高层建筑设计(高层建筑设计寿命)

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2024-04-19
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随着经济和科技水平的迅猛发展，超高层建筑与城市化进程齐头并进，成为大中城市一道亮丽的风景线。

高层建筑设计(高层建筑设计寿命)

↑ 点击上方「中国测绘学会」可快速关注我们本文内容摘自《中国测绘》2023年第5期

随着经济和科技水平的迅猛发展，超高层建筑与城市化进程齐头并进，成为大中城市一道亮丽的风景线据我国《民用建筑设计通则GB50352—2005》规定：建筑高度超过100米时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。

国际高层建筑与城市住宅委员会（CTBUH）将采用独特的垂直交通技术或结构性抗风支撑的建筑高度在300米以下的建筑定义为高层建筑,高度超过300米的建筑定义为超高层建筑由于超高层建筑具有体量宏大、施工工艺复杂、施工环节多、施工周期长等特点，其结构体系主要采用框架—核心筒、筒中筒以及多筒等结构。

北京建筑大学教授、博士生导师王坚认为，超高层建筑测量技术工作贯穿于整个超高层建筑施工的全过程，是超高层建筑施工的重要环节其中施工测量是超高层建筑工程施工的先导性工作，是衔接各分部、分项工程之间空间位置关系的重要手段；变形监测是超高层建筑施工安全与运营安全的保障，是全面反馈和监控超高层建筑的设计和施工质量的重要手段。

北京建筑大学教授王坚““如今，随着高端测绘装备的迭代和传感器化，建筑信息模型（BIM）、计算机集成制造系统（CIM）等技术的融合发展，智能化、数字化技术的引入，测绘地理信息技术已经逐步从超高层建筑的前期勘测向后期安全监测延伸，并有望基于精准时空数据和智能分析，构建超高层建筑的安全及生命保障体系。

”王坚说精密测绘保驾护航安全是城市建筑的生命线因此，现代城市建筑都必须严格按照相应的建筑施工标准，通过多种技术手段精准施工，减少安全风险测绘地理信息技术就是其中不可或缺的关键技术手段之一由于超高层建筑体量大、施工工艺复杂等特点，因此与普通建筑相比，超高层建筑的勘测、施工和运维等方面的难度也更大，技术要求也更高。

超高层建筑的前期勘测中，存在勘测难度大、勘测范围广、勘测精度高等特点，传统测量技术手段无法有效获取精密数据，需要采用无人机遥感、激光扫描、北斗/GNSS（全球导航卫星系统定位）等新兴测量技术手段在后期维护方面，超高层建筑的运维难度更大，需要借助先进的技术手段和传感设备，如悬挂式维修平台、高空作业车等才能达到效果。

此外，由于超高层建筑的高度和复杂性，维护过程中需要考虑的因素也更多，如地基、地质、气象等超高层建筑的维护成本更高，需要投入更多的人力、物力和财力超高层建筑的维护周期也更长，需要定期进行检查和维修超高层建筑的维护安全性要求更高，需要采取严格的安全措施和操作规范。

此外，在变形监测方面，超高层建筑的高度和体量大，其变形量也相应较大；超高层建筑的结构复杂，其变形模式也相应较多；超高层建筑的施工周期长，其变形过程也相应较长；超高层建筑的环境复杂，其变形受到多种因素影响。

超高层建筑的变形监测包括结构水平、垂直位移及扭转三部分，结构变形位移过大，将会导致结构开裂、倾斜或损伤，甚至达到一定程度时，建筑存在倒塌的可能现有的建筑结构规范，对超高层建筑的项端位移和层间水平位移都有严格的限制。

除此之外，超高层结构水平变形时变也是变形监测的一项重要内容，它在一定程度上反映了结构垂直方向的刚度变化，是损伤判断的重要依据目前，在超高层建筑结构监测方面，常用的监测方法和相关技术有：高精度智能全站仪技术、GPS测量技术、水准仪法、三维激光扫描技术、BIM技术等，这些技术和方法在超高层建筑结构监测中都有各自的优势和不足。

正由于超高层建筑物的特点和难点，因此测绘地理信息技术尤其是新型测绘技术在超高层建筑的精密测量监测、安全运维和管理中不可或缺王坚介绍，测绘地理信息技术贯穿超高层建筑的前期勘测、建设施工以及安全运维的全部过程。

在超高层建筑物轴线监测中，通过北斗/GNSS技术实现高精度的轴线监测，可提高勘测的精度和效率；在超高层建筑垂直度控制中，北斗/GNSS技术可以实现高精度的垂直度控制，提高施工质量；在超高层建筑运行维护及监测方面，多种传感器和地理信息系统、BIM等技术手段的结合可以实现动态监测，全天候为城市监护保驾护航。

此外，随着新型测绘技术的不断发展，测绘地理信息技术在获取建筑物的精准三维时空数据，构建三维模型方面也具有独特优势；在超高层建筑的变形监测方面，精密测绘技术可以洞悉建筑物的细微变化，及时发现和解决建筑物的变形问题；在超高层建筑的后期维护上，随着5G通信、物联网、大数据等技术与测绘地理信息的融合发展，可以实现对建筑物的实时远程精密监测和辅助决策。

建筑测绘向“智”而行如今，我们正面临全社会的数字化和智能化浪潮，人工智能、大数据、物联网等新兴技术的迅猛发展加速了众多技术和产业领域的转型升级，也客观上拓宽了人们对于未来的想象空间在智能化浪潮之下，智慧城市、智慧建造等新兴理念层出不穷，建筑作为城市的基本单元，建筑测绘作为建筑施工的一个环节，也必然迎着智能化的浪潮前进。

“王坚认为，随着人工智能、大数据、物联网等新兴技术的不断发展，超高层建筑的智慧勘测、智慧运维也将迎来新的机遇和应用场景比如，目前关于“BIM模型及系统的全生命周期监测与安全预警”“环境及参数无损感知”“能耗监控及低碳运行”“物联网感知”等相关技术探讨和实践已并不少见。

譬如，通过物联网技术，可以实现对超高层建筑的各种设备进行实时监测和管理，从而提高设备的使用效率和延长设备的使用寿命；基于物联网还可以实现超高层建筑的智能化管理和控制，提高建筑物的安全性和可靠性此外，通过大数据技术，可以对超高层建筑的各种数据进行分析和挖掘，从而为超高层建筑的管理提供更加科学、精准的决策支持；还可以实现超高层建筑的数据分析和预测，提高运维效率和降低运维成本。

通过人工智能技术，可以实现对超高层建筑的各种设备进行自动化控制和管理，从而提高设备的运行效率和降低运行成本总之，超高层建筑的智慧勘测、智慧运维为我们带来了更多的机遇和应用场景对于技术趋势和未来场景的大胆设想必须落实到对技术体系的拆解和细分技术的研究。

北斗/GNSS在建筑领域的应用是王坚一个重要的研究方向，也是他十分熟悉的领域，他认为，在可预见的未来，“北斗多源传感安全监测”“BIM的全生命周期安全运维”等都是值得关注的技术领域具体而言，以下几大技术方向或将迎来新的突破：。

一是超高层建筑的精确定位和导航技术，即通过GNSS、UWB（超宽带）和IMU（惯性测量单元）等多种技术手段实现对超高层建筑的精确定位和导航，从而提高勘测和运维的效率和精度二是超高层建筑的结构健康监测技术，通过UWB、IMU等多种传感器实现对超高层建筑的结构健康状态进行实时监测和分析，从而提前预警可能存在的安全隐患。

三是超高层建筑的智能化运维技术，可以通过人工智能、大数据等多种技术手段实现对超高层建筑的设备进行自动化控制和管理，从而提高设备的运行效率和降低运行成本四是北斗/GNSS的组合定位技术，可以通过多种传感器的组合实现对超高层建筑垂直度控制，从而提高施工精度和效率。

超高层建筑作为城市建筑的一部分，必然也必须融入智能化的浪潮，而且随着大数据、物联网以及数据共享和管理机制的创新发展，可以设想，一张贯通城市建筑全生命周期的数据安全运维体系将被搭建起来，并成为智慧城市管理和运营的一部分，通过精准、精密的多源数据管起来、动起来、用起来。

专业人才撬动技术突破的支点“我们常说，测绘技术贯穿超高层建筑的全流程但在建筑施工实践中，测绘技术和工作人员往往活跃在前期勘测阶段，在建成后对于建筑的安全风险监测及评估是薄弱甚至缺失环节”王坚表示，这并不仅是测绘技术领域的问题，而是超高层建筑乃至城市建筑未来应该重点关注或聚焦的方向。

“王坚认为，随着超高层建筑“年龄”的增加，针对其的安全运维及寿命评估是值得关注的方向，这需要政产学研各界共同关注和努力，其次就是尽快构建超高层建筑安全及生命线体系当然，在超高层建筑的前期勘测到后期工程运营维护全流程技术体系中，目前还面临着一些短板和挑战。

诸如，勘测和监测技术体系的智能化水平需要进一步提高；高精度测绘装备国产化水平仍难以满足现实需求等此外，超高层建筑的勘测和监测技术也需要更加精确和高效，以满足超高层建筑的设计和施工需求比如GNSS、IMU等技术都可以用于超高层建筑的空间定位和姿态测量，其中，GNSS技术可以实现对建筑物在水平方向上的精确定位；IMU技术可以实现对建筑物在三轴向上的姿态测量。

结合多种技术可以克服各自的局限性，提高定位精度和可靠性在实际应用中，IMU技术在室内定位方面也有很大的优势，但是在室外定位方面也受到了很多限制；GNSS技术在室外定位方面具有很大的优势，但是在室内定位方面受到了很多限制。

因此，如何融合包括GNSS、IMU在内的多种测量和监测技术手段，并将其应用于超高层建筑施工中，仍缺乏较好的技术方案不仅如此，在多种技术手段、技术体系的融合应用过程中，如何解决数据融合算法、数据实时传输等问题也是一大挑战。

在谈及超高层建筑测绘未来发展时，从教近20年的王坚表示，技术创新靠的是专业人才，而专业人才的培训则需要从教育抓起他直言，目前在建筑测绘尤其是针对超高层建筑的人才培育上严重不足“现在，测绘地理信息领域航天遥感、定位导航、大地测量等方向都称得上‘炙手可热’，但说到超高层测量却只有寥寥数人。

更值得关注的是，如今各大高校从事超高层建筑测绘相关方向人才培养的也少之又少，长此以往，超高层建筑测绘相关领域的技术创新也将受到巨大影响”王坚说道在工程测绘和建筑测量领域，尤其需要解决实际问题的专业人才，这与时下提倡的宽口径人才培养并不矛盾。

王坚表示：“随着新兴技术手段的丰富，宽口径自然是必要的，但只有宽口径却是万万不能的以超高层建筑为例，我们当然希望技术人员对人工智能、大数据等新技术有所涉猎，但如果他不熟悉超高层建筑测量的特点，不能解决工程项目的实际问题，那也是不合格的。

所以，只强调宽口径而忽视了专业人才的培养，无异于舍本逐末”