CCTV主楼异形悬臂空间合龙精密测量技术
彭明祥，张现”，肖南，杨晓毅”，余渊
（1.申国建筑股份有限公司，北京100037；2.中建三局建设工程股份有限公司，湖北武汉430064）
[摘要]CCTV主楼包折2座双向倾斜塔楼，L形悬臂结构从两塔楼标高162.2m姓外揽67.165m和75.165m延伸 至空间合龙，悬挑距高长.精密测量技术是悬臂结构能否顺利合龙的关键.从复杂高层建筑空间悬骨结构施工测了精密CPS测量、自动测量机器人等多项新技术，为工程悬臂构件就位和合龙提供测绘技术支撑和保障.
[中围分类号]TU745.1;TU974 [文取标识码]A
[文章编号】1002-8498（2010）07-0019-05
Precision Measuring ConstructionTechnology on Cantilever Structure Connection in Space in the CCTV Main Building
Peng Mingxiang' Zhang Kun* Xiao Nan' Yang Xiaoyi" Yu Yuan*2. Chins Cosutrartion Third Engineering Bareas Co. Lad. Wahan Habei 430064 Chine) (1. Chine Sue Contretin Enginering Ga. Lal. Brjing 100037 China;
Abstract; The CCTV msin building has two bidireetional inelined tower building L-shape cantilever strueture extends separately 67. 165m and 75. 165m to conneetion in space from elevation 162. 2m of thetwo towers. The on-site precision measuring technique is the emphasis and difficalty of the cantileverstrueture connection. In this article the authors show a series of measuring peocess including measuring scheme desigm precision analysis location oontrol mesuring and cantilever structure connectienmeasuring. During construction some new techniques of GPS snd automatie measuring robots areadopted to assure the location and conneetion for the cantilever structure.
Key words;the CCTV main bailding: cantilever structure; measure; connection; locatiom
1工程概况
筑面积472998m，由裙楼和两座双向倾斜6°的钢结构 （）塔楼以及连接两座塔楼的空间L形钢结构悬臂组成（见图1）.塔楼基础顶面标高-16.5m，稻楼顶部标高194m，塔楼柱底至柱顶水平投影位置偏移36.955m，L形结构悬臂从两塔标高162.2m处外挑67.165m和75.165m延伸至空间合龙.由于构件的定位均需 根据颈调后的三维空间坐标得出，因此，结构测量难度大，精度要求高.
Fig.1 Facade of the CCTV main buildieg 图1CCTV新址主楼外立面示意
2臂测量技术维点
在佣柱和钢梁密集、竖向投测控制点非营固难的情况 1）由于CCTV新址主楼两座塔楼均双向倾斜6°，下，建立高精度工程总控制网，在施工过程中既保证塔楼本身的空间几何彩志准确，又保证两座塔楼的空间
万方数据
相对位置准确，是工程测量的一大堆点.
2）由于悬臂结构从双向倾斜6°的塔楼间在162m的高空延伸面出，宽39.1m、高56m的悬臂钢构件完全精密合龙，建立建筑内部测量控制网并且精确传递到施工作业层，在施工过程中既保证两端悬臂本身的空 间几何形态准确，更保证两端悬臂在平面位置和空间高度的相对位置的精确，是工程测量的另一大难点.
施工过程中已建结构在三维空间不断变位，如何进行 3）由于塔楼塔身频斜和空间悬臂的建筑特点造成施工全过程的结构变形测量并分析变形超势，保证塔合龙创造良好基础，是工程测量的又一大难点. 楼和悬臂结构外形在设计预控范围，进而为空间悬臂
3解决方案
1)利用双频静态CPS在建筑场地内布设6个基点，建立高精度工程总控制网：采用TC2003全站仪按 照一级导线进行测量总控制网检测.
2）利用TC2003全站仪结合精导线测量技术建立建筑内部测量控制网.
3）利用精度1/（20万）的缴光铅直仪结合“测量基准点强制对中装置”（ZL200720173537.3），通过缴光环栅和缴光十字线光斑中心数字化识别技术进行竖 向基准点布设、基准点竖向传递自动接收精密测量.
4）利用TC2003全站仪采用三维坐标测量法进行外概筒监测点平面测量，结合“精密量距专用卡具” （ZL200720173538.8）采用极坐标或距离交会的方法进行结构内部监测点平面坐标测量，通过内外对比、相互验证监测建筑施工变形技术.
精度位移监测悬臂结构合龙过程中安全性变形监测. 5）利用双频动态CPS在主楼顶部实时、动态、高
4双频静态GPS总控制网布设测量技术
4.1总控制网布设
本工程坐标系统采用“北京市地方坐标系统”.总控制网基准点选在通视条件好、便于保存的地方，根据现场实际情况，在建筑场地内布设GP1-CP6共6 个基点组成总控制网（见图2=），理设“强制对中装置”作为总控制网基准点（见图2b）.
4.2精度估算
GPS场区控制网采用双规CPS设备，15s采样率，48h连续观测.快用TrimbleTTC高精度解算软件进行详细解算，点位误差可达到1mm左右.
4.3GPS测量作业
对易于接收GPS信号的GP1、GP2、GP3、GP5、GP6监测基点与现场施工基点K2、K3，采用15s采样率，进行不少于48h的静态观测.根据业主提供的K2、K3 基点数据，结合静态观测得到的蓝测基点与K2、K3的
图2总控制网与基准点Flg.2 Total control setwork and base polnts
平面关系，对监测基点进行归算（坐标转换），使之与施工测量成为相同的体系.
4.3.1CPS测量作业关键点控制
①静态CPS必须选用经检定合格的双频接收机；②使用零相位天线和强制对中装置安置CPS接收机天 线，天线应统一指向北方：③经检查接收机电源电现和天线等各项连接无误，方可开机；④作业中应严格按规定时间进行观测：按收机启动前与作业过程中，应填写测量手薄中的记录项目；每时段开始、结束时，应分 别量测一次天线高，并取其平均值作为天线高，同时观测一次气象；GPS到量数据用TrimbleTTC高精度解算软件结合精密星历进行解算.
4.3.2CPS测量结果
监测基点的测量结果如表1所示，最大误差仅为1.2mm，测量精皮高.
表1GPS测量结果
Table 1The mrasoring results by GPS
点号 坐标/m 点位误垫/mmCP1 305 304. 237 7 509 293. 673 9 1.0 0.7CP2 GP3 305 170. 644 6 305 148. 198 7 509 253. 633 4 509 146. 295 8 L.2 L.2 L.1 1.0GP6 CP5 305 308. 702 2 305 460. 553 2 509 003. 114 8 509 088. 197 6 L1 1.0 0.90.9
4.4总控制网检测
采用TC2003全站仅按照一级导线进行测量，经过长期多次测量，进行数据统计分析，总控制网各控制点是基本稳定的.
5建筑内部控制网测量技术
CCTV主楼在施工过程中处于不稳定状态，设置在建筑物内部的测量控制点也处于一种变化状态.因此，每次进行建筑内部测量前，必须对测量控制点进行 快速、准确的复测.采用精度为5"的高精TC2003全站仪结合精密导线测量技术建立建筑物控制网.
5.1内部控制网布设方案
由于CCTV新址主楼的两座塔楼是独立施工，因件布设导线来建立建筑内部控制网，形成二者统一的控制系统（见图3）.
图3塔楼导线布设示意
5.2精度估算
差传播定理进行糖度分析.全站仅测角精度0.5，测 建筑内部控创网采用全站仅精密导线测量，按误边精度1mm1x10D.角度观测4测回，边长测量4次.CCTV新址主楼1号塔楼内部控制网点位精度如 表2所示.
表21号塔楼内邮控制网点位精度Table 2Precisios ef lnterual control network
美点 1011 i No.1 tower bellding 2011 T1-03 T1-05T1-061.546 1.563 1.196 0.655 0.6241.179点位精度2.025 5 1.308 1.644 2.268 1.637 2.027 1.759 1.633 1.291 1.434 1.295 1.751
5.3内部控制网测量作业关键点控制
5.3.1外业现测
断、稳定的有利观测时间进行.视线距周围障碍物应 1）水平角观测技术角度观测应在目标成像清超过0.5m；观测过程中应注意始终保持照准部水准气泡居中；仅器转动应平稳、匀速，照准目标时，应按规定 方向旋转：在仪器测站点和目标照准点上应使用强制对中装置.
应后再观测；晴天作业时，须用测伞为仅器遮蔽阳光， 2）距离测量技术要求应使仪器与外界疆度相适严禁将照准头对向太阳；作业时应建免其它反光物体位于测线或延长线上；测距时，应暂停无线电通话.
5.3.2内业处理
导线测量采用严出平差程序进行内业处理，2号塔楼内部控制网测量结果显示，最大点位中误差0.90mm，导线全长相对闭合差1/125852，导线整体精 度高于规范要求.
6测量基准点竖向传运精密测量技术
6.1竖向基准点布设方案设计
万方数据
竖向基准点的布设须结合建筑物的平面几何形状一般布置在织、槟轴线的偏1000mm（或500mm）平行 及施工组织设计中施工流水股图的划分进行，控制点线的交点上，每一施工流水段应布设4个点，组成便于进行边长、角度相互校核的几何图形，各施工施水段相 互之间衔接.
CCTV主楼1.2号个竖向控制点，T1-01~ 塔楼内部每栋楼布置6T1-06 T2-01 - T2-06(见图3）.测量人员自主研发了“测量基准点强制 对中装置”（见图4）.减
图4强制对中装置
少了测量误差，提高测Fg.4The mlede equipment量速度.
6.2竖向传递精密测量方法
6.2.1设备选型
数字化识别技术、精度为1/（20万）的缴光铅直仪. CCTV主楼采用缴光环栅和激光十字线光斑中心
6.2.2竖向投测精度分析
选用1/（20万）的激光铅直仪，基准点采用强制对中装置，建筑物高度为H的建筑内部基准点竖向投测 精度分析.
人眼分辨误差m，=0.5mm，单次竖向投测精度：
基准点竖向投测时，激光铅直仪前转0°，90°，180*和270四个方向，接收光靶在4个方向上确定4个点， 取4个点的中心点位置，即相当于4次投射取平均，则竖向投测的精度为：
经计算，CCTV主楼建筑高度234m，基准点竖向投测精度M=±1.27mm
6.2.3分段投测设计
当到达一定高度时，由于塔楼内钢柱、刚渠密集，向上通视困难，再加之董光铅直仪光斑发散面产生光襄中心估读误差会给精度带来一定影响.为减少这种影响，提高竖向传递的准确性，CCTV主楼每个塔楼均 分3段投测传递（见图5）.
6.3基准点竖向投测
6.3.1基准层架设激光铅直仪
在基准层用强制对中装置取代测量控制点，省去了支设脚手架的步骤，提高了工作效率及测量精度.6.3.2激元投射
1）监测条件必须在外界条件许可的情况下进行测量工作，恶劣气候条件下不进行监测工作.
2）监测时间在监测日，测量应基本在相同的时刻进行.当塔楼施工至15层以上时，监测的时网黎明前结束，在2h内结束. 应安排在塔楼处于比较一致的温度下，应从夜间开始
7.2监测点布设方案
7.2.1筏板监测点布置
夜板布置70个监测点，其中30个需要进行平面及高程的变形测量，另外40个监测点仅测量高程变形.
7.2.2参考楼层及屋面监测点布置
图5竖向投测分股示室Fig.5Segmeat of verticalmeasurement
参考楼层及屋面监测点均位于建筑上部，需监测三向位移变化情况，监测点布设于楼层内部，且高于谈楼层面300-500mm
投射，将基准点平面位置竖直投测到施工作业层并用对 激光铅直仅架设好后，打开缴光发射开关进行激光讲机通知作业层人员接收缴光，为提高投测精度，分别在0°，90°，180°和270°4个方向上进行缴光投射.
7.2.3外框筒监测点布置
外框简位移监测点可布设在主体结构的棱边且为斜撑交点部位.安装在上述部位连接的钢管上.
6.3.3作业层接收缴光
7.3建筑施工变形监测作业
基准层投射激光时，作业层人员通过对讲机与基准层人员联系井用数显缴光靶接收缴光.
7.3.1结构内部监测点平面坐标测量
经对极坐标和距离交会两种方法的猫度分析，距部监测点平面坐标测量采用两边交会的测量方法. 离交会的测量方法精度要高于板坐标法，因此结构内
6.3.4测定作业层基准点
将0° 90°，180° 270*四个方向的光数据进行处理，测定四个方向的图形中心，这个中心就是基准点在作业层的平面位置.
为保证距离测量时钢尺稳定，提高距高测量精度，利图6）进行内部结构监测. 用“精密量距专用卡具”（见
6.3.5作业层基准点校核及误差处理
1）同一施工流水段的基准点投测完成后，为保证基准点的准确，应对基准点之间的距离和角度相互关秒.采用钢尺文量相邻基准点之间的距离，或用全站 系进行校核.采用全站仪测量基准点的角度，取值到仅测量相邻基准点之网的距离，取慎到mm，
7.3.2外框简监测点平面测量
图6精密量距专用卡具Flg.6 Tbe special apperetes ssed isprecieien mearure
1）测量方法外框简监测点采用全站仅三维坐标测上，按很坐标法进行测量. 量法，将全站仪架设在测站
2）误差消除、减弱措施固定测量操作人员和测量仪器，减小测量误整：选择施工期间有利的观测时机 进行基准点向上投测，尽量选券在没有混发土浇筑等产生楼板振动的时间进行：剩余误差按照基准点之间距离和角度的权重关系进行分配消除.
2）通视性分析现场同一条被角线上的测点，通过模拟数据中仅器的购角就可以判断出测站与测点是否通视.
7.4数据处理和趋势分析
首先对内、外监测结果进行对比、相互验证，并根趋势分析.经数据处理分析，内、外两种方法得出的变 据内、外监测结果的精皮确定不网的权重比例来进行形趋势基本一致.外框简观测结果的精度总体上要高于内部，在进行变形趋势分析时以外柜监测量结果为主，内部测量结果为辅.
7.1监测技术关题点控制
7.1.1参考楼层测点的监测频次
1）位移测点在设置完成后，按每个参考层钢结构完成吊装、校正、焊接、楼面混凝土施工时的时间向隔进行测盘.
接成为一体时：意臂首次楼面绕筑混裂土完成时； 2）悬臂钢结构安装完成，但悬臂未连接时：悬臂连该阶段施工的监测点都应重新测量读数.
8双频动态GPS实时、动态监测系臂合龙位移安全
CCTV主楼悬臂结构安装过程中，在结构自身及外界环境的影响下构件在三维方向上实时变化.为实现
7.1.2监测条件及时间要求
万方数据
2座塔楼安全合龙，施工阶段必须对结构关键部位进3所示.将观测数据输人专门软件程序进行施工过程
悬臂分离安装、逐步阶梯延伸、空中阶段合龙”的安装 根据结构的体型特征和重量，悬臂安装采用”两塔方齿.面延伸的构件数量与自重的多少，影响到结构位移的控制，也影响到合龙精度.
传统位移监测方法较难实现CCTV主楼悬臂结构环境安全监测，因此采用GPSRTK进行位移监测定位.由于它是利用卫星发射的无线电皱信号进行定位 测量，可以实现实时、高动态、高精度位移测量，解决了CCTV主楼悬臂结构安全性监测难题.
8.1GPSRTK位移监测原理
GPSRTK差分系统是由CPS基准站、CPS监测站和通信系统组成.基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站.监测站接收卫星信号及GPS基准站信息，进行实时差分后可实时测得站点的 三维空间坐标.此结果将送到GPS监控中心.监控中心对接收机的GPS差分信号结果进行大楼的三维位移、姿态扭转计算.
8.2监测点位布置
布置原则：视野开，便于安置仅器和操作，在高度角10*以上无遮挡物和产生多路径反射物：远离大功 率发射源，运离无线电发射源及高压变压器：稳固不易被破损：采用强制对中盘.
在1、2号塔楼屋副结构顶部分别安设2-4个GPS接受机，相对基准点设在现场基准点CP1、GP2 上，进行联测，如图7所示.
图7塔楼顶部GPS测点布设位置Flg.7 Arrangement of GPS polats on the top ef tower bullding
8.3GPS测
精度，在一个点上采样时间超过1min，仅器自动给出 观测每隔1h对数据进行一次采样，为保证数据的平均数，记录现测数据，根据不同时段的数据绘制悬臂结构随时间变化的曲线图.
8.4测试结果
根据CPS测试结果，悬臂随时间的位移变化如表
万方数据
9结语
参考文：
行位移监测，以实时掌控结构的变形趋势和具体量值.时变分析，与设计允许变形数据进行对比，进一步监控悬臂合龙技术施工过程操作是否安全、可靠.
表3不同时股的观测数据Table 3Measure data at different times
目 1 12/14/2007 10 ;00:13 时网 509 128.314 5 305 308. 145 0 东生标 北生标2 12/14/2007 11 ;01 ;59 509 128.315 7 305 308. 146 712/14/2007 13 ;05 :03 12/14/2007 12 ;00 :45 509 128. 317 8 305 308. 147 1 509 128. 319 6 305 308. 146 55 6 12/14/2007 13;57 ;21 12/14/2007 15:01 :21 509 128. 320 4 305 308. 142 2 509 128.319 7 305 308. 143 37 8 12/14/2007 17 :00 :23 12/14/2007 16 ;03 ;17 509 128. 320 2 305 306. 140 6 509 128. 318 7 305 308. 138 79 12/14/2007 18 ;02 ;18 509 128. 316 1305 308. 137 6
量、智能化全站仪等多项新技术在建筑工程测量中的 在CCTV主楼工程测量工作中，结合精密GPS测应用进行了创新，设计了适合于建筑施工复杂环境的工具，快速精确地开展各项测量工作，开发了悬臂合龙实时动态测量技术，为CCTV主楼大悬臂结构构件的精确款位和顺利合龙提供了技术支撑和保障.
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