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本文内容摘自《中国测绘》2023年第5期
——访重勘院副院长、重庆市勘察设计大师向泽君
提到超高层建筑，人们往往只想到“北上广深”四大一线城市。而世界高层建筑与都市人居学会(CTBUH)发布2022年“摩天高楼城市”排行榜显示，前10名中，中国占5城，分别为香港、深圳、上海、广州、重庆，重庆以多达140栋超过了150米的超高层建筑位居全球第九名。
亲身来到重庆，你还会发现被网友称为“8D魔幻城市”的重庆，高楼不仅多，而且非常密集，甚至超过了中国大部分城市。一栋栋高耸入云的形态各异的大厦是一座城市的亮丽名片，就让我们接过重庆高楼所塑造的城市名片，探究名片背后的建筑故事。
依山塑形 因地制宜
重庆超高层建筑数量之多和密度之高的原因可以从自然因素和社会因素进行解释。
首先是自然因素，“山城”“火炉”，这两大地形地质特征与环境气候特征让高层与超高层建筑在此颇受青睐。
通常人们把山地、丘陵和比较崎岖的高原称为山区。我国幅员辽阔，山地、丘陵和崎岖不平的高原约占全国陆地面积的69%，其中，山地约占33%，丘陵约占10%，高原约为26%。山地城市即指城市主要分布在上述山地区域的城市，它们拥有着与平原地区迥然不同的城市形态与生态环境。重庆，就是我国典型的山地城市。重庆地形以山地、丘陵为主，其中山地占总面积比重高达76%。由此看来，开发山地，利用山地是必然之举。作为山地城市，相比起中原地区的黄土、东南沿海的软土，重庆地质基础以岩石为主，比很多城市泥土地基更为稳定。
其次，重庆位于亚热带中纬度地区且依山傍水，但由于三面环山、地形封闭，导致夏季风速低、风力小、气温高、空气湿度大，可谓闷热异常，故称之为“火炉”。如何利用建筑设计加强通风、降温散热成为了重庆建筑设计的关注点。而成片的低层高密度建筑实际上并不利于通风排热。
1997年，根据国家战略发展需求，重庆被设为直辖市，成为国家设立在中西部地区，促进中西部地区社会经济发展的中心。自直辖后，重庆城市发展进入快车道，充分发挥自身作为核心城市的作用，带动周边地区一同发展。重庆在区域发展中的地位和作用逐渐凸显，城市功能集聚度不断增加。我们可以看到大量周边人口涌入重庆、外来企业纷纷入驻，城市人口急剧增长。
山地重庆本身就面临了人多地少的“先天不足”难题，城市化的发展更使得用地空间这一尖锐矛盾愈发突出。为平衡用地需求，在山地上进行超高层建筑设计，成为了节约用地、拓展土地资源的一个重要方法，高度整合配套资源、释放城市公共空间。
此外，超高层建筑是城市发展的一张名片。自古开始，人类就擅长通过壮观威严的建筑展现城市的地位和文化。作为直辖市的重庆，其核心区的发展象征着当地乃至周边区域的社会发展水平和经济活力程度，超高层建筑也有着城市形象之象征。利用超高层建筑刷新重庆天际线，占领重庆制高点，打造山城亮丽名片成为了可行的选项。
重勘院副院长、重庆市勘察设计大师向泽君
由此看来，重庆有着建设超高层建筑的良好条件。作为扎根重庆、深植重庆的地方标杆单位，重庆市勘测院（以下简称“重勘院”)承接了一些超高层建筑的监测任务，在重勘院副院长、全国首批注册测绘师、2019年国家科技进步一等奖获得者、重庆市勘察设计大师向泽君看来，重庆在建设超高层建筑方面有较好的基础，但超高层建筑的监测、维护更需要人们关注。超高层建筑不是单纯将高楼起得更高，不能“为高而高”。
难度更大 细节更多
随着重庆的快速发展，选择超高层建筑来打造山地城市核心区势在必行。那么，超高层建筑和一般建筑相比有哪些不同？
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向泽君总结超高层建筑具有高度高、荷载大、基础深等特点。“超高层建筑在施工和运营过程中必然会随着自身荷载的增加、地基承载力的变化、水变化、周边建构筑物的作用等导致自身主体沉降，若发生不均匀沉降则会产生倾斜、开裂等情况。总结而言，相较于一般建筑，超高层建筑施工更为复杂、综合且系统。”
向泽君坦言超高层建筑在纵横两个方向上的测量也颇具挑战。“超高层建筑的干扰更多，影响因素更复杂。”首先，随着建筑高度增高，楼体体积更大、结构更为复杂；其次，昼夜和季节性温差、日照、风荷载等对超高层建筑结构造成的竖向高度变化、侧向挠曲、扭转、摆动等影响更为突出；最后，由于超高层建筑多位于核心商圈，通常还会有场地狭小、基坑位移、施工限制、自然条件等限制，增加测量难度。
难度的增加使得人们对超高层建筑的安全问题愈发议论纷纷。“安全始终是超高层建筑工程把握的重点。为保障施工安全，也为项目的顺利高效进行，超高层建筑施工监测是十分必要且重要的。”在向泽君看来，监测应贯穿于超高层建筑施工的全过程，是衔接各分部、分项工程之间空间关系的重要手段，也是超高层建筑“健康”状况监测的重要手段之一。
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“为了掌握超高建筑物的沉降规律，保证安全，在建筑物的施工及运营期间需对其进行定期沉降监测，并根据监测数据分析其沉降特征和规律情况，提前采取处置措施。”向泽君如是说。
由于超高层建筑施工测量的难度十分大，为确保施工质量，保障施工安全，达到提前预警的目的，一般会采用第三方监测的方式对超高层建筑施工过程进行监测。基于此，重勘院承接了重庆当地部分超高层建筑的监测项目。针对这些项目，重勘院对监测的基本内容以及重点、难点进行了梳理。
重庆天和国际中心沉降监测及精密高程测量
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基准平面控制网的建立和维护
基准平面控制网主要是指整个超高层建筑施工监测工作的基准，其具有恢复迅速、基准统一的特点。超高层建筑施工监测为确保施工质量和施工安全，建立并注重维护基准平面控制网是十分必要的。
在建立基准平面控制网时，首先应做好选址工作，一般来说，其常布置在楼顶。同时，为做好选址工作，还应事先对所选地址进行踏勘，综合考量通视条件、图形条件以及GNSS观测条件等，方能着手布设。另外，基准平面控制网在建立的过程中，还应利用地面城市等级控制点，同时，也可利用附近区域连续运行的基准站网点，依据GNSS一级网的要求，实施同步静态观测。
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施工控制网竖向传递复测
该项工作包含以下几个重要方面：
（1）首级施工控制网检测。由于其处于超高层建筑施工区域，控制点间的稳定性和兼容性较差，需要重点把控。
（2）超高层建筑施工测量的关键还在于平面控制网的向上传递。
施工平面控制网向上传递重点把握塔体周日摆动规律和施工控制网内外符合性检查。其中，塔体周日摆动监测作为施工监测要解决的核心技术问题，能够为纠正激光投点偏差提供数学模型。以此为基础，进行施工内外符合性检查，进而达到共同检核的目的。为准确获取塔体周日摆动规律，实现全自动观测，并对数据实时处理和表达，进而提高数据采集的精度，应采用数字正垂法和CCD法。
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施工控制网高程基准竖向传递检测
施工控制网高程基准竖向传递检测，一般采用的方法是全站仪天顶距法和悬挂钢尺法两种。其中，悬挂钢尺法对于场地有较高的要求。而全站仪天顶距法则应用更为广泛，同时，全站仪天顶距法的操作过程也十分简便。
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电梯井与核心筒垂直度测量
从首层起，应每上升2层对电梯井和核心筒测量1次，方法是基于内外控制点布设的一级导线，对电梯井与核心筒的剪力墙碎步点进行测量。同时，还应基于最小二乘法拟合出与剪力墙相交的特征角点，在此基础上，采用矩阵法获得几何中心，并将其与设计坐标比较，获得电梯井与核心筒的垂直度偏差。
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建筑物沉降观测
超高层建筑沉降观测主要解决的问题包括精密水准数据自动化处理以及深坑高程基准传递。其中，精密水准数据自动化处理软件应具备优化项目管理、自动化数据处理以及成果报表自动生成等功能。
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轴线检测
轴线检测过程中，选择关键结构作为监测对象，如首层以及各转换层。
以重庆天和国际中心项目为例，其位于重庆市观音桥商圈步行街核心地段，是重庆地标性超高层建筑综合体，占地面积9451平方米，总建筑面积约170000平方米。地上58层，地下8层，建筑高度283.5米。重勘院对该项目进行主体结构沉降变形监测、主体楼层地板高程精密测量两项测绘工作。
塔楼基础沉降是控制建筑主体结构加载期间重要指标，重勘院按照《建筑变形测量规范》二等精度实施，每两层监测一期，共分30期对塔楼沉降开展监测工作。从该项目最终的测量沉降值来看，各沉降点的差异沉降小，平均沉降量为11.7毫米；各沉降观测点位的沉降速率较小，最后平均沉降速率均低于0.01毫米～0.04毫米/每天。该监测成果准确反映了大厦在建设过程中随着建筑荷载增加对地基基础沉降变形影响，为施工和后续运营安全提供了可靠监测数据。
智能测绘 全程守护
施工监测是测绘在超高层建筑领域的一个重要环节。随着信息化、智能化测绘的浪潮袭来，重勘院更不断将各种测绘地理信息技术应用于超高层建筑的建设全流程中。
重庆解放碑世贸大厦位于重庆市渝中区金融业商业圈，共62层，高283米。在该大厦的变形监测项目中，重勘院就采用了三维激光扫描仪对大厦进行变形监测，将扫描得到的前后两期点云数据进行对比分析。用一组等间距的横向或纵向的截面截取两个扫描面，得到相同位置处两个扫描面之间点云的位移，即可将其视为两个时期的变形量。又在四个不同时期对重庆世贸大厦进行数据采集。
扫描前，相关人员通过对扫描场地的多次踏勘，制订合理的仪器架设方案，选择在与世贸大厦距离270米左右的大楼顶层，正对世贸大厦进行扫描。
经过点云粗差剔除得到世贸大厦点云数据，将世贸大厦编辑后的相邻两期离散点云数据叠加比对，得到变形量的统计结果。将后面三期的点云数据，分别与第一期数据进行比对，得到累计变形量。
重勘院在用地面三维激光扫描系统对世贸大厦进行扫描的同时，也结合了常规测量方法对其进行变形观测，得到各期同一时刻对应的观测数据。
常规观测方法是基于特征点的测量，得到的变形点较少；三维激光扫描方法是基于面的测量，测量出的平均变形量连续平缓，更能反映出目标建筑的整体变形情况。两种方法因变形量表示方式的差异，而有少量的偏差，最终观测结果基本一致，均反映世贸大厦因受风力和日照等因素的影响处于动载中的情况。
而在重庆光大控股朝天门中心的监测项目中，重勘院为全面、实时掌握大厦的状态，成功建立了一套超高层建筑健康监测管理系统，通过对建筑顶部倾斜、水平位移等关键参数和风速、风向、温度等10余项辅助参数进行远程自动化监测，以便及时对大厦结构变化作出预警预报，并根据监测结论为大厦的维护管理、运营决策提出科学合理的建议。
由此可见，测绘地理信息技术成功从超高层建筑的前期建设设计、建设施工监测，走向了后期监护运维，为超高层建筑后期的精准、高效监测和维护贡献力量，为超高层建筑的建设全流程夯实安全基础。
对于测绘技术在超高层建筑监测领域的未来应用，向泽君表示，顺应时代和当地的发展，重勘院针对超高层建筑的变形监测工作开展较早。多年的丰富经验和项目实践告诉他们，测绘的力量在超高层领域远远不止于前期施工监测。从人工监测到自动化监测，从前期勘察到全流程守护，从常规测量到运用各式新技术，测绘地理信息技术在超高层领域的突破界限和深入应用，也体现了其不断汲取新动能，向外破圈的趋势。
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文 / 本刊记者 关晓晴；图 / 受访者提供
编辑：张永超
初审：齐 阳
审核：彭震中
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原标题：《中国测绘 | 向泽君大师：山地起高楼，勘测保平安》
