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许智礼

广州特种机电设备检测研究院, 广州 510000

摘要：垂直度是施工起重机械的一项重要安全指标，尤其是高层建筑中使用的起重设备，相关标准和安全规程对其误差范围都有明确的要求。 介绍了工程起重机械垂直度测量的常用方法，分析了各种方法的特点，着重介绍了全站仪在垂直度测量中的应用。 通过全站仪的测站功能，一次设置即可方便快捷地测量所有目视设备的垂直度； 对比不同方法的测量结果，证明测量方法可行，测量结果准确。

关键词：塔式起重机； 全站仪； 垂直度； 测量

CLC 编号：TH213.3 文档代码：A 文章编号：1001-0785 (2020) 18-0067-05

0 前言

垂直度是位置公差，是评价直线与平面之间或直线与平面之间垂直状态的参数指标。 对于塔式起重机（以下简称塔吊）、施工升降机等工程机械，垂直度是指在塔体或导轨不受外力影响的情况下，被测平面内实际轴线与理论轴线的最大距离框架。 级错误。 塔式起重机和施工升降机多用于高层建筑，其垂直度是安装过程中需要保证的重要安全指标。 GB/T 5031-2019、GB/T 10055-2007等对塔吊和施工升降机的垂直度偏差范围有明确要求，不能超过其规定值[1、2]。

根据相关标准要求，塔吊首次安装后，以及塔吊、施工升降机每次增加标准截面，都必须测量其垂直度； 在验收和定期检查时也必须进行测量和检查[3]。 由此可见，垂直度测量的应用非常广泛，寻找一种方便、快速、准确的垂直度测量方法意义重大。 本文所述的测量方法仅以塔吊为例，同样的测量方法也适用于施工升降机等其他工程机械。

1 垂直度的常用测量方法

1.1 挂线法

吊线法是垂直度测量中最普遍、最简单的测量方法。 步骤如下：首先，将塔吊吊臂摆动到合适的位置，使塔体在测量方向上处于无受力状态； 测量吊线至塔体同一基准面的距离，上下距离L之差Δ即为塔体在该方向的垂直度； 吊杆旋转90°，同法测量另一方向塔体的垂直度。 如图1所示。

图1 挂线测量方法

这种方法简单易行，但挂线法要求塔身内外自上而下有一个互不干扰的空间，空间内不能有任何障碍物碰到挂线。 在一定条件下很难找到离线位置； 塔吊高度高时，放线时间长，测量不方便，测量效率低，测量过程受操作人员影响，测量误差大。

1.2 经纬仪测量方法

经纬仪测量塔吊垂直度是一种常用的仪器测量方法。 经纬仪测量塔吊的垂直度，即将塔吊吊臂旋转至合适位置，使待测方向不受吊臂与配重不平衡的影响。 垂直度。 将经纬度设置在距塔吊1.5H处（H为塔吊安装高度），并保证经纬仪观测点与塔体测量点的连线垂直于AA线，即就是，必须直接竖立在塔身的正前方。 调平经纬​​仪并开始测量； 以塔的最高位置或最低位置为基准线（通常选择塔机标准节主轴内（外）侧为基准线），然后将零点对准标准节主旋杆内（外）侧水平钢尺，用经纬仪测量。 钢尺上的读数就是塔吊在这个方向的垂直度偏差。 将塔吊吊臂旋转90°，将经纬仪移至另一方向，同法测量塔体BB方向的垂直度[4]。

图2 经纬仪测量方法

用经纬仪测量塔吊垂直度的原理简单，操作方便，测量误差比较小。 但在测量过程中，对经纬仪的架设位置有要求。 太近或太远均不易观察，必须竖立在塔身正前方。 职位有很强的局限性； 另一个方向的垂直度只能通过再次移动和调平经纬仪来测量，这降低了测量效率[5]。

1.3 全站仪测量方法

全站仪（total station electronic range finder）是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。 它因在车站进行的所有测量工作而得名全站仪测的高差是仪器高减棱镜高加dtan，已广泛应用于建筑工地的各种测量领域[6]。

2 全站仪测量方法

2.1 全站仪经纬仪模式测量

全站仪包括经纬仪的所有功能。 如果只使用经纬仪功能，还可以测量塔吊的垂直度。 测量方法同经纬仪测量方法，此处不再赘述。

2.2 全站仪测距方式测量

这种测量方法与经纬仪测量方法类似，不同之处在于测量过程中无需移动全站仪，一次架设即可测量塔吊两个方向的垂直度，无需贴一把尺子。 测量步骤为：选择合适的位置架设全站仪，全站仪应垂直于塔身方向架设并找平，以备测量； 将吊杆旋转到合适的位置，测量一个方向的垂直度。 选取塔体最高端或下端标准段主轴的一侧作为基准线，全站仪上下扫描，对比基准线与另一端一侧的位置关系，并找出垂直度偏差； 通过全站仪测量对侧两点间折线距离的功能，测量出两点间的距离，即该方向的垂直度偏差值。 如图3所示，以塔身最高处的主旋杆外侧为基准线，全站仪向最低端扫描，基准线与塔身外侧的距离Δ最低位置的主转动杆为垂直方向。 然后将塔吊吊臂旋转90°，测量另一个方向的垂直度。 此时无需移动全站仪，只需将全站仪调至测距模式即可，如图4所示。该测距功能测得的距离是指测量目标投影与投影之间的距离点在水平面和全站仪上，所以最高点和最低点在塔吊同一塔体和全站仪水平面上的投影 两个距离之间的距离就是那个方向的垂直度. 至此，在不移动全站仪的情况下，完成了塔吊两个方向的垂直度测量。

图3 全站仪测量垂直度

图4 全站仪测距模式

2.3 基于全站仪建设模式的测量方法

在测距方式测量中，全站仪架设一次，完成了塔吊两个方向的垂直度测量。 但是这种方法对全站仪的架设位置还是有要求的，即全站仪仍然需要架设在与塔面垂直的方向上。 在实际测量过程中，由于施工现场、建筑物遮挡、安全通道防护棚的影响等原因，无法将测量仪垂直于塔身方向架设，或存在架设位置但不利于观测，存在坠物等风险。但基于全站仪建站模式的测量方法对全站仪的架设位置没有要求，只要顶部塔身和底部在架设位置的可视范围内，即可完成塔机的垂直度测量。 全站仪测量包括全站仪的建站、方位、左右测量等概念。

1）全站仪的搭建是指仪器架设位置的空间位置信息，即建立的坐标系，坐标原点与全站仪的相对位置，如图5（ENH坐标系或xyz坐标系）。

2) 方位角是指指定方向线与目标方向线顺时针方向的水平夹角。 图6所示的直线相对于x轴的方位角为45°。

3）左右测量是全站仪的左右测量，以确定两点之间的相对位置关系，如两点之间的斜距、平距、高差、方位角等。 如图7所示，为反面测量法，1号点为反面第一个点，2号点为反面第二个点。

这种测量方法是通过全站仪的建站模式来测量塔机的垂直度。 通过建站（即建立坐标系），使所设坐标系的x、y轴（此处不考虑z轴）分别与塔吊标准节点同向。 的两个直角边（见图8，原点位置不一定在塔体上）。 设置这样的坐标系，可以通过测量塔机上下两点坐标值的差值来得到塔体的垂直度。

图5 全站仪坐标系

图 6 方位角

建立这样一个坐标系的步骤是： 1）在任意位置架设全站仪，在塔体的一个平面上任意选取两点（图8中的A点和B点），使用全站仪程序测量反面测量功能测量连接两点A和B的直线AB的方位角a（方位角a是指直线AB投影在水平面上与当前坐标系x轴的夹角） . 2）全站仪返回普通测量模式，旋转全站仪至其水平角显示为测量值a，通过全站仪将水平角HZ置零（见图9，并新建一个坐标系） ，使得当前坐标系的x轴方向平行于直线AB在水平面上的投影线（可以通过测量对面的方位角是否为零来验证）； 或者直接通过计算设置当前水平角的值，使新坐标系的x方向平行于直线AB在水平面上的投影线。 至此，一个x轴和y轴平行于塔身两个直角边的新坐标系已经建立（不需要坐标原点）。 测量塔体同侧最高点和最低点的坐标，通过计算上下坐标y值之差计算该方向的垂直度，将吊杆旋转90°，测量该方向的垂直度塔体的另一个方向同理，实现一次架设，测量多台塔吊的垂直度。

图 7 侧面测量

图8 与塔身同向坐标系

图9 水平角HZ的设置

全站仪在工地架设后，可对任意可见塔吊进行两个方向的垂直度测量，大大提高了测量效率，特别适用于工地群塔作业的塔吊测量工作，全站仪具有测量距离远、测量精度高等优点。

3 不同测量方法的比较结果

选取三台不同高度的塔吊，采用经纬仪法、全站仪测距法、全站楼测量法测量同一方向的垂直度。 结果如表1所示。对比测试结果，几种测量方法的结果相似全站仪测的高差是仪器高减棱镜高加dtan，证明了全站仪测量方法的有效性。 因此，基于全站仪建站模式的测量方法是可行的。 因为全站仪的精度更高，理论上测量数据应该更准确。

4。结论

以上几种方法各有特点，但全站仪测量方法可以不受场地等因素的影响，可以架设在任意位置进行测量，大大提高了测量效率，特别适用于有群塔作业的施工现场. 全站仪具有测量距离远、无棱镜测量方式可达500米、精度高、测量误差小等诸多优点。 应广泛用于垂直度测量。

同时，施工升降机、物料提升机等其他工程机械的垂直度测量，塔吊刚度试验的水平静位移测量也可以用全站仪进行测量，方便、高效、准确的。

参考

[1] GB/T 5031-2019塔式起重机[S].

[2] GB/T 10055-2007 施工升降机安全规程[S].

[3] JGJ160—2008施工现场机械设备检验技术规程[S].

[4] 吴伟． 极坐标法测量施工起重机械安装垂直度[J]. 建筑机械化, 2018(6): 70-72.

[5]傅建军． 塔式起重机垂直度测量仪技术研究[J]． 价值工程, 2018(33): 219-221.

[6] 张俊中，朱一超，刘谦，等． 基于全站仪的桥梁挠度检测应用与研究[J]． 测绘与空间地理信息, 2019(1): 41-44.