亳州市岩土勘测设计院有限公司安徽省亳州市236800
摘要：城市化进程的快速推移，使得城市土地资源日益紧缺，高层建筑日渐成为建筑开发商的宠儿。一座座高楼大厦拨地而起，塑造了一道道的城市亮丽风景线。然高层建筑势必带来更大的荷载，对于地基的承载力要求更甚，在施工中必须做好变形监测工作，避免地基沉陷和建筑物倾斜等现象的发生。因此文章结合实例，就高层建筑物变形监测技术与数据分析展开探讨。
关键词：高层建筑物；变形监测；数据分析
高层建筑物增高和载荷参数性质存在差异性，受地下根基和地上材质与构造共同影响，建筑物会产生下沉，严重的情况下，建筑物会发生倾斜产生缝隙，影响正常使用，如果情况很严重，将威胁人们生活财产安全。因此，我们必须重视高层建筑物的稳定性。变形预测是建筑工程的重要研究问题之一，是防灾减灾防患于未然的关键。高层建筑变形监测研究中一个关键步骤是沉降观测，利用传感器和测量等技术获取建筑沉降值，探究建筑物变形内在联系，获得变形规律，再用合理的方法对建筑物沉降变形大小进行预测，以便根据需要及时采取适当的预防或善后措施，确保建筑物的安全使用。
一、高层建筑物变形监测发展趋势
由于监测的特殊性，每次建筑物的变形监测过程中不允许中断，监测仪器要求也越来越高，而且各项监测数据要及时可靠又能实时采集，传统的测量方法、测量设备和数据分析方法已经无法满足当前的建筑物监测需求。监测技术由传统的点、线监测模式逐步向点、线、面结合的空间立体监测模式转变，由人工跟踪监测向全自动监测转变。在数据分析方面，各种模型的引入，弥补了传统的数据分析模型，使建筑物各个应力变化鲜明的表现出来。随着对建筑物安全性要求的提高，业主方对变形监测的精度要求也在不断提高，推动着变形监测技术也在不断向前发展。1990年代以前，变形监测以采用常规地面测量方法为主，以倾斜测量、准直测量和应变测量等方法为辅。这些监测方法测量过程简单、能够实现自动化测量，但是无法反映出建筑物整体的变形信息。2000年以来，近景摄影测量，尤其是数字摄影测量技术在变形监测中开始应用，其监测精度可达到mm级，在高层建筑物及滑坡等变形监测中都有成功范例。GPS在山体滑坡、水库大坝、采矿区地面塌陷和地壳形变等的监测上，也得到广泛应用。同时，3S技术的相互集成融合逐步成熟，从技术上为研究和分析形变信息之间的相互作用提供了支撑。因此，基于3S融合的变形监测系统，是变形监测技术的一个重要研究方向。另外，测量机器人正成为高层建筑物自动化变形监测的首选设备。
二、变形监测数据分析
变形观测的最终目的是对可靠详尽的变形数据进行分析，判断建筑物的安全性。因此，对于大量的零乱的原始观测数据，必须先进行数据处理。通过平差处理，进一步削除偶然误差，剔除系统误差。对处理后的数据进行分析，判断建筑物是否发生变形，建立起变形与时间、质量、风速、日照等因素之间的关系，以采取适当的措施控制建筑物的变形发展。
（一）观测数据处理
每次观测结束后，依据测量误差理论和统计检验理论对预处理后的原始数据利用电脑Excel表格计算处理，计算监测点的沉降量累积和高程计算。各监测点与本点首次观测时的沉降量Δh之间的关系式为：Δh=H1-Hi。
式中：H1表示监测点首次观测高程；Hi表示该监测点本次（i次）观测高程。监测点的变动分析是基于以稳定的基准点作为起始点而进行的计算。分析处理后可以比较出监测点的沉降趋势，当有监测点变形量出现异常变化时，既要分析观测本身是否错误，也要及时对基准点的稳定性进行监测分析，结合现场巡视，全面的总结沉降原因，确定是否真实变形。必要时根据格拉布斯数值表舍弃一些误差较大的观测值。
（二）监测点的沉降量
根据沉降观测规范，某点的下沉速度可按下式计算：V=（Hi-Hi-1）/ΔD式中：Hi、Hi-1分别表示i次和i-1次观测e点的下沉值；ΔD表示两次观测的间隔天数。当最后100天，沉降速率V<0.01～0.04mm/d时，根据《建筑变形测量规范》规定，可以认为该建筑物的沉降进入了稳定阶段。
（三）沉降监测表以及沉降量时间折线图
以监测时间段为x轴，以沉降变化量为y轴建立直角坐标系，绘制监测点沉降量与时间关系变化曲线图并计算监测点最后100d的沉降速率，判定监测点是否达到稳定状态。
三、工程实例
（一）工程概况
某建筑大厦，占地面积为3.9亩，建筑面积为41896平方米，用途类型为商住，主体层数为30。大厦地基土属于软土地基，由于在大厦附件修建地铁时为了确保建筑物主体结构的安全稳定，在整个地铁修建项目施工过程中，通过对大厦高层建筑物结构主体进行沉降监测，达到对产生危害建筑物不均匀沉降提前预警的目的。监测建筑物沉降数据时，为确保基准点有关数据准确度，必须分期测定基准点的沉降情况，然后对各个点的稳定性进行检验，将差异性很大的离散点去掉，获取稳定的点作为观测基准点。在实际工作中很难确定水准网中哪些点是可靠的，哪些点不可靠，常应用数理统计法先总体检验基准点的稳定性，然后选定部分点检验稳定性。本次试验以第一次和二次观测结果为研究对象进行数据分析，其余观测结果均可按相同方法进行处理即可，观测数据（如表1所示），表中为两次观测数据的高差数据中人为把距离为8定为单位权，高差变化为第二次观测与第一次观测的差值。
表1某建筑沉降监测日报表单位：mm
（二）数据分析
首先收集多个时间段的水准测量值，然后将得到的数据结果进行平差处理，可以得到各个监测点的高程值，以此为基础，就获得各个监测点的累积沉降量，再根据建筑物各点的累积沉降量绘制建筑物累积沉降量曲线，在拟稳平差结果后，将其结果数据作为回归的变量在对其进行回归处理，推出回归方程，达到预测作用，以1、2、3、4、5号点为例进行折线图处理，然后以1号点为例进行预测与实际沉降数据进行对比。可以发现，五个点的累积沉降量相差不大，且沉降速率（折线斜率）大致相同，可见地基处理是相对可靠稳定的。在实际中，沉降的速率是随时间变化着的，但大体上是趋于直线的，故本次测量是将其看做直线进行处理。沉降折线速率开始动工时，沉降速率很大，随着建筑工期的增加沉降速率又有所减慢，后面曲线未存在异常离散值，也没有突然中断的现象，这些现象说明基础点和观测点都是稳定可靠的，不会有很大的沉降，工程在施工阶段的下沉平稳，其沉降速率满足规范要求。
综上，高层建筑物因荷载较大，高度较高，更容易受到外部因素影响，建筑物产生不均匀的沉降的可能性加大。如果建筑物的不均匀沉降超过允许值，就会影响建筑物的使用，是指引发灾害，导致建筑物报废，造成生命安全和财产损失。为了监测建筑物的安全性能，必须对高层建筑进行变形监测，以便及时掌握高层建筑物的形态变化。文章结合实例对建筑物进行变形监测，获得了该建筑物的沉降数据，对数据进行平差处理后进行了数据分析，绘制沉降曲线，总结建筑物的沉降规律，结果表明工程的变形量较小，总体是稳定的。
参考文献：
[1]周吕，文学霖，杨飞，覃正固，张云杰.微变形雷达系统超高层建筑物变形监测[J].测绘通报，2018（S1）
[2]陈帅，张维丽.高层建筑物整体变形监测及分析方案[J].四川水泥，2017（09）
[3]桂维振，刘彦君，卢雪峰.精密电子仪器在高层建筑物变形监测中的应用研究[J].北京测绘，2015（04）