鄭佳榮，崔有禎，桂維振，崔 哲

(1. 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100042； 2. 北京建筑大學(xué)，北京 100044)

建筑物加載過(guò)程中高精度變形監(jiān)測(cè)研究

鄭佳榮1，崔有禎1，桂維振1，崔 哲2

(1. 北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100042； 2. 北京建筑大學(xué)，北京 100044)

采用TM30測(cè)量機(jī)器人對(duì)圖書(shū)加載過(guò)程中筆者所在院校圖書(shū)館進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，對(duì)變形觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差，獲取監(jiān)測(cè)結(jié)果；進(jìn)而根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果繪制變形等值線(xiàn)，表達(dá)出各個(gè)方向的變形量，直觀(guān)表達(dá)危險(xiǎn)變形區(qū)域；最后獲取建筑物加載過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)規(guī)律。在圖書(shū)加載初期，南北方向變形呈不穩(wěn)定S型，而東西方向變形從初期開(kāi)始變形趨于圍繞圖書(shū)加載位置。建筑物長(zhǎng)、寬對(duì)建筑物穩(wěn)定有影響，在建筑物加載位置需要增加承重及在外圍采取防護(hù)措施。該研究對(duì)建筑設(shè)計(jì)有實(shí)際意義。

測(cè)量機(jī)器人；變形監(jiān)測(cè)；自由設(shè)站；等值線(xiàn)

Abstract： In this paper, the TM30 goeorobot is used to monitor the deformation of Beijing Polytechnic College library during the loading of books. The monitoring data are adjusted strictly to obtain the monitoring results. What is more, according to the monitoring results, the deformation contour line is plotted and the deformation in each direction is displayed, therefore, the dangerous deformation area is visually expressed, Finally, the deformation monitoring law during the building loading is obtained. At the early stage of loading, the deformation of the north-south direction is unstable as “S”, while the deformation of the east-west direction tends to be around the loading position of the book. From what has been mentioned above, we can come to the conclusion that the length and width of the building have an impact on the stability of the building, and it is necessary to increase the building load and take protective measures on the periphery, where the building needs to be loaded. The research has practical implications for architectural design.

Keywords： goeorobot；deformation monitoring；free station method；contour line

傳統(tǒng)的精密工程測(cè)量技術(shù)是采用傳統(tǒng)的測(cè)繪測(cè)量?jī)x器設(shè)備和傳統(tǒng)的測(cè)繪測(cè)量方法進(jìn)行的，隨著測(cè)繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可用于精密工程測(cè)量領(lǐng)域的新技術(shù)、新設(shè)備、新方法發(fā)展較快。將測(cè)量機(jī)器人技術(shù)、激光跟蹤技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、攝影測(cè)量技術(shù)和信息化技術(shù)應(yīng)用于精密工程測(cè)量是目前的發(fā)展方向[1]。楊曉玉[2]研究了測(cè)量機(jī)器人在礦區(qū)地表動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用；陳磊[3]基于TS30測(cè)量機(jī)器人開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；王艷茹[4]研究了基于測(cè)量機(jī)器人的地鐵變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；劉紹堂[5]研究了測(cè)量機(jī)器人隧道變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；崔有禎[6]研究了徠卡TM30 測(cè)量機(jī)器人三維測(cè)量在基坑邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用；周保興[7]研究了基于地面三維激光掃描技術(shù)的建筑物整體位移監(jiān)測(cè)；丁盼[8]對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)用于東北地區(qū)高精度變形監(jiān)測(cè)進(jìn)行了研究；李正農(nóng)[9]研究了風(fēng)荷載下高層建筑變形及位移；鄭闊[10]研究了激光跟蹤儀在高支模支護(hù)體系變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

本文進(jìn)行建筑物加載過(guò)程高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究，使用TM30測(cè)量機(jī)器人對(duì)筆者所在院校圖書(shū)館進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，變形監(jiān)測(cè)貫穿項(xiàng)目竣工到圖書(shū)加載投入使用整個(gè)過(guò)程。

1 建筑物加載過(guò)程中變形監(jiān)測(cè)方案

本研究選擇監(jiān)測(cè)圖書(shū)館橫梁，進(jìn)行圖書(shū)加載過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)。采用自由設(shè)站方式，使用測(cè)量機(jī)器人TM30進(jìn)行外業(yè)觀(guān)測(cè)；進(jìn)一步設(shè)計(jì)測(cè)量程序?qū)τ^(guān)測(cè)成果進(jìn)行嚴(yán)密平差，獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)；最后對(duì)各個(gè)觀(guān)測(cè)周期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制x、y、h方向變形等值線(xiàn)，總結(jié)分析建筑物加載過(guò)程中的變形規(guī)律(如圖1所示)。

圖1 建筑物加載過(guò)程中變形監(jiān)測(cè)方案

2 建筑物加載過(guò)程中變形監(jiān)測(cè)

在竣工后的圖書(shū)館地庫(kù)的每個(gè)橫梁布設(shè)2～3個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，總共布設(shè)17個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)(如圖2所示)，每一豎列即一個(gè)橫梁。采用定制棱鏡基座，采用澆筑方式把基座固定在橫梁上，如圖3所示。

圖2 圖書(shū)館變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

圖3 圖書(shū)館變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)棱鏡設(shè)置

采用自由設(shè)站法進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。在6、9、11、8點(diǎn)位中間位置布設(shè)點(diǎn)位，設(shè)站安置測(cè)量機(jī)器人。①在測(cè)量機(jī)器人操作界面新建項(xiàng)目，輸入假定測(cè)站坐標(biāo)(1000,2000,100)，后視1號(hào)棱鏡，設(shè)定方位角(270°)，完成定向；②按監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)順序依次記錄各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀(guān)測(cè)水平角、豎直角和距離，完成儀器的學(xué)習(xí)測(cè)量，制作成模板；③設(shè)置2測(cè)回，開(kāi)始自動(dòng)測(cè)量，完成第1周期；④不移動(dòng)儀器，定向后，調(diào)用模板，設(shè)置2測(cè)回，開(kāi)始自動(dòng)測(cè)量，完成第2周期監(jiān)測(cè)。

基于嚴(yán)密平差開(kāi)發(fā)“伺服全站儀精密監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)”，對(duì)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)平差，獲取各個(gè)監(jiān)測(cè)周期點(diǎn)位相對(duì)坐標(biāo)(如圖4、表1所示)。

圖4 伺服全站儀精密監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

3 建筑加載過(guò)程中變形量等值線(xiàn)分析

以第1期觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，求各期觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)第1期數(shù)據(jù)X、Y、Z方向的變形量，變形量精度達(dá)到0.000 1 mm。以各個(gè)方向變形量微米為單位繪制等值線(xiàn)，分析圖書(shū)加載過(guò)程中的變形規(guī)律。選擇圖2中的1點(diǎn)和2點(diǎn)作為自由設(shè)站參考點(diǎn)，因此，每期觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)都是相對(duì)1、2兩點(diǎn)，變形監(jiān)測(cè)量是相對(duì)數(shù)據(jù)，對(duì)圖書(shū)館監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析是對(duì)整體變形趨勢(shì)分析，而不是某個(gè)點(diǎn)變形絕對(duì)值分析。

3.1 建筑加載過(guò)程中沉降量等值線(xiàn)及沉降變形分析

圖書(shū)館變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)Z方向變形等值線(xiàn)如圖5所示。2015年7月，加載圖書(shū)過(guò)程中，在豎直方向，即Z方向的變形量最大達(dá)到2400 μm，最大沉降區(qū)即圖書(shū)書(shū)架擺放位置，且圍繞該區(qū)域形成不均勻沉降區(qū)，最大最小變形量差達(dá)到2600 μm。隨著時(shí)間推移，沉降趨勢(shì)趨于穩(wěn)定，2016年6月沉降量等值線(xiàn)變疏，不均勻沉降趨勢(shì)趨緩。

3.2 建筑加載過(guò)程中X方向變形量等值線(xiàn)及變形分析

圖書(shū)館變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)X方向變形等值線(xiàn)如圖6所示。加載圖書(shū)過(guò)程中，在南北方向，即X方向的變形量，西部x變形量是負(fù)值，東部X變形量是正值。在圖書(shū)加載初期，在南北方向呈現(xiàn)S型扭曲，向北方向最大變形量2015年11月達(dá)到7400 μm，向南方向最大變形量2015年11月達(dá)到4400 μm。2016年6月，隨著圖書(shū)加載，南北方向變形趨于圍繞圖書(shū)加載位置，變形量減少，整體趨于平衡。

3.3 建筑加載過(guò)程中Y方向變形量等值線(xiàn)及變形分析

圖書(shū)館變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)Y方向變形等值線(xiàn)如圖7所示。加載圖書(shū)過(guò)程中，在東西方向，即Y方向的變形量，西部Y變形量是正值，東部Y變形量是負(fù)值。在圖書(shū)加載過(guò)程中，在東西方向呈現(xiàn)變形趨于圍繞圖書(shū)加載位置，隨著時(shí)間推移，沉降趨勢(shì)趨于穩(wěn)定，2016年6月沉降量等值線(xiàn)變疏，東西方向變形趨緩。

4 結(jié) 論

本文應(yīng)用測(cè)量機(jī)器人對(duì)筆者所在院校圖書(shū)館進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)，變形監(jiān)測(cè)貫穿項(xiàng)目竣工到圖書(shū)加載投入使用整個(gè)過(guò)程，通過(guò)研究分析得出以下結(jié)論：

(1) 通過(guò)研究可以看出，在圖書(shū)館圖書(shū)加載區(qū)東西方向距離達(dá)到40 m，在南北方向距離為10 m，在圖書(shū)加載初期，南北方向變形呈不穩(wěn)定S型，而東西方向變形從初期開(kāi)始變形趨于圍繞圖書(shū)加載位置。因此，建筑物長(zhǎng)、寬對(duì)建筑物穩(wěn)定有影響，在建筑物加載位置需要增加承重及在外圍采取防護(hù)措施。

(2) 應(yīng)用TM30測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行建筑物加載過(guò)程中變形監(jiān)測(cè)滿(mǎn)足精度需求，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理率繪制變形等值線(xiàn)可以直觀(guān)表達(dá)出各個(gè)方向變形量，能夠直觀(guān)表達(dá)危險(xiǎn)變形區(qū)域。

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ResearchonHighPrecisionDeformationMonitoringofBuildingduringLoading

ZHENG Jiarong1，CUI Youzhen1，GUI Weizhen1，CUI Zhe2

(1. Beijing Polytechnic College，Beijing 100042，China; 2. Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China)

P258

A

0494-0911(2017)09-0096-04

鄭佳榮，崔有禎，桂維振，等.建筑物加載過(guò)程中高精度變形監(jiān)測(cè)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(9)：96-99.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0296.

2017-04-06

鄭佳榮(1979—)，女，博士，副教授，主要研究方向?yàn)闇y(cè)繪相關(guān)研究及教學(xué)。E-mail：zhengjrcumtb@sina.com