对超高层建筑竣工规划测量方法的探讨

田永明，卞磊，黄雪亭

(1.济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250013;2.山东省城市空间信息工程技术研究中心，山东 济南 250013)

1 前 言

按照层数，建筑物一般划分为5 类:4 层以下为一般建筑物;5 层～9 层为多层建筑物;10 层～16 层为小高层;17 层～40 层为高层建筑物;40 层以上为超高层建筑物［1］。

随着社会经济的不断进步发展，结合缓解城市用地紧张及对建筑功能综合的需求，超高层建筑不断涌现。由于超高层建筑通常具有非标准几何形状的建筑轮廓、特殊材质的建筑材料、非常规的建筑高度等建筑特色，在彰显城市个性、美化城市景观的同时，也给竣工规划测量工作的开展带来了新的难题。

2 工程概况及工作流程

2.1 工程概况

济南绿地普利中心项目(如图1 所示)位于山东省济南市普利街南侧、共青团路北侧、顺河高架路东侧。整个项目包括容纳办公与公寓的超高层塔楼、配套商业裙房、地下车库及城市绿地等功能。其中超高层塔楼位于东西向景观轴的西侧顶端，设计地上60 层、建筑设计高度249.70 m、设计屋顶构件标高292.60 m。

图1 主体塔楼立面、平面示意图

主体塔楼成弧线三角形，6 层～31 层为标准层，31层～60 层每层建筑轮廓大小不同，自标准层向上逐层缩小，主体塔楼外墙为铝合金玻璃幕墙体系，利用全站仪设站测量很难准确测量各层建筑轮廓特征点，这给利用传统测量方法进行竣工规划测量工作带来了挑战。

2.2 工作流程

鉴于该项目的建筑特色，采用三维激光扫描技术与传统对边测量方法相结合进行竣工规划测量，能够快速有效地获取主体塔楼的建筑轮廓和建筑高度，其主要的工作流程如图2 所示，采用三维激光扫描技术对每层建筑轮廓进行扫描测量，通过测量点云数据提取普利中心每层的弧线三角形轮廓，用于后续竣工图中平面位置编绘和建筑面积的计算，结合对边测量对主体塔楼的建筑高度进行测量。

图2 竣工规划测量主要流程

3 主要工作实施

3.1 控制测量

选用项目周边已有的为满足济南市地下管线测绘布设的4 个二级导线点2156～2159，二级导线点2156～2159 的高程是按照四等水准要求进行联测，经检测2156～2159 的平面及高程精度满足《城市测量规范》中对建筑工程竣工规划测量精度的要求，并在普利中心项目西侧、南侧和北侧的高层建筑楼顶上新布设3个相互通视的GPS 二级控制点P1、P2、P3，其中P1 与二级导线点2157 通视，点位略图如图3 所示。

图3 首级控制点位略图

3.2 平面位置测量及面积测量、计算

三维激光扫描测量技术是一种自动立体扫描技术，是测绘领域继GPS 技术之后的又一次技术革命。它采用非接触主动测量方式对物体进行立体扫描，从而快速获取物体表面三维坐标，突破了传统测量(如全站仪测量，RTK 测量等)单点测量技术的限制，具有高效、快捷、精确、简便等特点，可以极大地降低成本，节约时间，被广泛的应用于各个领域。

根据参考文献［2］、［3］研究可知，三维激光扫描仪点位测量及面积计算精度满足竣工规划测量的要求，利用某品牌三维激光扫描仪对主体塔楼进行建筑轮廓测量，并利用全站仪测量适当点位作为检测点对其进行检核。

激光在玻璃幕墙这种材质的反射效果并不理想，主要靠铝合金框架获取点云数据，首先在控制点上架设三维激光扫描仪从主体塔楼四周进行测量，经过设站扫描、预处理、点云去噪、修补数据空洞、切割和点云配准、点云抽稀、分层切片处理、建筑轮廓提取，获取主体塔楼的平面位置，并根据一层室内坪(±0.00)高程和层高，提取每层建筑轮廓进行校核并用于面积计算。

由于受仪器扫描距离和建筑高度的影响，即使在主体塔楼周边高层建筑上架设仪器，主体塔楼的53 层～60 层的点云数据也难以满足计算要求，针对本项目53 层～60 层采用在建筑内部进行三维激光扫描测量，围绕核心筒进行扫描，获取该层内部点云数据，通过在内部扫描测量获取点云数据(如图4 所示)，利用分层切片方式提取本层的建筑内部轮廓点云数据(如图5所示)，根据玻璃幕墙的做法及实量厚度反推建筑外轮廓，用于该层的建筑面积的校核计算。

图4 点云数据 图5 内部轮廓点数据

3.3 内部空间布局测量

建筑内部空间布局是否与备案图纸一致，关系到后续房产面积的计算以及房产证的办理。依据备案图纸对建筑内部空间布局进行测量，测量内容包括空间大小、位置、功能划分的准确性和一致性，尤其是建筑内的电梯井、楼梯间、风机房、变电室、设备间、公共门厅、过道等共有部分，这些共有部分的变化会引起分摊的变化，影响房屋产权面积的最终结果。

3.4 高程高度测量

全站仪集光电测距、电子经纬仪和微处理机于一体，不仅能同时自动测角、测距，而且精度高、速度快，尤其是它提供的一些特殊测量功能，如对边测量(RDM)、悬高测量(REM)、放样测量等，给测量工作带来了极大的方便。

对边测量是全站仪的一种专用测量功能，它可间接测量两点间的距离和高差，通常适用于待测的两点间有障碍不能通视以及待测的两点不便甚至不能安置仪器。对边测量设站灵活，操作简单，在实际测量工程中非常有用。

已有很多文献对对边测量方法进行了详细的介绍，本文参照参考文献［4］中提供的方法对主体塔楼进行高度测量，同时结合三维激光扫描技术、全站仪几何坐标量测方法，由上述3 种方法获取楼高数据进行比对，如表1 所示:

实测数据结果及方法比对 表1

从表中数据可知，由于对边测量直接传递地面高程，较全站仪几何测量的精度略高，并且对边测量设站灵活，操作相对简单。

3.5 成果编制

由于各地规划管理部门对竣工规划测量成果要求不完全相同，本文对成果的内容不做详细的阐述说明，济南市竣工规划测量成果主要包括:

(1)建设工程竣工规划测量技术报告;

(2)建设工程竣工规划测量成果汇总表;

(3)竣工规划建筑立面、高度图;

(4)竣工规划建筑尺寸、面积图;

(5)建设工程规划总平面竣工图;

除以上述成果外，还需要编制长宽尺寸、面积、高度比对表、布局变更说明等辅助材料，用于明确表述该项目测绘成果与规划相应指标的差异，为规划管理部门对建设项目的决策审查提供准确的数据来源。

4 心得体会

(1)由于对三维激光扫描的点云数据建模数据量大、耗费时间较长，对本次竣工规划测量而言，不需要进行建模，利用分层切片方式处理点云数据获取建筑轮廓，可以节省大量的内业数据处理时间。

(2)三维激光扫描在铝合金玻璃幕墙体系下，从内部进行扫描较外部扫描可以获取相对较多的点云数据，并且不受扫描距离的限制，并能获取内部空间布局的数据，缺点是要逐层扫描、逐层数据处理，并且适用于内部空间分隔较小的情况;而从外部扫描可以一次性获取整栋建筑(或大部分)的点云数据，但受扫描距离和建筑材质的限制较大。两种方式各有优缺点，根据项目特色选择其一，也可以组合进行测量。

(3)对边测量能够很方便地将地面二级导线点的高程传递到超高层建筑的顶部，相比较其他测量方式，具有操作简便、精度高等特点。

5 结 语

超高层建筑作为异型建筑中的一种特殊类型，采取单一测量方法不能顺利开展竣工规划测量工作，鉴于三维激光扫描技术在测量超高层建筑的异型建筑轮廓方面的明显优势，而对边测量在高度测量方面相对三维激光扫描技术具有其精度高、容易操作的特点，通过本文所述可知，将上述两种测量方法有效结合是开展超高层建筑竣工规划测量工作的新思路，值得同类项目参考和借鉴。

［1］国家测绘地理信息局职业技能鉴定指导中心．测绘综合能力［M］．北京:测绘出版社，2012(4):112～113．

［2］吕磊，邢汉发，王叙泉．基于地面LiDAR 技术的异形建筑竣工测量方法研究［J］．测绘工程，2014，23(1):73～77．

［3］史秀保，汪帆，葛纪坤．三维激光扫描在建筑规划竣工测绘中的应用研究［J］．城市勘测，2014(2):83～86．

［4］杨翼飞，刘斌，唐诗华等．免棱镜全站仪对边测量功能在高层建筑测量中的应用［J］．桂林工学院学报，2008，28(4):507～510．

［5］CJJ/T8－2011．城市测量规范［S］．

［6］张顺期，李黎，谢树明．建筑工程规划验收竣工测量关键工艺探讨［J］．城市勘测，2012(1):138～142．