摘    要: 随着科学技术的不断发展,亚博88app质量的好坏与施工放样大有关联,测量亚博88app与测量仪器也在不断更新,促使施工放样工作越来越简化,精度越来越高。结合某高铁枢纽火车站施工放样项目,详细探讨基于BIM技术的测量机器人智能施工放样的方法。针对异形钢结构钢梁狭窄设站空间受限及钢结构亚博88app施工速度快等问题,阐述了基于测量机器人设站方式及详细的放样方法与步骤,利用移动终端直接在BIM模型上选取放样点,并利用仪器自动追踪功能简化了放样流程。BIM模型与测量机器人的相结合,实现了点位的快速放样,极大的提高了放样效率。

  关键词: BIM技术; 测量机器人; 放样; 三维模型;

  Abstract: With the continuous development of science and technology,the quality of engineering is closely related to the construction of the stakeout.The measurement engineering and measuring instruments are also constantly updated,which makes the construction of the stakeout work more and more simplified and the precision is higher and higher.Combined with a high-speed railway station construction and lofting project,the method of intelligent construction and placement of measuring robot based on BIM technology is discussed in detail.Aiming at the problem that the narrow space of the steel beam of the special-shaped steel structure is limited and the construction speed of the steel structure is fast,the method and steps of setting up the station based on the measurement robot and the detailed stakeout method are described.The mobile terminal is used to directly select the stakeout point on the BIM model.The instrument's automatic tracking function simplifies the stakeout process.The combination of the BIM model and the measuring robot achieves rapid stakeout of the points and greatly improves the efficiency of the stakeout.

  Keyword: building information modeling(BIM)technology; measuring robot; setting out; three dimensional(3D) model;

  0 、引言

  近年来,国内外大型钢结构建筑项目需求逐渐增多,所采用的施工方法也日新月异。在测量放样领域,传统放样方法有经纬仪放样、全站仪放样和GPS-RTK放样。传统的测量放样多数使用的是二维的、不很直观的图纸。一般亚博88app在施工高峰时,测量放线任务异常艰辛,由于工作面交叉,工作量大,受到仪器、环境、人为因素影响,精度出现偏差情况较多,进而影响后继施工[1,2,3]。如果造成放样错误,将引起亚博88app返工或者设计变更,将增加成本和延缓亚博88app进度。而且钢构的复杂性、工作面交叉、工作量大、精度要求高等特点,也给传统的放样工作带来诸多挑战。钢结构放样工作仪器需要架设在悬空的钢梁上,由于钢梁的宽度有限,往往导致仪器架设好之后没有多余的空间留给测量员去操作;其次,在高空放样,人员容易发生滑落,威胁到人的生命安全;第三,相较于地面,在细窄的钢梁上的放样速度更慢,而钢结构所需的放样点位众多,导致放样的速度跟不上施工进度,延缓工期,增加施工成本。

  当前,BIM(Building Information Modeling)技术的迅猛发展,在建筑行业[4,5]、施工成本控制[6,7]及施工质量控制[8,9]得到广泛的应用。全站仪机器人结合BIM技术,将现场施工图纸数据创建成BIM模型[10],将模型带入现场,可直接通过三维模型操控测量机器人自动放样,放样效率高,且操作更安全[11,12,13,14]。为探讨基于BIM技术测量机器人在钢结构放样中的放样技术流程,本文结合红岛高铁站“浪花”屋面施工放样案例,对设站空间受限、放样点数众多、工作量大、放样效率低等问题,提出测量机器人设站方式,并利用自动追踪功能简化放样流程。使BIM模型与测量机器人相结合,将BIM技术应用于施工放样过程中,极大的提高了放样效率。

  1 、放样原理

  利用电子手簿上的蓝牙功能与全站仪测量机器人进行连接,通过Trimble Access外业应用程序实现对全站仪的智能操作。测量员在现场可直接利用BIM模型进行放样。具体步骤见下:

  (1)从BIM模型中选择放样点,并创建放样点。

  (2)将BIM模型及所有的放样点导入Trimble Access软件中。

  (3)进入现场,通过平板电脑选取BIM模型中所需放样点,指挥机器人发射红外激光自动照准现实点位,实现“所见点即所得”,从而将BIM模型精确的反应到施工现场。

  2 、项目简介

  本项目位于青兰高速旁的济青枢纽高铁火车站,其融合高铁、城际铁路、地铁、城市公交和出租车等诸多功能的大型综合性交通枢纽。建筑面积70 000m2。南北两侧屋顶为由多个不规则双曲面拼接而成的浪花形状的异形结构,其骨架部分全部由钢梁结构构成,从下到上共有四个部分组成:主体钢构、次钢构、主龙骨以及次龙骨。主龙骨与次龙骨是为了调节主体钢构以及次钢构由于组装、焊接和涂装等工序产生的偏差,使主体钢结构与曲面铝板进行匹配。本次研究主要针对连接主龙骨与次龙骨的圆盘放样研究,所需放样点数8 000个左右。由于钢梁较细且悬空,仪器架设和人员操作的空间受限,采用传统的全站仪放样施工进度缓慢,因此现场引进测量机器人实现智能施工放样,充分利用BIM的优势,提高放样效率,发挥其亚博88app价值。

  3 、数据预处理

  根据亚博88师提供的CAD三维设计图,构建三维模型,由于放样只需两层龙骨的模型数据以及圆盘的模型数据,所以需要对模型数据进行预处理,将不需要的图元信息进行隐藏,并将模型转为IFC格式输出。标记待放样点,输出CSV格式数据。具体流程如图1所示。

  图1 数据预处理流程图

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  本次放样针对主要针对圆盘底座的放样,圆盘的目的是调节由于主钢构及主龙骨因为拼接加工产生的偏移,放样点为圆盘底座圆心。导出的模型如图1所示。

  图2 待放样圆盘

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  4 、施工坐标系的转换

  Digital Project软件中模型的坐标采用的是模型坐标系,以设计模型中幕墙模型(0,0,0)为坐标原点,以东方向为x轴,北方向为y轴,垂直xy轴向上为z轴。而现场施工采用的坐标系,与模型坐标系原点和指向均不一致,CAD设计图纸中竖直方向为x轴,水平方向为y轴。故需要将放样点的坐标数据进行转换,转换到施工坐标系下。两个空间直角坐标系进行转换,需要7个参数来描述,分别是3个旋转角,3个平移距离,1个比例因子。如图3所示。

  图3 两空间坐标系转换

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  5 、现场施工放样

  5.1、 数据导入

  通过Trimble S5测量机器人放样有两种模式,一是将IFC模型导入外业应用程序Trimble Access,通过放大、缩小及旋转等功能,直接选择模型上的点或者线进行放点及放线的工作;二是将需要放样的模型数据以及需要放样的点坐标数据导入到外业应用程序中,通过点号进行放样工作。

  5.1.1、 模型导入

  通过蓝牙设备连接仪器之后,在项目栏新建任务,添加路径到放有IFC格式的模型数据,软件直接识别文件夹中的IFC模型数据,选中需要放样的模型数据,加载到三维显示窗口,加载完毕的模型如图4所示。模型加载完成之后,在导入界面框选待放样的模型,在三维视窗窗口就可以直接进行模型上的点或线的放样。

  图4 模型数据

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  5.1.2 、坐标数据导入

  任务界面下,选择导入导出,在文件名处选择csv格式的坐标数据文件,选择北东高对应的域值,本次放样域1为点名,域2代表北坐标即X坐标,域3为Y坐标,域4代为Z坐标。选择完成后,导入坐标数据完成所需要放样的区域。

  5.2、 现场放样

  5.2.1、 设站

  由于钢梁较窄,为保障放样工作顺利进行,需要将仪器架设在至少有三根主钢构交叉的地方,且需要在钢构上焊接螺丝帽用于固定架腿。架设好仪器后量取仪器高。在放样界面选择设站,输入改正系数之后,输入设站的点名、仪器高,仪器高分真高及底槽高,由于测量的仪器高为斜高,所以应选择低槽高作为仪器高。然后通过点号或键入坐标值选择后视点,输入棱镜高。通过搜索功能去锁定棱镜,完成后视定向的工作。仪器在瞄准后视目标之后,会直接进行测量,在下方会显示两点之间的偏差。若差值满足放样精度要求,则设站成功进;若不满足要求,则需重新对中整平仪器,重新进行设站操作。

  5.2.2、 放样

  测站设置完成之后,程序会直接进入放样程序,此时,框选需要放样的放样点,按照点号进行放样。选择待放样点点号,点击放样,仪器会自动转到待放样点的方向进行搜索,在捕捉到棱镜之后自动进行测量,得到棱镜放置位置与待放样之间的偏差。根据偏差指示移动棱镜,选择跟踪模式,移动棱镜时,仪器也会随着棱镜的移动而移动。在各方向偏差满足要求之后,现在棱镜位置就是待放样点位置。放样完成后选择接受,则会保存当前点的实测坐标数据,然后进行下一点的放样。

  将每个放样点的点位误差输出为表格,便于后期数据资料的整理以及后期验收等工作(图5)。

  图5 点放样

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  5.2.3 、放样精度比对分析

  测量机器人精度标准如表1所示。为确保放样点的对比以及误差验证,现场选取若干点使用全站仪进行对相同的点进行放样。两个放样结果相对比如表2所示。结果表明:X方向最大误差为15mm,Y方向最大误差为8mm,Z方向最大误差为13mm,满足规范要求。

  表1 测量机器人精度标准

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  6、 结束语

  由于钢结构施工环境复杂、施工周期短,传统全站仪放样的速度达不到施工的要求。将BIM技术与测量机器人相结合,直接使用手簿中的模型指导放样,并利用自动追踪功能,简化放样程序,不仅可保证测量员的人身安全,并可提高放样效率。随着建筑施工要求越来越高以及BIM技术的不断推广,BIM技术与测量机器人相结合的技术将在复杂的大型项目中得到广阔的应用与发展。

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