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　　摘要：当今建筑业高层建筑呈发展趋势，在其施工过程中和投入使用初期，由于荷载的不断变化以及外力的影响，会引起建筑物下沉，当建筑物各部分不均匀沉降时，会使建筑物产生倾斜、位移、裂缝等，因此，在施工和使用期间加强变形监测过程控制措施是十分必要的。本文首先分析了建筑物发生变形的类型及原因，然后对变形监测进行了概述，最后阐述了工程变形监测的主要方法和实施过程。

　　关键词：工程测量,变形监测,全站仪,GPS,检测频率

　　一、建筑物发生变形的类型及原因

　　（一）建筑物变形的类型

　　建筑物变形分静态变形和动态变形两种。前者指其变形值是关于时间的函数；后者是在外力作用下产生的变形，其变形值是以外力的函数来表示的动态系统对于某一时刻的变形，其观测结果表示建筑物在某一时刻的瞬时变形。例如：我们在爆破某一建筑物时，对周围建筑物在爆破瞬间产生的变形即为动态变形，而在爆破之后的某一段时间内的变形则属于静态变形。两种类型相互作用，共同影响。

　　（二）建筑物发生变形的原因

　　1、自然条件及其变化而引起建筑物变形

　　建筑物地基的工程地质条件、水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度等因素引起建筑物变形。如：由于基础的地质条件不同，引起建筑物各个部分不均匀沉降，而使其发生倾斜、位移、裂缝等变形；或由于地基本身的塑性变形也会引起建筑物不均匀沉降；同时由于温度与地下水位的季节性和周期性变化引起建筑物的规律性变形。

　　2、建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载（如风力大小、振动强弱）等引起建筑物变形。要减弱这方面影响，往往通过优化设计方案来实现。

　　3、由于建筑物施工或使用期间一些工作做得不合理，或由于周围环境影响而产生的变形。例如：在高大建筑物周围进行深基坑开挖，就会对其原有建筑物产生影响。以上引起变形的因素是相互联系、相互作用的，对建筑物往往是共同作用的，只是不同时间段，不同因素的作用强弱不同而已。

　　二、建筑物变形监测概述

　　（一）变形监测的基本概念

　　变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。

　　受各种因素影响，所有的建筑物在从施工至倒塌（拆除）的过程中，都会产生变形，而这种变形是三维的。为保证建筑物在施工、管理及科学研究提供可靠的资料，在建筑物施工和运行期间，需要对建筑物的稳定性进行观测，这种观测称为建筑物变形监测。

　　（二）变形监测的目的

　　变形监测的首要目的是要掌握建筑物的实际性状，科学、准确、及时的分析和预报水利工程建筑物的变形状况，对水利工程建筑物的施工和运营管理极为重要。变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，它是一项跨学科的研究，并正向边缘学科的方向发展。

　　（三）建筑物变形监测的内容

　　主要包括基础的沉降观测与建筑物本身的变形观测。就其基础而言，主要观测内容是建筑物的均匀沉降与不均匀沉降。对于建筑物本身来说，则主要是观测倾斜与裂缝。对于高层建筑物，还应对其动态变形进行观测。

　　三、工程变形监测的主要方法

　　（一）地面监测方法

　　1、前方交会(方向前方交会、距离前方交会、边角前方交会)、后方交会(测边后方交会、三点极坐标后方交会)、极坐标法应用于大坝下游坝面上的观测点以及拱坝的观测。传统的极坐标法、方向交会法等测得点位精度较高。

　　2、视准线法(小角法、活动觇牌法)应用于测定建筑物的水平位移。

　　3、几何水准测量、三角高程测量应用于垂直位移，沉降与回弹监测。

　　（二）基于全站仪的变形监测

　　全站仪变形监测以其自动化、高精度、三维监测的技术优势，在变形监测中得到了普遍应用。全站仪正在向全能型和智能化方向发展。带马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量过程的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动搜寻观测目标，在很短的时问内完成一目标点的观测，并可以对多个目标作持续和重复观测。测量机器人与测量数据处理分析软件系统相结合完全可以实现变形监测的自动化。测量机器人作为多传感器集成系统在人工智能方面的进一步发展，使其在建筑物变形监测中必将得到进一步应用。

　　（三）基于GPS的变形监测

　　GPS的应用是测量技术的项革命性变革。具有定位精度高、连续性、实时性、提供三维坐标、全天候作业等优点。尤其是实时动态测量技术(RTK)是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。实时地计算并显示出用户站的三维坐标。GPS与计算机技术、数据通讯技术及空间分析技术进行集成，实现了从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，以实现远程在线网络实时监控。

　　（四）基于数字摄影测量的变形监测

　　摄影测量作为一种遥感式数据采集方法，可用于各种目的的测量，以前，由于存在设备专业化，价格昂贵，所需工作环境的限制、数据处理技术复杂，处理周期长，信息反馈慢等原因难以推广。近年来，随着计算机技术的飞速发展，摄影测量已经进入了数字摄影测量时代。被摄物体的数字影像的获取变得越来越容易。利用数字影像处理技术和数字影像匹配技术获得同名像点的坐标，就可以计算出对应物点的空间坐标。整个处理过程是由计算机完成的，因此也称为“计算机视觉的摄影测量”。

　　四、工程测量变形监测的实施过程

　　（一）变形监测流程图

　　工程测量变形监测流程图

　　（二）变形监测的基本流程

　　1、变形观测点的布设

　　变形观测结果的准确性以及其数据能否正确反映出建筑物的实际变形，与其变形观测点布设是否合理、全面有直接关系。下面以沉降观测点的布设为例：

　　每个工程应当在施工作业范围外至少埋设三个水准点，并确保不受施工影响。每次在进行沉降观测前，须检验水准点的稳定性，只有稳定的水准点方可作为沉降观测的基准点。沉降观测点的布设应遵循以下原则：

　　（1）通常在建筑物的四角点、中点、转角处等能反映变形特征和变形明显的部位布设沉降观测点，点间距一般为10～20mm。

　　（2）对于设有后浇带及施工缝的建筑物，还应在其两侧布设沉降观测点；

　　（3）对于新建建筑物与原有建筑物的连接处，应在其两侧的承重墙或支柱上布设沉降观测点；

　　（4）对于一些大型工业厂房，除按上述原则布设沉降观测点外，还应在大型设备四周的承重墙或支柱上布设沉降观测点。

　　2、外业数据采集

　　沉降变形监测采用水准测量的方法，多次重复测定埋设在大楼上的沉降监测点相对于基准点的高差随时间的变化量。数据采集包括对基准点和监测点的埋设、保护和观测。

　　3、内业数据处理、预测和监测报告

　　欲使变形观测真正反映工程施工和使用过程的变形情况，确保安全施工和充分发挥工程效益的作用，除了取得现场观测的第一手资料外，还必须对观测资料进行整理与分析，并编制变形分析报告。

　　一是观测资料的整理，编制各种数据表格和绘制变形曲线，便于直观反映，具体内容有：校核各项原始记录，检查每次变形观测值计算是否有误；对各种变形值按时间逐点编写观测数据表；计算绝对沉降值、平均沉降值、平均沉降速度、倾斜度、垂直位移、水平位移等；绘制观测点变形过程曲线和建筑物变形分布图。

　　二是利用变形分布图，结合观测过程中的各种因素对观测结果进行分析，总结出建筑物变形过程、变形规律、变形幅度、变形原因，并找出变形值与引起变形的内在因素和规律。

　　4、变形监测的频率

　　变形监测的频率或次数取决于变形值的大小，变形速度快慢和观测目的。通常要求监测的次数既能反映出变化过程，又不遗漏变化的时刻，在施工过程中，待埋设的观测点稳定后进行第一次全面监测，以后对于高层建筑物每增加一层应监测一次，直至稳定。其他建筑物监测的总次数不少于五次。竣工后的监测频率一般为第一年每季度监测一次；第二年，每半年监测一次，以后每年监测一次。当遇到特殊情况时，还应进行临时紧急监测。值得注意的是，在整个变形监测期间要按时、按规定、按设计要求进行，以便取得完整可靠的第一手原始资料，确保监测精度，并对监测结果进行正确的变形分析。

　　结语

　　综上，变形监测是建筑物竣工验收中的一项重要内容,也是营运过程中的一项重要工作,特别对于高层建筑物及大型工程,必须进行长期的变形监测。而建筑物的变形监测是一门边缘交叉学科,它不仅要求具有一定的测量理论基础,而且还应具备工程地质、水文地质和建筑结构等方面的理论知识,因此,变形监测系统的设计也是一项复杂的工作,需要多个领域综合协调考虑。

　　参考文献

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　　[2]李超.高层建筑的变形监测[J].科技信息，2011.23.

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