第３３卷第４期 佳木斯大学学报（自然科学版） Ｖ０１．３３ Ｎｏ．４ ２０１５年０７月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊｉａｍｕｓｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｌｙ ２０１５ 文章编号：１００８—１４０２（２０１５）０４－０５３９一Ｏ３ 高层建筑物沉降监测数据处理方法研究① 郑丽 （宿州学院环境与测绘工程学院，安徽宿州２３４０００） 摘要： 根据某高层建筑物施工过程中沉降监测的实测资料，应用指数平滑理论进行沉降变形 的预测研究，充分证实了在高层建筑物沉降变形分析中该预测法的可行性．由本文的研究结果发 现，三次指数平滑模型在研究期间较短时有较佳的预测能力，预测结果相对较佳，所以就预测的 普遍性、实用性考量下，三次指数平滑模型可以迅速提供高层建筑物沉降变形情况，以便于对高 层建筑物的沉降机理及规律进行分析． 关键词： 三次指数平滑模型；高层建筑物；沉降监测 中图分类号：Ｐ２５８ 文献标识码： Ａ ０ 引 言 减因子自适应卡尔曼滤波的算法，通过工程实例相 关观测数据建立自适应卡尔曼滤波法建筑物动态 随着科学技术的迅猛发展和我国现代化进程 模型，表明其在建筑物变形监测中的应用前景．邹 的不断加快，城市各类高层建筑物越来越普遍．由 广黔 运用传统灰色ＧＭ（１，１）模型和动态ＧＭ 于建筑物的增高、荷载的增加，在地基基础和上部 （１，１）模型分别建立高层建筑物变形监测数据模 结构的共同作用下，建筑物将发生不均匀沉降，轻 型，研究结果表明动态模型更适合于中长期变形监 者将使建筑物产生倾斜或裂缝，影响正常使用，当 测数据处理．为此，笔者应用三次指数平滑模型，探 变形值超过一定限度时，会影响建筑物本身的安全 索建筑物沉降预报工作，可为高层建筑物监测预报 以及人民生命财产的安全¨ ．因此，在建筑物施 工作提供一定的借鉴和参考． 工和运营期间，有必要设计一个合理、可行的沉降 监测方案，对它们进行定期监测，根据已测数据进 １ 三次指数平滑模型 行合理地统计分析和研究，对其进行相应预测预报 若一个时间序列的未来值被某一个数学函数 是非常必要的 Ｊ． 严格确定，则称该时间序列为确定性的．确定性时 目前，建筑物变形预测应用比较多的方法主要 间序列分析模型主要包括：移动平均模型、二次滑 包括：回归分析、灰色预测、神经网络等，很多学者 动平均模型、指数平滑模型、二次指数平滑模型和 对建筑物变形监测预测工作展开研究，王旭华 三次指数平滑模型【８】． 等ｌ４】应用指数平滑法对建筑物的变形进行预测， 若时间序列数据点的分布出现曲率，则应使用 通过某大楼一沉降监测点４５期实测数据，对比分 三次指数平滑（Ｔｒｉｐｌｅ Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）模型 析了指数平滑法及改进指数平滑法预测值，结果表 进行预测，它是建立在二次指数平滑模型的基础 明改进的平滑法克服了原方法的误差累积的缺点， 上，得到了二次指数平滑模型的平滑数据后，再进 取得较好预测结果．李德江等 通过工程实例证 行一次平滑，平滑公式如下： 明基于支持向量机的建筑物沉降预测模型可行性， ．ｓ ＝ａｓ ’＋（１一口）Ｉｓ ？ （１） 并将预测结果与ＢＰ神经网络的预测结果相比，借 其中：口为平滑系数，且０＜口＜１，其初始平滑值 助绝度误差和相对误差测算，得出支持向量机建筑 ５ 可选取Ｉｓ 物沉降预测模型更好的结论．谢波 针对建筑物 有了三次指数平滑模型，可得到三次指数平滑 变形监测的动态特性，阐述了卡尔曼滤波和附加衰 的预测公式为： ①收稿日期：２０１５—０６—２６ 作者简介：郑丽（１９８３一），女，江苏洪泽人，讲师，硕士研究生，研究方向：３Ｓ技术及其一体化． 佳木斯大学学报（自然科学版） ２０１５年 多Ｉ＋ｒ＝口‘＋ｂｌＴ＋ｃｉ （２） 其中：Ｔ为预测周期，根据最小二乘法确定参数口 ， ｂ，，ｃ 按下述公式计算： 口 ＝３Ｉｓ ¨一３ｓ ’＋Ｉｓ ’ （３） 为复杂，观测数据起伏较大，规律性不明显．基于均 方拟合误差最小的原则，运用试算法，经多次计算， 选取较好的口值为０．２３，此时均方误差为０．２５３３， 指数平滑值分别为口 ＝６．７１７１，ｂ。＝０．５５９６，ｃ。 ＝一６， 芝南［（６—５口）ｓ ¨一２（５—４口）｜ｓ ’ （４） （５） （ ¨一２ｓ ＋ 。’）０．００４７，因而建立三次指数平滑预测模型为： Ｙ ＝６．７１７１＋０．５５９６Ｔ一０．００４７ （６） ＋（４—３０）ｓ 。’］ 表１ ２号点沉降观测值与预测值一览表 ２工程概况 沉降监测的方法是通过布设基准点和沉降观 测点，采用周期观测来获取建筑物沉降数据，并对 沉降数据进行分析，及时发现建筑物的沉降情况， 以便采取科学措施，确保高层建筑物施工的安全． 本工程为建设高层建筑，主要由ｌ７个单体工程组 成，其中２栋为２９层框架结构，在建设过程中，参 一目ｍ＝ 辟 ＝吾墩 唾 嚣翱遨 嚣螺嫂８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ Ｏ照建筑物设计总平面图、建筑设计图及《建筑物变 形监测规范（２００７）》，在建筑物主要轴线布设六个 变形监测点，具体点位布设情况如图１所示．这些 变形观测点埋设于室内地坪上方２０～３０ｅｒａ左右， 从２０１２年的４月至１２月进行了ｌ２期的变形观 测，从而了解建筑物的沉降变化情况． 在沉降观测中，２号沉降点的沉降值最大为６． ６ ｍｍ，沉降值最小为０ｒａｍ，累计沉降量４１．５ｒａｍ，平 均沉降值３．４６ｒａｍ＜２００ｍｍ符合高层建筑物的沉 降的允许范围（《建筑地基基础设计规范》中表５． ３．４建筑物的地基允许变形值中规定体型简单的 高层建筑物基础的平均沉降量２０ｏｌｌｌｌＩ１），说明该点 的沉降量均属正常，暂未出现异常变化，所有观测 结果均符合国家的相关规范（《建筑地基基础设计 规范》、《建筑变形测量规范》和《建筑物沉降观测 方法》）的要求． ４／１２ ５／６ ６／１ ６／２３ ７／２０ ８门５ ９／６ ９ ｌＯ／２＇ｏ １１１ｉ／ １ｌ １２，＇２８ 观测日期 图２ ２号点沉降量实测值与拟合值变化趋势图 从表ｌ中可以看出：所建立三次指数平滑模型 残差绝对值均小于０．５ｍｍ，相对误差最小为０，最 大为２５．４９％，平均相对误差为７．１３％，根据表１ 所得数据绘制２号点沉降量实测值与拟合值变化 图１沉降监测点分布图 趋势图２．从图２中可以发现：２号点４—１２月ｌ２ 本文以监测点２的沉降值为样本数据，用于计 算模型参数，建立三次指数平滑模型，进行预测，以 与实际沉降量作比较．由于建筑物沉降影响因素较 期观测数据参与建立三次指数平滑模型条件下，模 型预测变形量与实际变形量，相差较小，说明该三 次指数平滑模型基本可靠，对于确保高层建筑物施 工和运营管理有重要意义． 第４期 郑丽：高层建筑物沉降监测数据处理方法研究 ． ５４１ ３ 结论 及降水共同作用的结果，进行建筑物沉降监测仅仅 高层建筑物沉降监测是非常有必要的．在施工 期间，结合具体工程实况，根据所增加层数和荷载 情况逐步进行沉降观测．本文基于高层建筑物沉降 监测中２号监测点１２期实测数据建立三次指数平 滑模型，以掌握、监控建筑物的沉降情况，分析是否 正常，若有异常情况发生，需及时分析采取相应的 措施，以保证建筑物的施工安全．通过实证分析得 出以下结论： ’ （１）根据时间一沉降一曲线图可以判断出，原 是其中一个方面，若观测期内，沉降量若超过一定 的限度，就会影响物的正常使用和安全．这就要求 从建筑物的沉降程度映射到整个地区的沉降趋势， 引起足够的重视 引，确保建筑物施工和运营的安全． 参考文献： ［１］ 丁宁，孙英君，崔健，等．高层建筑物变形监测数据处理与分 析［Ｊ］．测绘科学，２０１１，３６（５）：９３—９４． ［２］熊俊楠，王泽根等．高层建筑物变形监测数据处理方法研究 及工程应用［Ｊ］．测绘科学，２０１０，３５增刊：６９—７１． ［３］ 陈伟清．灰色预测在建筑物沉降变形分析中的应用Ｅ Ｊ］．测绘 科学，２ｏＤ５，３Ｏ（５）：４３—４５． 始沉降量具有趋势性，选择三次指数平滑模型．高 层建筑物沉降监测数据处理方法很多，将三次指数 平滑模型应用于高层建筑物沉降监测，具有方法简 便，容易操作，预测精度高等特点，及时反馈某些点 的动态沉降量，以判断沉降变化量是否出现异常， 以便及时采取相关措施，避免安全事故的发生． （２）通过工程实例可知高层建筑物沉降监测 是一项长时间不问断的测量工作，应尽量避免使用 三次指数平滑模型进行中长期变形监测预报工作， 且要根据实测监测数据对所建模型实时更新，取得 较好预测效果． ［４］ 王旭华，陈雄，赵德深．指数平滑法在建筑物变形预测中的应 用［Ｊ］．测绘通报，２００４，（３）：２８—３０． ［５］ 李德江，花向红，李涛，朱成林．基于支持向量机的建筑物沉 降预测模型研究［Ｊ］．测绘工程，２００９，１８（３）：２９—３１． ［６］ 谢波．卡尔曼滤波在建筑物变形监测中的应用［Ｊ］．长春工程 学院学报（自然科学版），２０１３，１４（３）：８—１０． ［７］ 邹广黔．高层建筑物形变监测中动态灰色理论模型的应用 ［Ｊ］．测绘与空间地理信息，２０１０，３３（１）：１９７－２００． ［８］ 任永泰．经济数学方法与模型［Ｍ］．北京：中国农业出版社， ２００８：１０９—１１０． ［９］温字斌．建筑物沉降监测的实践及探讨［Ｊ］．测绘通报，２００２， （１１）：３７—３９． 此外，工程沉降是由地基、基础和上部结构以 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｄａｔａ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ＺＨＥＮＧ Ｌｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｕｒｖｅｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２３４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｈｉ ｓｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄａｔａ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅ ｔｈｅｏｒｔｙ ｏｆ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｗａｓ ｆｕＵｙ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｉｎ ｈｅ ｔｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙ— ｓｉｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｅ ｍｅｔｔｈｏｄ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ Ｔｒｉｐｌｅ Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｐｅｒｉｄ ｈａｓ ｏｂｅｔｔｅｒ ａｂｉｌｉｙ ｔｔＯ ｐｒｅｄｉｃｔ ｓｈｏｒｔ—ｔｅｒｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌ￣ｗｅｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｗｅｌ１．Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｐｒｅｄｉｃｔ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｅ ｕｎｉｔｖｅｒｓａｌｉｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ Ｔｒｉｐｌｅ Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｃｏｕｌｄ ｒａｐｉｄｌｙ ｐｒｏ— ｖｉｄｅ ｔｈｅ ｓｅｔｌｔｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ—－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｈｅ ｓｅｔｔｔｌｅｍｅｎｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｎｄ ａｒｅｇｕｌａｒｉ一 哆０ｆｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒｉｐｌｅ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｍｏｄｅｌ；ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ；ｓｅｔｌｔｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ