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中国测绘 | 张加粮总经理：居“高”思危

2023-07-05 13:19

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

原创中国测绘学会中国测绘学会收录于合集 #中国测绘杂志 129个

本文内容摘自《中国测绘》2023年第5期

——访深圳勘察测绘院（集团）公司测绘公司总经理张加粮

近些年，城市建设快速发展,超高层建筑像雨后春笋般拔地而起，各式各样的“城市地标”竞相绽放。在中国，高度超过100米的建筑，被称为超高层建筑。超高层建筑在集约利用土地资源、推动建筑工程技术进步、促进城市经济社会发展等方面发挥积极作用。但是自诞生之日起，关于超高层建筑安全的讨论就始终没有停止。

超高层建筑结构受力性能与一般建筑有很大的差异，要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力，安全监测难度成本更高，应急抢险难度更大。对高层建筑开展形变监测，是确保高层建筑质量和安全的根本保证。

深圳市勘察测绘院(集团)有限公司（以下简称“深勘集团”）成立于1981年1月，与深圳市同龄，是全国勘察设计百强单位，也是深圳前三高楼的勘察设计单位。深勘集团见证了深圳一座座摩天大楼拔地而起，参与了众多超高层建筑的勘察设计，对超高层建筑的安全保障有着较为深刻的理解。本刊邀请了深勘集团测绘公司总经理、高级工程师张加粮，为读者介绍如何高效开展异型超高建筑安全监测。

深圳勘察测绘院（集团）公司测绘公司总经理张加粮

据张加粮介绍，建筑发生形变的原因有很多，可大体归纳为外部条件和建筑自身两类，外部条件即建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等发生改变或地质运动、人类活动对建筑物的影响；建筑自身因素，即建筑物结构、整体材质及动荷载的作用。此外，如果建筑物在勘测设计、施工阶段存在违规，或运营管理工作做得不合理、不到位，也会使之产生形变。

鉴于超高层建筑在城市发展中起到重要作用，住房和城乡建设部、应急管理部印发了《关于加强超高层建筑规划建设管理的通知》要求：“加强对超高层建筑隐患排查的指导监督，摸清超高层建筑基本情况，建立隐患排查信息系统，组织指导超高层建筑业主或其委托的管理单位全面排查超高层建筑地基、结构、供电、供水、供气、材料、电梯、抗震、消防等方面安全隐患……”

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“超高层建筑结构的使用期限通常长达几十年乃至上百年。在其使用过程中,由于超常荷载、材料老化、构件缺陷等因素的作用,结构逐渐产生损伤累积,从而使结构的承载能力降低,抵抗自然灾害的能力下降。”张加粮认为定期开展超高层建筑监测既重要又必要。

超高层建筑监测项目的显著特征

张加粮介绍，超高层建筑不仅楼体高大，且为了美观，形状材质也与一般建筑有较大差异：“相比于一般建筑，超高层建筑可能带来地面硬化升温等城市热岛效应、玻璃幕墙光反射污染乃至地面沉降等问题，并且超高层建筑大多还需要各种辅助系统，如电梯、空调等，远比非超高层建筑复杂。满足超高层建筑日常运维所需要耗费的能源和资源，也远高于非超高层建筑。”

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“超高层结构体系一般采用筒中筒、框筒、框剪结构,因此在侧向荷载作用下,还需要考虑剪切变形的影响。不同于桥梁或普通建筑,超高层结构风荷载往往成为结构的控制荷载，超高层结构的水平位移过大容易引起结构损坏或失稳,从而影响结构的可靠性和安全性,因此对超高层结构的水平位移监测与控制是超高层健康监测的重要内容。”因以上种种原因，超高层建筑安全监测与一般建筑监测工作有着显著区别。张加粮根据深勘集团多年建筑监测项目经验，总结出超高层建筑监测的四大特点。

高层建筑监测内容多，不仅有沉降、倾斜、水平位移、裂缝、挠度等几何形变的监测，还有应变、内力、速度、加速度等结构响应的监测，以及温度、湿度、风速风向等环境参数的监测。

高层建筑监测较一般监测周期更长，一般监测主要工作内容集中在施工期或运营期，而高层建筑监测需进行施工期、运营期全生命周期监测。

高层建筑监测频率要求更高，振动、风速风向等监测要求达到1Hz甚至更高的数据采集频率。

高层建筑监测对象的结构特征使得可选择的监测手段多样化，可采用结构内外监测技术相结合的方式进行监测。

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“总的来说，超高层建筑监测具有长期性的特征，对监测传感器的性能参数要求更高，并且超高层建筑监测的内容繁多、数据量巨大，对数据处理专业知识和风险综合判断的要求更高。”

对于不同时期修建的高层建筑，张加粮认为超高层建筑监测应结合超高层建筑设计使用年限，制定超高层建筑运行维护检查方案，委托专业机构定期检测评估超高层建筑设施设备状况，对发现的问题及时修缮维护，定期开展超高层建筑运行维护监测，定期组织监测分析，结果及时公开，保障建筑安全。

深勘集团在超高层建筑变形监测方面经验丰富，张加粮介绍，深勘集团已经形成了比较成熟的超高层建筑安全监测体系。张加粮告诉记者，深勘集团的高层建筑监测的技术发展与测绘技术的进步几乎是同步的：“我们过去对高层建筑监测采用的主要是人工监测，监测内容不全面、监测手段单一，现在发展为利用先进的智能传感器高频自动化数据采集、监测内容全面、监测数据自动化处理与预警的高效智能化监测模式。在此过程中，我单位依托高层建筑监测项目，开展了自动化监测系统的研发工作，积累了丰富的监测经验，培养了多名监测技术人才，获得多项行业内工程奖和科学技术进步奖，在粤港澳大湾区高层建筑监测方面具有一定竞争力。”

测绘技术融合应用，提升超高层监测质量

张加粮介绍，分布部署在结构体内的各数据采集与信号处理系统是整个监测系统的基础部分，包括高精度卫星导航定位静态处理系统和高动态卫星导航实时定位系统，负责各类型传感器信号进行全天候监测和处理，为监测系统提供坚实的数据支撑。

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“建筑监测的原理就是通过计算建筑物顶点的三维坐标，对比初始坐标可以得到当前数值与初始值的偏移量，该偏移量与建筑物高程一起可以计算出建筑物的偏角。”

这些传感器可以用于监控建筑物慢速的沉降是否均匀平稳，建筑物的动态变化，包括摆幅、倾角、扭曲，建筑物是否具有竖向的压缩变化并可以辅助分析建筑物频谱，在建筑形变达到预警值时及时发布警告。

在遍布大楼的传感器基础上，深勘集团通过建立超高层建筑运行维护平台，接入物联网城市消防远程监控系统，并与城市运行管理服务平台连通，实现了实时监测。张加粮说：“近年来，实景三维技术也在超高层建筑监测方面发挥了重要作用，我们可以充分利用超高层建筑信息模型（BIM），完善运行维护平台，与城市信息模型（CIM）基础平台加强对接，实现更加智能的安全监测。”

深勘集团较早尝试采用了先进的传感器技术和监测手段，结合自动化数据采集技术与BIM模型，使用三维可视化监测预警系统、云计算、大数据等技术进行多源数据分析，创新了监测模式和管理机制，为该超高层建筑安全运行提供坚实的技术支撑。

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“通过传感器感知数据，建筑物三维模型会根据实际的楼体变形情况产生变化，显示楼体振幅，各方向偏移量、建筑物倾斜角度、建筑物沉降长度、建筑物扭矩等信息。尤其是深圳有很长的台风季，监测要考虑超高层建筑可能遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力，当台风发生时可以重点监测迎风向建筑是否发生倾斜，振幅是否在安全范围内。”

以华侨城大厦为例，这座位于深圳南山区的摩天大楼被称为国内倾斜角度最大、施工难度最高的超高层建筑，属综合性公共建筑，总用地面积约14119.07平方米，总建筑面积215972.81平方米，地上59层，地下5层，建筑高度300米。深勘集团承担了华侨城大厦施工期及运营初期的安全监测任务，主要监测内容为：水平位移、基础沉降、挠度、温湿度、风速风向。

深圳华侨城大厦

远观华侨城大厦折线犀利，棱角分明，不规则楼体形状给监测工作带来了较大难度。深勘集团利用人工监测和传感器自动采集数据相结合的方式对华侨城大厦进行监测。在施工期及时提供变形数据指导施工，保障施工安全；运营期监测为大厦安全运营提供数据支撑。

深勘集团为华侨城大厦施工安全提供安全监测

该监测项目包括以下几个部分：传感器子系统；数据采集与传输子系统；结构健康诊断与安全评估子系统；数据管理子系统，分别承担监测参数转换、收集并处理数据、诊断并发出预警、历史数据储存与管理。

华侨城大厦监测项目获得了建设单位的好评，同时本项目也获得了第十九届深圳市优秀工程勘察设计二等奖，广东省测绘地理信息工程奖二等奖。

展望超高层建筑监测未来

张加粮认为，随着科技进步和社会发展，超高层建筑监测技术未来会朝着自动化、智能化、信息化方向发展。一方面，传感器技术的发展，数据采集的精度和可靠性会进一步发展，各监测内容也会更多采用自动化监测；另一方面，单靠人工无法完成海量监测数据的处理分析和综合判断，这对数据处理分析和综合判断提出了智能化的要求；同时，为了方便监测数据的分析结论、异常数据的预警信息发布，要求网页数据、APP客户端、短信、邮件信息同步，这是信息化发展的方向。

深勘集团立足粤港澳大湾区工程行业，将加大在智能传感器可靠性测试、自动化智能监测系统、多源监测数据处理分析算法等方面的研究投入，逐步获得超高层建筑监测相关独立知识产权，培养更多优秀技术人才，进一步提高单位在超高层建筑监测的核心竞争力，为粤港澳大湾区超高层建筑监测行业发展贡献深勘力量。

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文 / 本刊记者素晴；图 / 受访者提供

编辑：张永超

初审：齐阳

审核：彭震中

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自然资源部主管