建築物 · 沉降 · 位移 · 裂縫 · 振動
香港高密度市區的建築物監測
建築物監測並不只是量度一幢建築物有沒有沉降。在香港這類高密度市區環境，工程師往往需要了解建築物、地基、周邊地層、地下水及鄰近施工如何作為一個整體系統互相影響。
聯合土力（GEOOE）是由 GEOORIGIN ENGINEERING LIMITED（聯合土力工程有限公司）營運的工程科技生態系統；在建築物監測方面，我們先從工程問題出發：甚麼可能移動、為何會移動、必須量度甚麼，以及監測數據如何在挖掘、隧道、地基、拆卸或其他鄰近工程期間支援工程決策。
香港工程背景
為甚麼香港建築物需要監測
香港同時存在深層地庫、地下基礎設施、密集地基、既有建築物及高度受限制的施工場地。因此，建築物監測應與岩土工程監測協調，而不應只視作獨立的測量工作。
鄰近深層挖掘
挖掘會改變地層應力狀態，可能引致擋土牆位移、地面沉降及附近地基變形。因此，建築物沉降點、稜鏡、傾斜監測及地層儀器的數據，往往需要綜合解讀。
市區建築物下方隧道工程
隧道開挖可形成沉降槽，影響走線上方或旁邊的地基及結構。建築物監測可配合地面及地下量測，用以區分結構反應與較廣泛的地層位移。
打樁及地基工程
打樁及地基施工可引致位移、振動或地下水影響。對鄰近敏感建築物，可先進行基線狀況勘察，再按需要進行沉降、裂縫、傾斜或振動監測。
降水及地下水變化
地下水變化可改變有效應力，並在較敏感的地層引致沉降。因此，建築物位移數據可能需要與立管式測壓管或振弦式孔隙水壓計的量測結果一併覆核。
拆卸及施工振動
拆卸、打樁及其他施工活動可把振動傳至附近結構。振動監測最有價值的情況，是能把量測結果與施工活動、基線狀況及受影響設施的敏感程度連繫起來。
歷史建築及裂縫敏感建築物
較舊、較脆弱或具歷史價值的建築物，可能需要更詳細的基線紀錄及互補監測方法，因為即使絕對位移不大，可見裂縫、差異沉降或變形仍可能具有重要工程意義。
香港屋宇署作業備考 APP-137 專門處理由樁基礎及挖掘與側向承托工程所引致的地面傳播振動及地面沉降。土力工程處亦有文件記錄香港深層挖掘設計及施工的工程實務。不過，實際項目要求仍須按個別受影響設施及工程內容訂定。
監測參數
應監測甚麼？
儀器選擇應跟隨工程機制。不同儀器看似都在量度「位移」，但實際上往往觀察建築物—地層系統的不同部分。
垂直沉降
追蹤外牆、柱、地基或參考點的垂直位移。常用方法包括精密水準測量、自動化測量稜鏡及靜力水準系統。
橫向位移
量度結構或地層的側向位移。測量稜鏡可追蹤建築物外部座標，而測斜儀則量度地層或擋土結構內隨深度變化的變形剖面。
傾斜及轉動
量度牆、柱及結構的角度反應。應按所需頻率及現場可達性，選用傾斜計、電子水平儀或重複測量幾何方法。
裂縫位移
追蹤既有或發展中裂縫的變化。手動裂縫規適合定期巡查，而電子裂縫計可支援較高頻率監測。
振動
記錄打樁、拆卸、挖掘或其他工程引致的振動。儀器選擇取決於相關振動參數、受影響設施敏感程度及項目準則。
地下水
立管式測壓管及振弦式孔隙水壓計，可協助工程師了解可能導致地層位移或影響挖掘行為的地下水狀況。
結構應變
當工程問題關注局部結構反應，而不是整體建築物位移時，可採用應變計。
荷載及壓力
如需了解支撐、臨時工程或結構構件中的受力，可採用荷重計及壓力盒作監測。
地下位移
測斜儀、固定式測斜儀及伸縮儀可協助區分地層變形與直接在建築物上量得的位移。
監測儀器
建築物監測常用儀器
精密水準測量
當現場具備穩定水準基點及可供人員進出的條件時，精密水準測量是垂直沉降監測的重要基準方法，亦適合用於定期核證及獨立覆核自動化系統。
自動全站儀（ATS）及稜鏡
重複量測安裝於外牆或結構上的目標三維座標。自動化可支援頻密讀數，但可靠的參考幾何、清晰視線及環境控制仍然不可或缺。
靜力水準測量
用於高頻率相對垂直位移監測，尤其適合在建築物內部可跨結構安裝感測器的情況。參考基準穩定性及安裝幾何十分關鍵。
傾斜計及電子水平儀
直接量度角度變化。若工程關注轉動本身，這類儀器十分有用，但必須考慮安裝方向、溫度效應及局部結構行為。
裂縫規及裂縫計
由簡單手動裂縫標記至自動電子感測器均可使用。選擇取決於需要定期記錄狀況，還是需要連續裂縫位移數據。
測斜儀
量度地下側向變形剖面，而不是建築物外牆位移。常用於挖掘或擋土系統旁，讓工程師把地層變形與建築物反應連繫起來。
立管式測壓管及振弦式孔隙水壓計
兩者都與地下水有關，但提供的資料並不相同。立管式測壓管量度地下水位，而振弦式孔隙水壓計則可在指定感測器標高量度孔隙水壓。
振動監測儀
地震檢波器及加速度計可用於不同振動監測目的。正確系統取決於受影響設施及項目要求所關注的參數與頻率範圍。
工程選擇
同樣是位移，不同儀器
聯合土力（GEOOE）不會把儀器選擇視作產品目錄式工作。正確方法取決於位移機制、受影響設施、現場可達性、所需頻率、參考基準穩定性，以及數據最終需要支援甚麼工程決策。
| 工程問題 | 方法 | 優點 | 主要限制 |
|---|---|---|---|
| 建築物是否正在垂直沉降？ | 精密水準測量 | 直接、定期的垂直基準量測 | 需要現場可達性及測量作業 |
| 外牆如何作三維位移？ | 自動全站儀（ATS）＋稜鏡 | 自動重複座標量測 | 需要穩定參考點及清晰視線 |
| 建築物內部是否正在出現差異垂直位移？ | 靜力水準測量 | 高頻率相對垂直位移監測 | 安裝幾何及參考系統十分重要 |
| 建築物是否正在轉動？ | 傾斜計／電子水平儀 | 直接角度量測 | 局部感測器反應未必代表整幢建築物 |
| 建築物旁的地層是否隨深度出現側向位移？ | 測斜儀 | 地下變形剖面 | 不會直接量度外牆座標 |
| 既有裂縫正在張開還是閉合？ | 手動或自動裂縫規／裂縫計 | 直接量度局部裂縫位移 | 量測範圍高度局部 |
沉降：精密水準測量 vs 自動全站儀（ATS）vs 靜力水準測量
精密水準測量適合定期基準量測。當具備清晰視線時，自動全站儀（ATS）可自動重複量測大量外牆目標。靜力水準系統則可在相連感測點之間提供頻密的相對垂直位移量測。重要項目可同時採用多於一種方法，讓自動化量測得到獨立核證。
橫向位移：測量稜鏡 vs 測斜儀
全站儀觀測稜鏡所得的是結構或地表某一點的位移；測斜儀則提供隨深度變化的變形剖面。因此，兩者回答不同工程問題，亦可互相補充。
地下水：立管式測壓管 vs 振弦式孔隙水壓計
立管式測壓管一般用來觀察地下水位反應；振弦式孔隙水壓計則量度其感測位置的孔隙水壓，並可支援自動化監測。應按水文地質問題選擇，而不是單憑是否能夠自動化。
應用場景
按建築物情況制定監測
住宅樓宇
對住戶而言，沉降、裂縫、傾斜及振動通常是最直接可見的關注。因此，基線紀錄及清晰的數據解讀尤其重要。
歷史建築保護
對敏感砌體、歷史飾面及不規則地基，可能需要詳細狀況勘察、裂縫監測、沉降量測、傾斜觀察，以及仔細覆核振動影響。
拆卸工程介面
如拆卸工程改變結構支承條件，或引入動態施工影響，鄰近建築物可能需要進行振動、裂縫或位移監測。
結構設施
當關注的是結構反應而不只是地層沉降時，建築物位移監測可能需要配合應變、荷載或局部結構量測。
裂縫敏感建築物
工程展開前應先記錄既有裂縫，讓後續觀察可以區分原有缺陷與施工相關變化。
監測策略
由基線到工程行動
01 — 受影響設施覆核
了解建築物、地基、現況、施工介面及可信的位移機制。
02 — 基線
在可能影響建築物的工程活動開始前，建立施工前狀況及穩定的參考數據。
03 — 監測
按預期變化速率、受影響設施敏感程度及施工階段，選擇監測方法及頻率。
04 — 覆核
核證趨勢、比較互補儀器，並把觀察結果與實際施工活動連繫起來。
觸發值必須按項目訂定，並由負責的工程及設計團隊根據受影響設施狀況、預測行為、施工方法及適用的項目要求制定。不存在一套在技術上可以合理套用於所有建築物的通用綠—黃—紅沉降數值。
監測架構
人手、自動化，還是混合監測？
人手監測
適合用作獨立核證、較低頻率觀察，以及不需要永久自動化設備或自動化設備難以維修的位置。
自動化監測
當工程師在活躍施工期間需要頻密數據時較為合適。自動化可改善時間覆蓋，但仍需要可靠的參考基準、通訊、數據核證及維修。
混合監測
很多時候是較穩妥的工程安排。自動化數據提供頻率，而獨立人手量測或其他感測方法則提供重要的交叉核證。
高頻率數據並不自動等同高質素資訊。GEOORIGIN ENGINEERING LIMITED（聯合土力工程有限公司）把數據核證、參考基準穩定性、趨勢覆核及工程解讀視為監測系統的一部分。
環境監測介面
建築物周邊環境監測
當施工活動影響鄰近住戶或敏感設施時，建築工程亦可能需要環境監測。視乎項目要求，可把振動、噪音、塵埃及其他相關環境參數，與岩土工程及結構監測數據一併覆核。
聯合土力（GEOOE）較重視把這些量測與工程背景連繫，而不是形成與施工活動或受影響設施行為沒有關係的獨立數據集。
經核實的項目參考案例
大型項目的建築物監測經驗
以下案例均為獨立發表的項目參考資料，用以說明監測實務。除非有明確說明，否則不應把它們理解為聯合土力（GEOOE）的項目經驗。
伊利沙伯線／Crossrail — 倫敦市中心建築物
Crossrail 在倫敦市中心的工程需要對可能受隧道鑽挖機（TBM）及噴射混凝土襯砌隧道施工影響的建築物進行廣泛評估及監測。公開項目文件記錄了人手及自動化方法，包括精密水準測量、自動全站儀觀測的建築物外牆稜鏡，以及液壓水準量測單元。
這項工程經驗與香港直接相關：保護市區建築物，應先在施工前評估潛在地層位移，再按實際建築物反應及施工機制選擇量測方法。
Crossrail Finsbury Circus — 聯動監測系統
Crossrail 文件記錄了 Finsbury Circus 在噴射混凝土襯砌隧道施工期間採用的聯動自動監測。機械人全站儀監測外部目標，靜力水準系統則監測室內垂直位移；人手水準測量用作獨立核證。
重要經驗是，不同儀器可以納入同一工程參考框架。自動化不會消除核證需要；當錯誤數據的後果較嚴重時，採用另一種原理的量測方法作交叉核證尤其重要。
Crossrail Whitechapel — 長期沉降監測
Whitechapel 的監測包括安裝於建築物外牆的自動化稜鏡，以及在人手觀測下設於外牆及周邊地面的水準點。Crossrail 公開研究亦討論長期沉降解讀中的不確定性，以及監測頻率、穩定控制及足夠觀察期的重要性。
對香港項目而言，任何沉降數值都不應脫離參考基準穩定性、背景位移、地下水影響、鄰近工程，以及趨勢形成的時間尺度而單獨解讀。
地鐵環線第六期 — 前丹戎巴葛火車站
新加坡陸路交通管理局（LTA）指出，地鐵環線第六期隧道工程穿越前丹戎巴葛火車站下方，該建築屬國家古蹟。工程進行了地基勘察及保護措施；LTA 表示，施工期間設置超過 600 套監測儀器並作全天候監測，以偵測建築物位移。
這顯示當地下工程與高度敏感的歷史建築相互影響時，增加監測冗餘及施工控制層級可以具有充分的工程理據。
Central Artery／Tunnel Project — 鄰近建築物位移
美國聯邦公路管理局記錄了波士頓 Central Artery/Tunnel Project 在 Logan Airport 附近進行打樁期間，一幢既有建築物出現顯著位移。監測包括建築物變形點、振弦式孔隙水壓計、多點隆起計及測斜儀。
這個案例說明，建築物監測有時需要延伸至建築物以下的地層。地表位移、孔隙水壓及地下變形，可以分別提供造成觀察到的結構反應之不同機制線索。
工程經驗
香港項目可借鑑甚麼
施工前建立基線
沒有可靠的基線資料，就很難區分施工引致的變化與既有位移或原有缺陷。
量度真正的工程機制
單靠建築物沉降未必能解釋正在發生甚麼。地層位移、地下水及挖掘行為亦可能需要同步量度。
採用互補方法
不同儀器可互相核證或補充背景。關鍵量測不應盲目依賴單一數據來源。
按風險調整頻率
監測頻率應回應施工階段、預期位移速率及受影響設施敏感程度，而不應只因具備自動化技術便提高頻率。
解讀趨勢，而不是孤立數字
在作出工程結論前，應考慮參考基準穩定性、環境影響、儀器行為及施工次序。
把數據連接至行動
只有在已有清晰的數據核證、工程覆核、升級處理及應變流程時，監測才真正有價值。
聯合土力（GEOOE）方法
聯合土力（GEOOE）如何處理建築物監測
聯合土力（GEOOE）由工程問題出發，而不是先從感測器產品目錄出發。
甚麼可能移動？
識別可能參與位移機制的建築構件、地層範圍、地基及鄰近工程。
為甚麼會移動？
把監測設計與挖掘、隧道、地下水變化、打樁、拆卸或其他可信成因連繫起來。
必須量度甚麼？
按工程參數及決策需要選擇儀器，而不是先選技術再找用途。
數據如何核證？
當誤導性數據可能帶來較大後果時，應清楚界定參考基準、冗餘、核證程序及互補量測方法。
觸發後會發生甚麼？
監測計劃應訂明覆核及應變流程，讓量測結果真正支援工程行動。
需要多少自動化？
GEOORIGIN ENGINEERING LIMITED（聯合土力工程有限公司）可按項目需要討論人手、自動化及連接式監測的組合，而不是假設自動化程度愈高愈好。
常見問題
建築物監測常見問題
甚麼是建築物監測？
建築物監測是對沉降、橫向位移、傾斜、裂縫、振動或結構反應等參數進行有系統的量測及覆核。當鄰近施工、挖掘、隧道、地基工程或地下水變化可能影響既有建築物時，這類監測尤其常見。
建築物沉降監測常用甚麼儀器？
常用方法包括精密水準點、人手或由自動全站儀觀測的測量稜鏡，以及靜力水準系統。最合適的方法取決於現場可達性、參考基準穩定性、所需監測頻率，以及工程上更關注絕對位移還是相對位移。
傾斜計與測量稜鏡有甚麼分別？
傾斜計直接量度其安裝位置的角度變化；由全站儀觀測的稜鏡則用來確定測點座標，從而量度空間位移。測量幾何可用來推算變形或轉動，但兩者並不是量度完全相同的物理量。
自動全站儀可以取代人手水準測量嗎？
不能一概而論。自動全站儀（ATS）可提供高頻率座標量測，但依賴穩定參考目標、清晰視線及可靠測量網絡幾何。精密水準測量則可提供獨立的垂直基準量測；重要項目可以同時採用兩者。
既有建築物的裂縫如何監測？
首先應在基線狀況勘察中記錄既有裂縫。之後可按所需頻率及裂縫的重要程度，以手動裂縫規或電子裂縫計量度後續變化。
建築物監測應在甚麼時候開始？
監測應在可能造成影響的施工活動開始前足夠早展開，以建立有意義的基線。合適的基線期及讀數頻率取決於受影響設施敏感程度、預期位移及項目要求。
鄰近工程期間，歷史建築如何監測？
監測可把詳細的施工前狀況紀錄，與沉降、傾斜、裂縫、振動及其他適合該結構的量測方法結合。對敏感設施，可採用互補監測方法，因為了解細微差異位移有時與量度整體沉降同樣重要。
技術資料來源
參考資料及延伸閱讀
- 香港屋宇署 — APP-137： 《樁基礎及挖掘與側向承托工程所引致經地下傳送的震動及地面沉降》。
- 香港土力工程處 — GEO Publication No. 1/2023： 《Deep Excavation Design and Construction》。
- Crossrail Learning Legacy — 《Damage assessment and monitoring for buildings on the Elizabeth line》。
- Crossrail Learning Legacy — 《Use of linked monitoring systems for asset protection at Finsbury Circus during SCL tunnelling》。
- Crossrail Learning Legacy — 《Long-term settlement following SCL tunnel excavation》。
- Crossrail Learning Legacy — 《Review of Monitoring Methods at Three Crossrail Stations》。
- 新加坡陸路交通管理局（Land Transport Authority）— 地鐵環線第六期隧道工程完成。
- 美國聯邦公路管理局（US Federal Highway Administration）— 《Design and Construction of Driven Pile Foundations: Lessons Learned on the Central Artery/Tunnel Project》。
監測要求、儀器選擇、觸發水平及監測頻率均屬項目特定，應由負責的工程團隊根據地層條件、受影響設施敏感程度、施工方法及適用的項目要求訂定。
本技術應用內容為聯合土力（GEOOE）編製；聯合土力（GEOOE）為 GEOORIGIN ENGINEERING LIMITED（聯合土力工程有限公司）營運的工程科技生態系統。