实施例中二级测量控制网平面图。 二级平面控制网以HQ-5和HQ-6控制点为依据，也为方^f更三级网的布设及施工 区域内能直接引测，在场区内选取周边永久建筑物顶部及地面视野良好等稳固 区域布设HQ-7、 HQ-8、 HQ-9三点，与原HQ-5、 HQ-6两点形成闭合二级测量 平面控制网。二级测量平面控制网测量成果见下表(已转换为城市坐标)
点 号控制点本次测量成果备注
HQ-5X(m)170.639控制点
Y(m)3521.925HQ-6X(m)58.254控制点
Y(m)3503.069HQ陽7X(m)200.574
Y(m)3484.297
HQ-8X(m)226.059
Y(m)3367.899
HQ-9X(m)-73.365
Y(m)3462.336
本工程主楼楼层平面形状和几何尺寸是随着主楼高度增加而变化的，即从
7地面的正方形变为六边形，至顶部又变为长方形。具体讲是从第23层开始，东 南角与西北角逐渐沿C2轴对称向内收敛，楼面尺寸由最初的57600mmx 57600mm正方形结构，减少至最终的4371mm x 73339mm东北-西南顶部长方形 结构桁架；核心筒结构形式也相应在第57F~60F、第78F-79F以及第90F发生 了重大变化，由此改变了结构受力体系，导致了楼层钢梁布置的无序性，使基 础底板和首层平面上的测量控制网无法一直沿用到顶层。不得不使主楼楼层测 量平面控制网的点位位置随主楼高度增加而作相应的调整。我们可根据主楼楼 层平面形状和几何尺寸的变化，将楼层测量平面控制网作分别设计如下(控制 网平面图方向均为左北-右南、上东-下西)
请参考图3，图3所示为本实用新型较佳实施例中第一测量控制网平面图。 具体为第l-57层测量平面控制网
为满足主楼地上部分钢结构安装需要，在主楼± 0.000楼板砼浇筑完后，从 二级控制网引测形成三级控制网。分别在核心筒内和核心筒外建立两套平面控 制网，各设4个控制点。A点、B点、C点、D点组成核心筒内网，并在网内对 角点方向1203mm处i殳辅助点；E点、F点、G点、H点组成核心筒外网，作为 第1 57层钢结构安装中垂直方向轴线传递的依据。且两套控制网之间可以通过 门洞进行联测，以确保平面控制点的测量准确性。
再请参考图4，图4所示为本实用新型较佳实施例中第二测量控制网平面图。 具体为第57 78层测量平面控制网
主楼内筒第57-61层作为本工程核心筒墙体结构的转换层，在东南和西北 角内侧增加凹型的转换桁架，核心筒变为向内收缩凹进的墙体结构，且筒体内 钢结构安装高度低于核心筒体施工高度，下部引测到第57层的原有控制网点位 位置必须作调整，A点向西距Y9轴450mm, B点向南距X9轴450mm, C点向 东距Y9轴450mm， D点向北距X9轴450mm，垂直方向距离核心墙面均为 300mm,才能满足第57~78层钢结构安装轴线测放的需要。
再请参考闺5,图5所示为本实用新型较佳实施例中第三测量控制网平面图。 具体为第78~96层测量平面控制网
从第79层开始楼层平面和结构再次改变，内筒Dl, D3轴线的混凝土墙体 改为了钢桁架；外框东南、西北角钢柱继续向东北、西南角倾斜；内筒外框钢
8结构同步安装，土建紧跟在钢结构安装后施工。使得第78层以下的测量控制网 已不能满足78~96层钢结构安装需要，必须重新建立控制网，即外框控制点为A， 点、B，点、C，点、D，点；内筒控制点为矩形E点、F点、G点、H点。A，、 B，、 C，、 D，四点为通视闭合的矩形控制网。
再请参考图6,图6所示为本实用新型较佳实施例中第四测量控制网平面图。 具体为第96~101层测量平面控制网
第96层以上楼层平面逐渐向Dl, D3轴靠拢，外围位置已无法布设控制点， 且中部空洞两边钢柱结构安装要与中间胎架安装同步进行，控制点须保证胎架 结构的安装精度，并又要便于胎架结构的测量校正。我们把从下方引测到第96 层的A，、 B，、 C，、 D，四个控制点，通过转角测距方法引测出新的闭合的E、 F、 G、 H四个控制点，其中E、 H两点位于Cl轴，朝D2轴方向分别距D3、 Dl 轴各975mm; F、 G两点位于C3轴，朝D2轴方向分别距D3、 Dl轴各975mm, 作为第96~101层钢结构轴线测放和校正的依据。
对于该系统的坐标转换单元来说，可对原始基准控制点Gl、 G2坐标系统 转换
为保证测量控制系统的统一性，且方便施工现场对钢柱偏差方向等的大量 计算，我们可将工程所在的大地坐标系下的数据转换成为以主楼轴线X17、 Y l交点为原点，Yl方向为O度方向的施工坐标系。转换完成后，在该施工坐 标系中主楼处在第一象限，测量数据无负值，而且用Y1方向为0度后，大量钢 柱等校正处于0度与90度垂直方向，其余少量核心筒钢构件则处于该坐标系45 度转角方向，同时楼体构件收缩方向也处于0度方向，既便于在实际作业时简 化测量计算，又明显^t是高测量效率。
由大地坐标系到施工测量坐标系的数据转换可借助计算机软件(AutoCAD 图形编辑)，将图形移动至需要的测量坐标系中，捕捉点位坐标数据；也可以通 过坐标转换公式在Microsoft Excel中转换或者通过计算机编程进行转换。其正 反转换公式如下
X= (XO-a) * COS a + (Y0曙b) * SIN oc XO=X*COSoc -Y*SINoc +aY= (YO画b) *COScc画(XO-a) * SINa YO=X*SINa +Y*COSa +b 式中-.
a __ 转换旋转角度
a、 b -- 平移量
XO 、 YO —— 大地坐标系下的坐标凄t据 X、 Y —— 施工坐标系下的坐标勒:据
Gl、 G2转换后数据如下表
点 号大地坐标系下坐标 数据平移量转换旋 转角度转换后施工坐标系下 坐标数据x0Y0botXY
Gl174.0293565.39197.8613395.1926.92855.082178.144
G23.5533579.76997.8613395.1926.928-115.883171.854
然后依据业主提供的场外高程控制点Gl、 G2,引测到场内稳固位置建立测 量标高基准点。
再请参考图7,图7所示为本实用新型较佳实施例中测量平面控制网基准点 位中转层竖向传递示意图。
本工程主楼101层，492米高。主楼地上部分第1 4层钢柱为3层一节，而 第5 6层各为一节柱，直到第6层才出现本工程主楼第一道圏梁。我们因地制 宜，采用"外控法"，将全站高程仪架设于二级控制网控制点点位，直接向上将 控制点传递至第2~6层中任一 目标层上，作为该目标层轴线测放和对钢柱就位、 校正的依据。本工程采用外控法中，仰角小于30度，测量精度较高，操作也方 便。外控法是在建筑物(构筑物)外部，采用经绵仪，才艮据建筑物轴线控制桩 位来进行轴线的垂直向上投测的一种方法。另外利用全站高程仪坐标采集及放 样功能将轴线基准点测放到目标层的方法属于外控法的衍生方法。由于竖向导 线传递角度应小于30度，所以外控法一般仅适用于总高度较低的建筑物。
本工程第7层及以上，由于层数太多，高度太高，场地又小，故采用内控 法垂直向上传递测量平面控制网。由于本工程带状街架为每隔12层设一道，再 综合考虑所用激光铅直仪本身传递距离对测量精度的限制，决定400M以下每隔10层左右建立一个测量平面控制基准点位中转层。内控法是在超高层建筑基础 底板或中间转换(站)层上建立测量平面控制网，并在上方目标层上需投测点
相应位置预留200mm x 200mm的传递孔，应用垂准线原理进4于测量平面控制网 竖向投测，将测量平面控制网垂直向上投测到任一目标层上，用作该目标层轴 线测放的依据。内控法分吊线坠法和垂准仪法。垂准仪法又分为天顶准直法和 天底准直法。天顶准直法是一种采用垂准仪将控制点向天顶方向进行垂直向上 投测的方法。
为了尽可能保证测量平面控制网垂直向上传递的精度，减少累积误差，同 时保证传递时光斑满足操作要求。在第41层以下作为测量平面控制基准点位中 转层的第IOF、第20F、第30F以及第41F,都是从±0.000首层测量平面控制 网垂直向上传递而来。第50F的测量平面控制网从第41F传递形成，以满足57-61 层核心筒转换结构安装的测量需要。
根据施工进度，核心筒墙内钢结构安装早于土建施工，核心筒内钢梁安装 则又滞后于土建施工，此时核心筒内控制点之间仍相互通视。为了保证核心筒 墙内及筒内钢结构安装，又方便筒外钢柱的测量校正，充分利用门洞口架设仪 器，后将第50层测量控制网传递到第61层，作平面控制网基准点位中转层。 该层为转换结构完成楼层，既保证了平面控制网的稳定性，又能满足上部结构 施工需要。第61层以上测量平面控制网的基准点位中转层根据结构平面的变化， 分别设立在第71层、79层、91层及96层，其测量平面控制网均从下一平面控 制网基准点位中转层传递布设。测量平面控制网基准点位中转层传递具体路线 见图22。
平面控制网基准点位中转层之内的楼层测量控制网的垂直向上传递每隔 3-4层进行一次，均从本区段起始中转层测量平面控制网竖向传递布设，既可兼 顾本工程主楼钢柱长约3层一节的分段形式，又可满足目标层上中下共三层的 轴线测放及钢结构安装测量需要。如第71层以上施工，由第71层中转层传 递测量控制网到第74层再进行轴线测放，即可满足73F、 74F、 75F的测量作业； 第77层测量控制网仍从第71层中转基准层向上传递，既有效减小了累积误差， 又满足了施工需要。
对于高程控制与传递，超高层建筑施工垂直测量中，高程传递的主要方法有上下垂直拉钢尺量测、吊钢尺结合水准仪测量、采用全站高程仪测量等三种 方式。由于本工程多工序交叉作业多，又要提前插入装修、幕墙安装的工序， 所以上下垂直拉钢尺的方法无法采用。全站高程仪测量具有精度高，累积误差 小的优点。吊钢尺结合水准仪测量的方法具有操作简便，又可以随楼层的升高 随时进行传递，能及时有效地保证施工过程中众多复杂标高正确快速向上传递， 而且可多条线路同时传递，既方4更又能互相检核等优点。
我们根据采用全站高程仪和吊钢尺结合水准仪测量高程的优点，考虑到全
站高程仪测距太长对精度的影响及本工程垂直通视条件限制；考虑到吊挂钢尺 受到50米尺长度的限制。所以我们是采用全站高程仪测量方法，从土0.000楼 层面开始，垂直向上，每隔IO层左右传递一次高程控制基准点位层。对于高程 控制基准点位层之间每一 目标层高程的引测，我们是采用吊挂钢尺结合水准仪 的方法实施的。对于目标层高程引测的结果再进行附合水准测量并调整偏差， 以确保高程竖向传递的准确性和精度。
综上所述，本实用新型提出的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系 统，通过平面控制网基准点位中转层竖向传递布设多个测量平面控制网单元， 能够有效地对高层建筑的钢结构进行测量，满足了钢结构工程施工验收规范和 工程测量规范规定的允许偏差要求，测量工作紧密配合施工而不单独占用工期。 本实用新型提出的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，进行了高精 度的地面控制网布置，根据工程体型复杂、平面多变等特点，研究设计了适应 结构变化的测量平面控制网，既满足了测量工作的需要，又提高了测量效率。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。 本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范 围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求 书所界定者为准。
1权利要求1.一种超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，应用于高层钢结构测量领域，其特征在于包括第1-57层测量平面控制网单元，第57-78层测量平面控制网单元，第78-96层测量平面控制网单元和第96-101层测量平面控制网单元，所述四个测量平面控制网单元由平面控制网基准点位中转层竖向传递布设。
2. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于该系统的第1-95层测量平面控制网包括核心筒内网单元和核心筒外 网单元，两者通过门洞进行联测。
3. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于所述第57-78层测量平面控制网单元包括核心筒墙体结构的转换层 和凹型的转换桁架，其中核心筒结构为向内收缩凹进的墙体结构，且筒体内钢 结构安装高度低于核心筒体施工高度。
4. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于所述第78-96层测量平面控制网单元用于建立控制网以及内筒控制 点，其中内筒控制点为矩形，第1-101层的控制网都为矩形。
5. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于所述第96-101层测量平面控制网单元通过天顶准直法引测闭合控制 点，并通过转角测距方法作用为引测后的闭合控制网点检查。
6. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于该系统包括坐标转换单元，用于将工程所在的大地坐标转换为施工 坐标。
7. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于该系统包括外控法传递单元和内控法传递单元，用于竖向传递测量 平面控制网。
8. 根据权利要求1所述的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统， 其特征在于该系统包括全站高程仪测量单元和吊钢尺结合水准仪测量单元，用 于对高程引测的结果进行附合水准测量并调整偏差，以确保高程竖向传递的准 确性和精度。
专利摘要本实用新型提出一种超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，应用于高层钢结构测量领域，其包括第1-57层测量平面控制网单元，第57-78层测量平面控制网单元，第78-96层测量平面控制网单元和第96-101层测量平面控制网单元，所述四个测量平面控制网单元由平面控制网基准点位中转层竖向传递布设。本实用新型提出的超高建筑平面测量控制网竖向传递与分段系统，进行了高精度的地面控制网布置，根据工程体型复杂、平面多变等特点，研究设计了适应结构变化的测量平面控制网，既满足了测量工作的需要，又提高了测量效率。
文档编号G01C15/02GK201327389SQ200820157129
公开日2009年10月14日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者刘廷明, 璇 吉, 晋 张, 林 张, 方庆法, 强 李, 新 栗, 陆土根 申请人:上海建浩工程顾问有限公司