基于BI M+5G的超高层建筑健康监测实践研究

于泰，李建峰，侯景强，安磊，曾繁良

（中国建筑第二工程局有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

本项目总占地面积为15511.55m2，总建筑面积约205602m2，容积率9.15，其中，计容建筑面积142 000 m2，不计容建筑面积63 602 m2。项目包含1 栋59 层塔楼（建筑高度374 m）。塔楼功能为办公、酒店、商业；裙房功能为商业、宴会厅、餐饮；地下室层数5 层，功能为办公下层大堂、商业、后勤用房、设备用房及汽车停车库（见图1）。

图1 BI M模型

为了解建构筑物在施工期间及使用期间的沉降变形以和结构变化情况，对本项目主体进行结构健康监测，通过观测其在上部荷载作用下地基基础的沉降变形情况，判断其地基沉降是否满足使用的稳定要求，从而为后续施工提供参考1 为工程验收提供资料。同时，监测筏板及核心筒内力，与设计值进行比较，掌握超高层建筑在整个施工过程中的内力变化情况，为后续施工推进提供数据支撑。

2 观测或监测方法

2.1 沉降观测

2.1.1 基准点与控制网

1）基准点埋设方法。高程基准点为变形监测控制点，一般采用钻孔深埋式或在周边已稳定建筑物上安装控制点，数量为3 个。在建筑区内，其点位与邻近建筑的距离应大于建筑基础最大宽度的2 倍，其标石埋深应大于邻近建筑基础的深度。根据本项目周边环境情况，拟将高程基准点布设在施工影响范围外稳定的建（构）筑物上。筏板基础沉降观测，应在筏板基础核心区外设置多个工作基点（见图2），进行筏板基础沉降观测，工作基点定期与外部基准点进行联测，校核其稳定性。

图2 筏板基础沉降测点布置图

2）水准控制网布设方法：水准控制网按两级布设，根据周边环境情况布设首级控制网（起始、闭合于首级基准点），观测首级控制点高程，并每季度进行联测校核，检查其稳定性。其次，布设二级水准网（起始、闭合于首级控制点），观测各沉降监测点高程。

3）观测监测点的水准线路组成闭合环。布设的两级水准测量均按照二等水准观测技术要求施测。技术要求见表1。

表1 水准观测技术要求

2.1.2 测量结果整理

1）用SOKKIA 精密电子水准仪随机软件平差处理水准测量数据，得出各个观测点的相对于基准点的平差后高程。

2）根据变形点的初始高程H1和各间隔时间段变形后的高程H2，可以计算出沉降量Δ=H1-H2，总沉降变形总量为各段间隔变形的总和。

2.2 筏板内力监测

1）筏板内力监测点。共埋设12 组测点（采用金码钢筋计），每个测点在筏板底板钢筋的板面和板底的X、Y两个方向上各埋设2 个传感器，即每个测点埋设8 个钢筋计传感器。底板钢筋绑扎时，将钢筋计焊接在预定位置主筋上，导线可沿钢筋延伸至底板顶面。在底板面层用PVC 管内套导线保护，引出底板面层浇筑面至少20 cm，在底板浇筑完成后，再将导线接入预定位置数据采集仪内，并将导线和采集仪妥善保护在附近剪力墙上安装的电箱内，并做好保护警示标识。在设计基础上，遵循分散、对称的布置点原则[1]。

2）观测方法。采用振弦式频率计对应力应变计进行监测，通过监测及时掌握筏板应力状态，与初始值进行比较即可了解所监测围护桩的应力变化情况。目前，应力应变均可采用自动化数据采集仪实现自动监测，一般监测周期较长和监测频率较密的项目拟采取自动化监测。

2.3 土压力监测

在基坑开挖至坑底时，借助抗浮锚杆钻机钻孔（钻孔位置可根据测点平面图位置在现场测量放样位置），钻孔深度为0.5～1 m。将土压力盒放入钻孔前，先回填厚约20 cm 的细砂，进行找平，然后将土压力盒平放在细砂上，使土压力盒受力面与孔底平面充分接触，然后分层回填细砂，将钻孔回填密实。回填过程中应注意保护导线，并将导线引出至孔口妥善保护（注意锚杆在施工中对其影响，可在孔口埋设1 条50～80 cm 长的钢筋，先将导线绑扎在钢筋上，并做好保护警示）。底板钢筋绑扎时，可沿钢筋延伸导线至底板顶面，在底板面层用PVC 管内套导线保护，引出底板面层浇筑面至少20 cm，在底板浇筑完成后，再将导线接入预定位置数据采集仪内，并将导线和采集仪妥善保护在附近剪力墙上安装的电箱内，做好保护警示标识。在设计基础上，遵循均匀、对称的原则，防止超高层建筑倾斜抬升造成监测盲区，力求做到对筏板底部受压力全面掌握。

2.4 孔隙水压力监测

在基坑开挖至坑底时，借助抗浮锚杆钻机钻孔（钻孔位置可根据测点平面图位置，在现场测量放样位置），钻孔深度0.5～1 m。将孔隙水压力计放入钻孔内，然后用细砂回填密实，安装及保护做法与土压力测试埋件做法相同，为掌握筏板整体区域的孔隙水压力分布情况，在设计基础上，遵循分散、对称的布置点原则，可得到筏板底部核心筒范围整体水位的分布状况。

2.5 自动化监测

结合本工程的监测内容及工程情况，采用基于物联网的施工监测系统，根据设计要求和施工方案，对底板内力、土压力和孔隙水压力等参数进行实时自动化监测。利用远程无线智能监测采集器对测得的监测参数进行采集，并将数据无线上传至监测云平台。监测云平台对数据进行处理、分析，预警、报警判断，控制报警器报警，实现实时远程监控。

3 观测或监测频率及周期

沉降监测频次要求如下，基础底板混凝土初凝后进行第一次观测，筏板沉降观测在地下室施工时每层观测1 次；地上施工阶段，筏板沉降观测和首层沉降观测同步进行，每施工完3 层应进行1 次观测，记录1 次；建筑物竣工后的观测，第一年不少于4 次，第二年不少于3 次，以后每年1 次，直到下沉稳定为止，观测期限不少于5 a。沉降稳定标准：连续2 次半年沉降量≤2 mm（见表2）。

表2 监测频率及周期

4 观测点保护

水准基点和观测点的保护及管理工作极为重要，是取得准确观测数据的关键。在观测期间，有关施工单位应负责对其保管，如需移动观测点，应提前通知观测单位，采取处理措施，以保证观测工作顺利完成。如果发生控制点和观测点被扰动或损坏的情况，导致无法获得准确观测数据，观测单位将不承担任何责任。现场施工单位应对观测工作给予大力支持和配合，并提供方便，保证观测工作的顺利完成。

5 结语

综上所述，超高层建筑建造难度较大，需进行有效的结构健康监测。超高层建筑健康监测检测方法、导线布置需要经过科学计算和分析，制订科学合理的施工方案，保证关键技术应用的有效性和可靠性。本文针对实际案例展开探讨，根据工程特点，明确超高层建筑结构健康监测施工的工艺流程，强调了观测点的平面布置、监测方法、导线布置、自动化监测等主要的技术要点，在做好现场施工管理的情况下，可以避免安全事故的发生，维护工程建设的顺利进行。