KR102359081B1 - 수직도 관리측량방법 - Google Patents

Abstract

수직도 관리측량방법이 개시된다. 본 발명에 따른 수직도 관리측량방법은, 수직도 관리 대상 건물과 미리 설정된 간격으로 이격되어 있는 공공기준점을 사용하여 대상 건물 사업부지내 내부 기준망을 설치하고 관리하는 제1 관리단계, 단위층수 마다 형틀 기준먹선을 설치하고 대상 건물의 높이가 높아짐에 따라 발생되는 오차를 점차적으로 설계좌표로 보정하면서 수직도를 관리하는 제2 관리단계 및 대상 건물의 단위층수마다 코어(Core), 외벽 및 내력벽에 대한 현황측량을 실시하는 제3 관리단계를 포함한다.

Description

수직도 관리측량방법{METHOD OF PERPENDICULARITY SUPERVISING SURVEY}

본 발명은 수직도 관리측량방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토탈스테이션과 위성(GPS)을 이용하여 수직도 관리를 용이하게 할 수 있는, 수직도 관리측량방법에 관한 발명이다.

건축물과 같은 구조물의 높이가 높아짐에 따라 그 구조물을 수직으로 건설하기 위한 수직도 관리기술이 필수적이다.

초고층 건물의 수직도 관리를 위해 구조물의 골조 공사 시 건물의 상하간 오차와 후속공정인 커튼월, 엘리베이터 설치 등 구조물 마감공사시 발생하는 오차를 최소화하기 위해, 골조 공사가 진행되는 시점에서 지속적인 수직도 확인 관리 및 현장 보정 작업이 필요하다.

도 1a와 같이 건축물이 지하층부터 최상층까지 수직상태가 유지되도록 수직도 계획을 세우나, 먹선 오차가 도 1b와 같이 발생하게 되어 상층으로 올라갈수록 최초의 측량값보다 측량값의 변화(오차)가 발생하게 된다. 즉 상층으로 올라갈수록 수직오차가 발생하게 된다.

수직오차가 발생하는 주요 원인은, 기초먹 메김(lay out) 작업 후 상부층으로 기준먹 이설과정에서 콘크리트의 건조수축에 따른 수직부재의 변형 등에 따른 영향으로 기준먹선의 오차가 상부층으로 전이되면서 누적되기 때문이다.

이러한 문제점을 해소하고 초고층 건축물 신축에서 원활한 공사가 이루어지도록 연직기, 토탈스테이션, GPS 등을 이용하여 수직도를 관리하는 방법이 제안되었다.

그러나 종전의 수직도 관리방법은 측량기기 성능검사를 실시하지 않아 기계 오차가 발생하여도 감지할 수 없는 연직기 측정값과 최첨단 장비인 GPS 결과값을 비교 분석하여 수직도 관리를 하므로 정밀도와 정확도가 떨어진다는 문제점이 있었고, 수직도 관리를 위해 체크해야할 것이 지나치게 많아 신속한 수직도 관리가 불가능하다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1234372호(2013.02.18)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점과 한계를 해소하기 위한 것으로, 저층부와 고층부를 나누고 토탈스테이션 단독 혹은 토탈스테이션과 GPS 병행관측으로 신속하면서도 효율적인 오차조정을 함으로써 하부층 기준먹선의 설계좌표값을 최상층까지 유지할 수 있는 수직도 관리측량방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수직도 관리측량방법은, 수직도 관리 대상 건물과 미리 설정된 간격으로 이격되어 있는 공공기준점을 사용하여 상기 대상 건물 사업부지내 내부 기준망을 설치하고 관리하는 제1 관리단계; 미리 설정된 다수 개의 층수를 하나의 단위층수로 설정하되, 매층 마다 형틀 기준먹선을 설치하고 상기 대상 건물의 높이가 높아짐에 따라 발생되는 오차를 점차적으로 설계좌표로 보정하면서 수직도를 관리하는 제2 관리단계; 및 상기 대상 건물의 단위층수마다 코어(Core), 외벽 및 내력벽에 대한 현황측량을 실시하는 제3 관리단계;를 포함하며, 상기 제2 관리단계에서 자유망 조정을 통해 오차를 조정하되, 상기 대상건물의 위성 측량을 이용할 수 있는 조건에 해당하는 기준 층수를 선정한 후, 최하층에서 부터 상기 기준 층수까지 토탈스테이션을 이용하고 상기 기준 층수부터 최고층까지 토탈스테이션과 위성을 병행 이용함으로써 관측 및 자유망 조정을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 저층은 토탈스테이션 단독으로, 기준층 이상부터는 토탈스테이션과 GPS를 병행하면서 수직도를 관리하므로 수직도를 정확/정밀하게 정량적으로 관리할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 대상 건물의 높이가 높아짐에 따라 설계 좌표로 보정하는 과정에서 토탈스테이션과 GPS를 병행하면서 자동적으로 수직도를 관리하므로 신속하면서도 효율적으로 오차관리를 할 수 있다.

도 1a는 수직도 관리측량방법을 위한 수직도 계획을 나타내는 개략도,
도 1b는 먹선 오차가 발생하는 것을 나타내는 개략도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 수직도 관리측량 방법을 나타내는 개략도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 수직 및 수평 측량을 나타내는 개략도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 오차 보정방법을 나타내는 개략도,
도 4a 및 도 4b는 기준먹 수직측량 현황, 측량 요약 보고서 등이 출력되도록 관리하는 단계를 나타내는 예시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하 도 2a 내지 도 4b를 통해 본 발명에 따른 수직도 관리측량 방법을 구체적으로 설명한다.

토탈스테이션(Toatal Station)은 각 측량기기인 디지털세오돌라이트와 거리 측량기기인 광파거리측량기가 하나의 몸체를 이룸으로써 보다 수월하고 편리하게 측량할 수 있는 계기가 되었다. 토탈스테이션은 그동안 직접관측으로는 획득할 수 없었던 수평거리, 수직거리는 물론이고 좌표획득까지 가능하게 한 획기적인 측량 장비가 되었다.

토탈스테이션은 각과 거리에 대한 정확도 높은 측량을 가능하게 하였고, 아울러 CAD와 같은 부가적인 프로그램을 활용한다면 직접 지형측량도 가능하게 하는 등 그 응용범위가 매우 넓다.

일반적으로 3차원 공간좌표를 취득하는데 많이 이용되고 있는 사진측량기법은 대상물을 측정할 때 높은 정확도를 측정할 수 있지만, 대상의 세부적인 부분 즉, 조형물과 같이 다양한 곡선과 곡면으로 이루어진 대상물의 굴곡부분을 높은 정확도의 3차원 모델링을 하기 어려운 점이 있다.

따라서 최근에는 지상 라이다(LiDAR)가 대두되고 있으나, 현재까지 지상기준점을 설정하는데 토탈스테이션을 이용한 방법이 가장 정확도와 정밀도가 높으므로 수직도 관리와 같이 높은 정확도와 정밀도를 요하는 분야에서 지상기준점을 설정하는데 토탈스테이션을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수직도 관리측량방법은 도 2a와 같이 기준층 혹은 최하층으로부터 최상층까지 측량하는 과정에서 발생오차를 상부층 먹매김 및 형틀을 설치하면서 점차적으로 설계 좌표로 보정하는 과정이다. 여기서, 기준먹(20)이 수직도 관리의 핵심이 되는 요소이고, 외벽(10)과 코어(30)는 대상 건물(H)의 골조를 이루는 중요한 부분으로 역시 수직도 관리의 중요한 부분이다.

수직도 관리는 층간 오차가 ±3mmm 이내로 관리할 수 있고, 1층에서 부터 최고층까지의 전체 오차가 ±50mmm 이내가 되도록 관리할 수 있으나, 수직도 관리목표에 따라 오차의 범위는 상이하게 설정될 수 있다.

제1 관리단계는 수직도 관리 대상 건물(H)과 미리 설정된 간격으로 이격되어 있는 외부 공공기준점을 사용하여 대상 건물 사업부지내 내부 기준망을 설치하고 관리하는 단계이다. 이 단계에서 수직도 관리 대상 건물의 최하층 바닥에 기준점 및 내부 기준점망을 설치한다. 여기서, 최하층은 일반적으로 가장 낮은 지하층을 의미한다.

제1 관리단계에서 외부 공공기준점을 설치 및 관리하며, 외부 공공기준점을 설치 및 관리시 토탈스테션 보다는 GPS STATIC 측량을 실시하는 것이 바람직하다. 외부 공공기준점의 설치 및 관리 시기는 수직도 관리 대상 건물(H)의 공사 착공 후 즉시 및 수시로 해 주어야 하며, 3개월 단위로 주기적으로 관측하는 것이 바람직하다.

외부 공공기준점을 사용하여 대상 건물 사업부지내 내부 기준망을 설치 시, 인접 건물, 펜스, 지하 흙막이 가시설 등에 의한 전파 간섭 등으로 GPS 등을 사용하기 곤란한바 내부 기준망은 토탈스테이션을 이용하는 것이 바람직하다.

제2 관리단계는 미리 설정된 다수 개의 층수를 하나의 단위층수로 설정하되, 매층 마다 형틀 기준먹(21, 23) 및 형틀 기준먹선(20)을 설치하고 대상 건물(H)의 높이가 높아짐에 따라 발생되는 오차를 점차적으로 설계좌표로 보정하면서 수직도를 관리하는 단계이다.

여기서 단위층수는 3층으로 설정될 수 있으나, 현장여건에 따라 3층 미만이나, 3층을 초과한 층수가 단위층수로 설정될 수 있다.

단위층수 마다 측정된 오차가 미리 설정된 허용오차 이상인 경우, 단위층수에 대한 먹선관리 측량을 재실시하고 단위층수에 대한 수정작업(단위 층수 코어 및 슬래브 측량 수정)을 병행할 수 있다.

제2 관리단계는 콘크리트 타설 후 그 다음날 바로 측량을 실시할 수 있으며, 토탈스테이션 단독 혹은 토탈스테이션과 위성측량을 병행할 수 있다.

GPS와 같은 위성측위를 이용시 위성신호는 지하에서는 수신이 어렵고 오차가 크게 발생할 수 있다. 건물의 저층 부분을 GPS를 이용하여 측량할 경우 오차가 발생할 확률이 높은데, 기본적으로 기상과 전파혼신에 의하 오차 이외에도 주변건물이 높을 경우 다중경로(Multi-path)에 의한 오차와 주파수 단절(Cycle Slip)에 의한 오차가 발생할 확률이 높다.

오차를 소거할 방법으로 VRS Network RTK 측량법과 국가 통합기준점을 이용한 정말 Calibration, DGPS, RTK-GPS 등을 사용하지만 오차를 근본적으로 줄이기 위해, 저층부터 지하층까지는 토탈스테이션에 의한 측위로 건물의 수직도를 관리하고, 중층부터 최고층까지는 GPS를 이용하여 건물의 수직도를 관리하는 것이 바람직하다.

따라서 본 실시예에서는 도 2b와 같이 지하층부터 기준층수까지 토탈스테이션을 통한 관측법이 적용된다.

여기서, 기준층수는 대상건물의 위성 측량을 이용할 수 있는 조건에 해당하는 기준 층수를 의미하는데, 위성 측량을 이용할 수 있는 조건에 해당하는 기준 층수란 위성 측량의 평균 오차가 ±5~10mm 이내에 해당하는 층수를 의미한다. 본 실시예에서는 평균 오차를 ±5~10mm라고 예시하였으나, 평균 오차는 이에 한정되지 않고 위성 측량을 이용할 수 있는 조건에 해당된다면 ±5~10mm 범위와 상이한 범위의 오차도 적용될 수 있다.

한편, 토탈스테이션의 경우 건물의 중층까지 지상이나 인접건물의 옥상에 설치한 기준점으로부터 거리를 직접 관측하여 수직도를 관리할 수 있는 장비이나, 건물이 더욱 높아짐에 따라 토탈스테이션의 적절한 시준거리 및 각도 확보가 용이하지 않아 정확도가 떨어질 수 있어, 건물의 중층 이상부터는 GPS를 이용한 측량방법과 토탈스테이션의 병행이 필요하다.

제3 관리단계는 대상 건물(H)의 단위층수마다 코어(Core), 외벽 및 내력벽에 대한 현황측량을 실시하는 단계이다.

제3 관리단계는 기준먹 체크와 동시에 실시하는 것으로 주로 토탈스테이션에 의한 직접 관측법이 적용된다.

또한 단위층수 마다 측정된 오차가 미리 설정된 허용오차 이내인 경우, 기준먹 수직측량 현황, 측량 요약 보고서 등이 도 4a 및 도 4b와 같이 출력되도록 관리하는 제4 관리 단계가 추가될 수 있다.

제2 관리단계에서 오차를 조정하는 것이 수직도 관리에서 매우 중요한데, 본 발명에 따른 수직도 관리측량방법에서는 도 3a 내지 도 3c와 같이 자유망 조정을 통해 오차를 조정하되 최하층에서부터 기준 층수까지 토탈스테이션을 이용하고 기준 층수부터 최고층까지 토탈스테이션과 위성을 병행 이용함으로써 관측 및 자유망 조정을 수행한다.

자유망 조정은 최하층에서부터 상기 기준층수까지 내부 기준망을 이용하여 관측하는 제1 자유망 조정, 내부 기준망에 의해 위치가 결정된 상황에서 내부 기준망을 이용하여 외부 기준점의 상대적 편차를 측정하고 조정함으로써 외부 기준망을 설치 및 조정하고, 토탈스테이션과 위성을 동시에 이용하여 관측하는 제2 자유망 조정을 포함한다.

도 3a를 참조하면, 제1 자유망 조정은 토탈스테이션(110)에 의해서 이루어 진다.

도 3b를 참조하면, 제2 자유망 조정은 토탈스테이션(110)과 GPS(120)가 동시에 사용된다.

제2 자유망 조정은, 내부 기준점 오차 조정 후 외부 기준점과 결합 트래버스 측량을 실시하는 단계, 외부 기준망 설치 후 위성을 관측할 수 있는 위치에 추가 기준점을 설치하는 단계, 외부 기준망에 위성을 이용한 VRS 칼리브레이션을 실시하는 단계, 위성과 토탈스테이션 관측법 동시 사용하여 대상 건물 기준점 측설을 동시 실시 후 비교하는 단계 및 비교 후 오차가 미리 설정된 오차 범위 이내인 경우, 위성과 상기 토탈스테이션 측량을 병행하여 실시하는 단계를 포함한다.

제2 자유망 조정은 기준 층수 이상부터 실시하는데, 이는 기준 층수(예를 들어, 5층) 이상의 건물은 외부에 설치된 낙하 방지망으로 이한 관측 장애로 토탈스테이션만으로 내부 기준망을 사용하기 곤란하기 때문이다. 또한 내부 기준점은 환절기, 지하 지반 굴착 등으로 인한 지하수위의 변동으로 내부 기준점의 편차가 발생할 수 있기 때문에 제2 자유망 조정이 필요하며, 이에 부득이 내부 기준망을 외부로 확대하는 단계가 필요하다.

따라서, 내부 기준점 오차 조정 후 외부 기준점과 결합 트래버스 측량을 실시하되 자유망 조정법을 사용하고, 건물 외부에서 외부 기준망을 추가로 설치하여 위성측량이 가능하게 하는 것이다.

도 3c와 같이 고층부터 최고층까지인 경우, 위성측량에 의한 기준점 관측 후 토탈스테이션에 의한 관측법을 순차적으로 진행하게 된다.

본 발명에 따른 수직도 관리측량방법은 착공 후 골조공사가 완료될 때까지 진행된다.

본 발명에 따르면, 저층은 토탈스테이션 단독으로, 기준층 이상부터는 토탈스테이션과 GPS를 병행하면서 수직도를 관리하므로 수직도를 정확/정밀하게 정량적으로 관리할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 대상 건물의 높이가 높아짐에 따라 설계 좌표로 보정하는 과정에서 토탈스테이션과 GPS를 병행하면서 자동적으로 수직도를 관리하므로 신속하면서도 효율적으로 오차관리를 할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 외벽
20: 기준먹
30: 코어
110: 토탈스테이션
120: GPS

Claims (6)

1. 수직도 관리 대상 건물과 미리 설정된 간격으로 이격되어 있는 공공기준점을 사용하여 상기 대상 건물 사업부지내 내부 기준망을 설치하고 관리하는 제1 관리단계;
   미리 설정된 다수 개의 층수를 하나의 단위층수로 설정하되, 매층 마다 형틀 기준먹선을 설치하고 상기 대상 건물의 높이가 높아짐에 따라 발생되는 오차를 점차적으로 설계좌표로 보정하면서 수직도를 관리하는 제2 관리단계; 및
   상기 대상 건물의 단위층수마다 코어(Core), 외벽 및 내력벽에 대한 현황측량을 실시하는 제3 관리단계;를 포함하며,
   상기 제2 관리단계에서 자유망 조정을 통해 오차를 조정하되, 상기 대상건물의 위성 측량을 이용할 수 있는 조건에 해당하는 기준 층수를 선정한 후, 최하층에서 부터 상기 기준 층수까지 토탈스테이션을 이용하고 상기 기준 층수부터 최고층까지 토탈스테이션과 위성을 병행 이용함으로써 관측 및 자유망 조정을 수행하고,
   상기 자유망 조정은,
   상기 최하층에서부터 상기 기준층수까지 상기 내부 기준망을 이용하여 관측하는 제1 자유망 조정; 및
   상기 내부 기준망에 의해 위치가 결정된 상황에서 상기 내부 기준망을 이용하여 외부 기준점의 상대적 편차를 측정하고 조정함으로써 외부 기준망을 설치 및 조정하고, 토탈스테이션과 위성을 동시에 이용하여 관측하는 제2 자유망 조정;을 포함하며,
   상기 제2 자유망 조정은,
   내부 기준점 오차 조정 후 상기 외부 기준점과 결합 트래버스 측량을 실시하는 단계;
   상기 외부 기준망 설치 후 위성을 관측할 수 있는 위치에 추가 기준점을 설치하는 단계;
   상기 외부 기준망에 위성을 이용한 VRS 칼리브레이션을 실시하는 단계;
   상기 위성과 상기 토탈스테이션 관측법 동시 사용하여 상기 대상 건물 기준점 측설을 동시 실시 후 비교하는 단계; 및
   비교 후 오차가 미리 설정된 오차 범위 이내인 경우, 상기 위성과 상기 토탈스테이션 측량을 병행하여 실시하는 것을 특징으로 하는 수직도 관리측량방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 기준 층수는 상기 위성 측량의 평균 오차가 ±5~10mm 이내에 해당하는 층수인 것을 특징으로 하는 수직도 관리측량방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 단위층수 마다 측정된 오차가 미리 설정된 허용오차 이내인 경우, 기준먹 수직측량 현황, 측량 요약 보고서 등이 출력되도록 관리하는 제4 관리 단계;를 더 포함하는 수직도 관리측량방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 단위층수 마다 측정된 오차가 미리 설정된 허용오차 이상인 경우, 단위층수에 대한 먹선관리 측량을 재실시하고 상기 단위층수에 대한 수정작업을 병행하는 것을 특징으로 하는 수직도 관리측량방법.

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