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茂名市国土资源勘探测绘院 525000
摘要：本文首先探讨了建筑物允许变形值、差异变形量和水准观测等级三个方向的设计观测精度，并简要介绍了变形测量的常用方法，对工程实践有较大的参考价值。
关键词：变形测量；精度设计
随着城市建设步伐的不断加快，高层建筑越来越多。为保证工程的安全运行，监督施工质量和预防工程事故，对高层建筑进行变形测量，监测其在施工、运营、管理期间的变形情况，分析变形情况和理解变形机理，验证和完善有关工程设计的理论和经验公式，预报未来变形，具有重要的现实意义。在工作实践中，精度设计尤为重要。若精度设计过小，而建筑物本身的变形相对较小，则观测的数据掩盖了建筑物的真实变形；同样，若精度设计过高，导致变形测量难度、工作量和费用加大。因此，合理计变形测量精度有十分重要的现实意义。
1变形测量精度设计
变形测量的精度需要根据变形值与变形速度来确定，测量误差应控制在与变形允许值相比小到在一定概率下可忽略的程度。因此，测量变形的中误差小于变形量是必要的。但究竟两者的比例关系取多少合适，则应根据变形测量的目的、建筑物允许变形值的大小以及可能达到的仪器与技术条件来共同确定。另外，由于观测的精度决定观测成果的质量以及高层建筑安全状态结论的可靠性，因此变形测量方案的选择对测量员、建筑设计和管理人员是至关重要的。
1.1根据允许变形值设计观测精度
对于如何根据允许变形值确定观测精度，国内外还存在各种不同的看法。若观测目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；若观测目的是为了研究其变形过程，则应提高观测精度，将建筑物安全变形值的各项中误差乘以1/5～1/2系数后再采用。我国《建筑物变形测量规程》第3.21条规定：“相对变形、局部地基变形及膨胀土地基变形等的观测误差，均不应超过允许变形值的1/20"。建筑物允许变形值大多由设计单位提供，或按有关规范规定，一般可以直接使用。
依据规范，根据允许变形值设计变形测量精度，可分为下列四步：
（l）确定顶部容许偏移量△容=αH103（mm），式中α为设计时允许倾斜度，H为建筑物高度；
（2）计算容许误差f△=△容/20（mm）；
（3）计算观测中误差m△=f△/3（mm）；
（4）计算基础两端的不均匀变形时的相对变形测量中误差m沉=（D/H）m△（mm），式中D为高层建筑基础宽，H为高层建筑高度。
1.2根据差异变形量设计观测精度
某些高程建筑物，由于自身荷载很大，变形量一般也比较大，特别是在软土地区，最终变形量有的会达到数十厘米。但由于其刚性较强，变形一般比较均匀，属整体变形，对建筑物的影响不大，因此《建筑地基基础设计规范》（GBJ7一89）对高层建筑物的地基基础变形允许值没有作出具体规定。有的专业技术标准即使作出具体规定，其值也比较宽松。若按允许变形量的1/20来计算观测精度，其结果约低于普通水准测量精度，显然不太合理。由于对建筑物的损害往往是由于差异变形量超出允许值所造成的，而差异变形量可由两点间高差来求得。
我国设计单位对于框架结构的工业与民用建筑，规定其相邻的差异变形量为0.002L。因此观测精度应按如下方式确定：
（1）计算差异变形量最大允许值δ最大=2L（mm），式中L为两监测点间距离；
（2）计算差异变形量观测容许误差fh=±δ最大/10（mm）；
（3）计算差异变形量观测容许误差m沉=fh/2（mm）。
1.3根据建筑物变形测量的等级设计观测精度
表1 建筑物变形测量的等级及其精度要求
沉降观测 位移观测 适用范围
变形测 观测点测站 观测点坐
量等级 高差中误差 标中误差
（mm） （mm）
特级 ≤0.05 ≤0.3 特高精度要求的特种精密工程和重要科研
项目变形观测
一级 ≤0.15 ≤1.0 高精度要求的大型建筑物和科研项目变形
观测
二级 ≤0.50 ≤3.0 中等精度要求的大型建筑物和科研项目变形
观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测
三级 ≤1.50 ≤10.0 低等精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物
主体倾斜观测、场地滑坡观测
注：1观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量
相邻观测点相对高差中误差；
2观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差、
坐标差中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差值中误差、建筑物（或构
件）相对底部定点的水平位移分量中误差
建筑物变形测量规程（JGJ/T8-97）中规定：对于未规定或难于规定变形观测值的观测项目，可根据设计、施工的原则要求，参考同类或类似项目的经验，对照表1的规定，选取适宜的精度等级。
2 建筑物变形测量常用方法
2.1 几何水准测量法
水准测量作为建筑物变形测量的一种常用方法，是利用水准仪进行基准点和变形监测点的高程测量，根据变形监测点各周期的高程变化，分析建筑物的变形情况。此法适合于不同类型、不同精度要求和不同施测条件的建筑物变形监测，也是一种传统而可靠的方法。
2.2 GPS测量法
GPS作为一种全新的空间定位技术，从静态定位发展到动态定位，并具有很高的相对定位精度，因此，在越来越多的领域取代了常规的光学仪器和电子仪器。应用GPS进行建筑物的变形监测，可以实现全天候、实时、连续的高精度自动监测。
2.3 全自动测量法
随着测量仪器的不断改进，全站仪在变形监测中得到了广泛的应用，尤其是全自动跟踪测量仪（测量机器人）的推广应用，为全天候、全方位、高精度（可達亚mm级）的全自动监测提供了广阔的发展空间。全自动测量法在大坝、桥梁等建筑物的变形监测中得到了广泛的应用。
2.4 数字摄影测量法
数字摄影测量在经济建设、国防建设和科学研究中有着广泛的用途，特别适用于重要工程的变形和自动生产线的监测，弹体运动轨迹、炮口冲击波等不可接触物体的量测等。利用该技术进行大型建筑物的变形监测时，无需接触被测物体，并可同时提供多个点的瞬间三维空间信息，从而获得建筑物的变形数据，测定精度可达2～4μm。
3结束语
根据允许变形值设计观测精度的方法，适用于明确提出了（或可以获得）建筑物允许倾斜度或顶部容许偏移量要求的工业与民用建筑物（或其他构筑物）的基础变形测量。实际工作中大多数建筑物均有地质勘察资料，关于地基变形分析部分一般有倾斜度a，可以直接利用。但在此情况下，建筑物愈高，变形允许值会愈大，相应地观测误差也愈大，往往会出现对多层建筑需要按二级精度观测，而对高层、超高层建筑却只能以三级精度观测的现象。因此，高层建筑物变形测量的方案应根据差异变形量的标准设计。
根据差异变形量设计变形测量精度，除用于变形量允许值过大的高层建筑外，也适用于一些对精密机床及流水线安装有类似要求的特殊工程。
在有些变形测量工程中，由于甲方或设计单位的原因，无法提供允许倾斜度（或最大偏移量）、最大允许差异变形量等数据。如：在珠海发电厂，由于甲方无法提供允许最大偏移量，我们根据表1对已建的煤码头、煤码头防浪墙、循环水泵房进行一级位移观测，使用了GPS测量法及部分使用全站仪观测；对汽机房、锅炉房框架、循环水进水管沟、烟囱等进行一级沉降观测，使用几何水准测量法。
摘要：本文首先探讨了建筑物允许变形值、差异变形量和水准观测等级三个方向的设计观测精度，并简要介绍了变形测量的常用方法，对工程实践有较大的参考价值。
关键词：变形测量；精度设计
随着城市建设步伐的不断加快，高层建筑越来越多。为保证工程的安全运行，监督施工质量和预防工程事故，对高层建筑进行变形测量，监测其在施工、运营、管理期间的变形情况，分析变形情况和理解变形机理，验证和完善有关工程设计的理论和经验公式，预报未来变形，具有重要的现实意义。在工作实践中，精度设计尤为重要。若精度设计过小，而建筑物本身的变形相对较小，则观测的数据掩盖了建筑物的真实变形；同样，若精度设计过高，导致变形测量难度、工作量和费用加大。因此，合理计变形测量精度有十分重要的现实意义。
1变形测量精度设计
变形测量的精度需要根据变形值与变形速度来确定，测量误差应控制在与变形允许值相比小到在一定概率下可忽略的程度。因此，测量变形的中误差小于变形量是必要的。但究竟两者的比例关系取多少合适，则应根据变形测量的目的、建筑物允许变形值的大小以及可能达到的仪器与技术条件来共同确定。另外，由于观测的精度决定观测成果的质量以及高层建筑安全状态结论的可靠性，因此变形测量方案的选择对测量员、建筑设计和管理人员是至关重要的。
1.1根据允许变形值设计观测精度
对于如何根据允许变形值确定观测精度，国内外还存在各种不同的看法。若观测目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；若观测目的是为了研究其变形过程，则应提高观测精度，将建筑物安全变形值的各项中误差乘以1/5～1/2系数后再采用。我国《建筑物变形测量规程》第3.21条规定：“相对变形、局部地基变形及膨胀土地基变形等的观测误差，均不应超过允许变形值的1/20"。建筑物允许变形值大多由设计单位提供，或按有关规范规定，一般可以直接使用。
依据规范，根据允许变形值设计变形测量精度，可分为下列四步：
（l）确定顶部容许偏移量△容=αH103（mm），式中α为设计时允许倾斜度，H为建筑物高度；
（2）计算容许误差f△=△容/20（mm）；
（3）计算观测中误差m△=f△/3（mm）；
（4）计算基础两端的不均匀变形时的相对变形测量中误差m沉=（D/H）m△（mm），式中D为高层建筑基础宽，H为高层建筑高度。
1.2根据差异变形量设计观测精度
某些高程建筑物，由于自身荷载很大，变形量一般也比较大，特别是在软土地区，最终变形量有的会达到数十厘米。但由于其刚性较强，变形一般比较均匀，属整体变形，对建筑物的影响不大，因此《建筑地基基础设计规范》（GBJ7一89）对高层建筑物的地基基础变形允许值没有作出具体规定。有的专业技术标准即使作出具体规定，其值也比较宽松。若按允许变形量的1/20来计算观测精度，其结果约低于普通水准测量精度，显然不太合理。由于对建筑物的损害往往是由于差异变形量超出允许值所造成的，而差异变形量可由两点间高差来求得。
我国设计单位对于框架结构的工业与民用建筑，规定其相邻的差异变形量为0.002L。因此观测精度应按如下方式确定：
（1）计算差异变形量最大允许值δ最大=2L（mm），式中L为两监测点间距离；
（2）计算差异变形量观测容许误差fh=±δ最大/10（mm）；
（3）计算差异变形量观测容许误差m沉=fh/2（mm）。
1.3根据建筑物变形测量的等级设计观测精度
表1 建筑物变形测量的等级及其精度要求
沉降观测 位移观测 适用范围
变形测 观测点测站 观测点坐
量等级 高差中误差 标中误差
（mm） （mm）
特级 ≤0.05 ≤0.3 特高精度要求的特种精密工程和重要科研
项目变形观测
一级 ≤0.15 ≤1.0 高精度要求的大型建筑物和科研项目变形
观测
二级 ≤0.50 ≤3.0 中等精度要求的大型建筑物和科研项目变形
观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测
三级 ≤1.50 ≤10.0 低等精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物
主体倾斜观测、场地滑坡观测
注：1观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量
相邻观测点相对高差中误差；
2观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差、
坐标差中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差值中误差、建筑物（或构
件）相对底部定点的水平位移分量中误差
建筑物变形测量规程（JGJ/T8-97）中规定：对于未规定或难于规定变形观测值的观测项目，可根据设计、施工的原则要求，参考同类或类似项目的经验，对照表1的规定，选取适宜的精度等级。
2 建筑物变形测量常用方法
2.1 几何水准测量法
水准测量作为建筑物变形测量的一种常用方法，是利用水准仪进行基准点和变形监测点的高程测量，根据变形监测点各周期的高程变化，分析建筑物的变形情况。此法适合于不同类型、不同精度要求和不同施测条件的建筑物变形监测，也是一种传统而可靠的方法。
2.2 GPS测量法
GPS作为一种全新的空间定位技术，从静态定位发展到动态定位，并具有很高的相对定位精度，因此，在越来越多的领域取代了常规的光学仪器和电子仪器。应用GPS进行建筑物的变形监测，可以实现全天候、实时、连续的高精度自动监测。
2.3 全自动测量法
随着测量仪器的不断改进，全站仪在变形监测中得到了广泛的应用，尤其是全自动跟踪测量仪（测量机器人）的推广应用，为全天候、全方位、高精度（可達亚mm级）的全自动监测提供了广阔的发展空间。全自动测量法在大坝、桥梁等建筑物的变形监测中得到了广泛的应用。
2.4 数字摄影测量法
数字摄影测量在经济建设、国防建设和科学研究中有着广泛的用途，特别适用于重要工程的变形和自动生产线的监测，弹体运动轨迹、炮口冲击波等不可接触物体的量测等。利用该技术进行大型建筑物的变形监测时，无需接触被测物体，并可同时提供多个点的瞬间三维空间信息，从而获得建筑物的变形数据，测定精度可达2～4μm。
3结束语
根据允许变形值设计观测精度的方法，适用于明确提出了（或可以获得）建筑物允许倾斜度或顶部容许偏移量要求的工业与民用建筑物（或其他构筑物）的基础变形测量。实际工作中大多数建筑物均有地质勘察资料，关于地基变形分析部分一般有倾斜度a，可以直接利用。但在此情况下，建筑物愈高，变形允许值会愈大，相应地观测误差也愈大，往往会出现对多层建筑需要按二级精度观测，而对高层、超高层建筑却只能以三级精度观测的现象。因此，高层建筑物变形测量的方案应根据差异变形量的标准设计。
根据差异变形量设计变形测量精度，除用于变形量允许值过大的高层建筑外，也适用于一些对精密机床及流水线安装有类似要求的特殊工程。
在有些变形测量工程中，由于甲方或设计单位的原因，无法提供允许倾斜度（或最大偏移量）、最大允许差异变形量等数据。如：在珠海发电厂，由于甲方无法提供允许最大偏移量，我们根据表1对已建的煤码头、煤码头防浪墙、循环水泵房进行一级位移观测，使用了GPS测量法及部分使用全站仪观测；对汽机房、锅炉房框架、循环水进水管沟、烟囱等进行一级沉降观测，使用几何水准测量法。