驱动垂直塔

2010年1月4日在迪拜正式落成的828米高的哈里发塔（前迪拜塔）等标志性塔楼的建造给测量师带来了许多挑战。高塔可能在风中弯曲和摇摆，带有起重机和其他负载。理想情况下，此类运动应以设计主轴为中心，以便在没有荷载的情况下，塔架精确垂直，但由于筏板沉降、混凝土缩短和施工公差，会出现偏差。作者提出了一种新的专利测量系统，该系统能够准确垂直地驱动最高的塔。

为保证施工期间塔架沿垂直方向的精确向上推力，必须完全控制安装在现有核心墙顶部的每个新元素的位置。此类新元素以及模板结构必须相对于设计参考框架的主轴进行精确定位，设计参考框架定义为位于塔架中心的垂直方向。这意味着在建筑物安装期间，必须连续测量塔架顶部模板结构的位置。

异常现象
根据测量值计算出的坐标应非常精确、可靠地指向主轴。然而，由于风、起重机、太阳辐射和其他载荷的运动，以及塔内的振动，会产生异常(图1)。监测高层塔的传统方法，如光学管道，无法弥补这种异常，这是一个无法忍受的缺点，当塔是超高层时，比如迪拜的哈利法塔。为了控制这些塔，徕卡地球系统公司开发并验证了一种基于GNSS (GPS和Glonass)结合高精度倾角传感器和全站仪的新测量系统。该测量程序被称为核心墙控制测量系统(CWCSS)，已应用于阿联酋迪拜的哈利法塔;科威特的哈姆拉塔;阿布扎比的地标建筑;以及世界各地的其他高层建筑，并已获得国际出版物编号WO 2007/080092 A1的专利。

活动丰富
核心墙是一点一点建造的，一个在另一个上面。每个核心墙构件由若干混凝土浇筑物组成。应根据先前放置构件的位置，非常精确地将模板结构放置在现有核心墙上。为此，必须在混凝土顶部设置控制点，例如通过钉子实现。测量员的基本任务是确定这些控制点的坐标，并根据塔架主轴计算和标出模板结构在设计参考系统中的位置。基本上，这项工作包括使用位于地面控制点（GCP）上的高级全站仪测量角度和距离。在新的CWCSS系统中，全站仪仍然是主要的仪器，它提供了计算控制点和结构中任何其他标记或物体坐标的距离和角度。在大多数建筑工地上，测量员在一堆钢筋和其他障碍物中，在起重机降下的材料下方或旁边进行工作；工作区域挤满了材料、设备和人员，当然，高空作业需要特殊的安全措施。在这种情况下，可以确定全站仪位置的地面控制站很少。因此，CWCSS系统基于从测量到三个或四个GNSS（GPS+Glonass）接收器的全站仪定位，360°反射器连接在天线下方（图2）。

在施工的任何阶段，这些作为主动地面控制点来设置全站仪(图3和图4)。在图3中，红色圆圈表示控制点的位置，蓝色三角形表示全站仪的位置。GNSS天线的放置应使天线和卫星之间的视线不受建筑物和建筑物的阻碍，同时应小心避免卫星信号的反射和衍射。由于只有在差分GNSS模式下才能确定非常精确的坐标，因此必须建立一个连续运行的参考站，最好位于施工场地之外(图5)。

倾角传感器
为了确定塔架移动引起的偏移，在地面和上方每个给定数字的水平面上安装了双轴精密倾斜传感器，用于测量塔架垂直方向的准确偏移。沿着垂直线安装在核心墙上，测量塔主轴倾斜的任何变化。根据这些测量值计算的偏移量用于校正全站仪测量的控制点坐标，确保建筑物被建造为直线构件，精确垂直指向，而不考虑移动。为了校准倾斜传感器，可以将倾斜值与通过垂直激光垂直光束穿过不同标高上的孔获得的测量值进行比较，该方法用于Burj Khalifa，或使用电动高精度双轴倾斜传感器，如沙特阿拉伯的新Ryad塔。

重力垂直
必须在建筑区域周围建立一个用于识别gcp并用于设置全站仪的标记网络，以确保所有测量都能参考到一个适当的设计参考框架。这些标志在施工过程中需要保护和定期重新测量(图6)。GNSS接收机、全站仪和测斜仪都必须参考设计参考框架。由于GNSS坐标参考椭球WGS84系统，这些坐标必须转移到设计参考系。由重力定义的垂线，如铅垂线所示，与椭球法线是不同的。这引入了一种偏差，将影响建筑的垂直对齐。应用修正是最重要的，因为重力垂直，作为塔的主轴的主要参考，是最敏感的组件。

好处
CWCSS方法使测量师即使在建筑物偏离中心时仍能继续进行控制测量，因为双轴倾斜传感器网络可提供有关倾斜变化的连续精确信息。将倾角值与其他仪器(如风速传感器和温度计)的测量值相结合，就可以推导出倾角与天气和其他来源造成的负载之间的关系。

这种关系的建立为解释移动原因和理解建筑物的行为提供了有价值的信息。在施工阶段，通过调整构件在最终零件顶部的位置，还可以识别和补偿一个方向上的系统弯曲。因此，无需查看外部GCP即可实现模板的精确定位，这一过程随着建筑物的安装而变得越来越困难。控制测量可以在短时间内完成，从而提高生产率，并且仪器不需要调平，这在存在移动和振动的情况下非常重要。

结束语
CWCSS提供了一种在垂直方向上驾驶最高建筑物时确定点坐标的有效方法。然而，垂直分量的测定非常敏感，除CWCSS系统外，还应使用常规水准测量程序进行检查和双重检查。倾斜传感器网络可在建筑物竣工后保持运行，以便对塔架的性能进行长期监测。全球导航卫星系统天线也可以在塔顶运行，以提供偏转信息。