CN104746884A - 一种装配式建筑的预制构件的吊装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种装配式建筑的预制构件的吊装方法，包括：对多个预制构件、施工现场和施工塔吊均进行三维激光扫描；在同一空间坐标系中，根据获得的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型；获得移动所述任一预制构件到目标位置需要设置的相对于初始悬臂转角的悬臂转角、相对于初始小车位置的小车行程以及相对于初始吊索位置的吊索下放长度；根据悬臂转角、小车行程以及吊索下放长度完成对所述多个预制构件的吊装。本发明提供了一种装配式建筑的预制构件的吊装方法，利用三维激光扫描技术保证了施工的高精度并缩短了工作时间；操作人员根据塔吊参数进行作业，避免了有人指挥的弊端和反复吊装的不足。
Description
技术领域
本发明属于装配式建筑的施工安装领域，尤其涉及一种预制构件的吊装方法。
背景技术
装配式混凝土建筑是指以采用工厂化生产的混凝土预制构件为主，通过现场装配的方式设计建造的混凝土结构类房屋建筑。预制构件的装配方法一般有现场后浇叠合层混凝土、钢筋锚固后浇混凝土连接等操作，钢筋连接可采用套筒灌浆连接、焊接、机械连接及预留孔洞搭接等方法。装配式混凝土建筑设计应符合建筑功能和性能要求，符合可持续发展和绿色环保的设计原则，利用各种可靠的连接方式将预制构件装配起来，且宜采用主体结构、装修和设备管线的装配化集成技术，综合协调给排水、燃气、供暖、通风和空气调节设施、照明供电等设备系统空间设计，并考虑安全运行和维修管理等要求。
与传统的现浇结构相比，装配式混凝土建筑的结构构件由于采取工厂预制，其对现场的安装精度要求非常高，通常达到毫米级。当制作或施工达不到相关精度要求时，可能会影响建筑质量安全。此外，由于预制构件往往体积、重量较大，其施工安装依靠人力往往无法完成，通常会利用施工机械，而这些施工机械的安装精度却很难达到毫米级的要求。因此，为使结构安装精度满足设计要求，施工过程往往费时费力。例如，在施工现场一块普通预制墙板从起吊到准确安放，往往会涉及4～6人耗费30～40分钟时间经历多次反复调整才能最终完成，这与装配式建筑高效、安全、节省人力的优点是背道而驰的。因此，高精度的施工安装成了困扰装配式建筑发展的瓶颈之一，急需一种精确、快速地实现预制构件定位的方法来提高装配式混凝土建筑的施工安装效率，从而使得这种绿色建筑得以发挥其最大优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维激光扫描的装配式建筑的预制构件的吊装方法，以解决传统装配式建筑预制构件安装过程中存在的耗时、费力、安装精度差等不足，从而提高目前装配式建筑施工安装的工艺水平。
为了达到上述目的，本发明提供了一种装配式建筑的预制构件的吊装方法，包括：
步骤一：对多个预制构件进行三维激光扫描，对装配所述预制构件的施工现场进行三维激光扫描，对吊装所述预制构件的施工塔吊进行三维激光扫描；
步骤二：在同一空间坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型；
步骤三：设置所述施工塔吊的初始悬臂转角、初始小车位置、初始吊索位置，根据所述施工塔吊的三维模型获得移动任一所述预制构件到目标位置需要设置的所述施工塔吊相对于初始悬臂转角的悬臂转角、相对于初始小车位置的小车行程以及相对于初始吊索位置的吊索下放长度；
步骤四：记录吊装任一所述预制构件所需的悬臂转角、小车行程以及吊索下放长度，并根据记录的内容操作所述施工塔吊，以完成对所述多个预制构件的吊装。
进一步地，在步骤一中，对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊同时或异时进行三维激光扫描。
进一步地，通过三维激光扫描仪实现对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊的三维激光扫描。
进一步地，所述三维激光扫描仪的数量为一个或多个。
进一步地，在设置的第一坐标系中对所述多个预制构件进行三维激光扫描，在设置的第二坐标系中对装配所述预制构件施工现场进行三维激光扫描，在设置的第三坐标系中对吊装所述预制构件的施工塔吊进行三维激光扫描。
进一步地，在多个观测点对任一所述预制构件进行三维激光扫描并在所述第一坐标系中将任一所述预制构件的多个观测点的扫描数据合并，在多个观测点对所述施工现场进行三维激光扫描并在所述第二坐标系中将扫描数据合并，在多个观测点对所述施工塔吊进行三维激光扫描并在所述第三坐标系中将扫描数据合并。
进一步地，在步骤二中，在同一空间坐标系中，根据合并后的所述多个所述预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
进一步地，在步骤二中，在所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系中的任一坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
进一步地，在步骤一中，任一所述预制构件为墙、楼板、梁、柱、楼梯、阳台板、空调板或女儿墙。
进一步地，所述预制构件的数量为多个，多个所述预制构件包括墙、楼板和柱。
进一步地，在步骤一中，所述施工现场为建筑的楼层平面。
进一步地，在步骤二中，在同一空间坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述多个预制构件的吊点、多个预制构件的定位点、施工现场的目标点、施工塔吊的吊钩点、施工塔吊的旋转轴线和行程小车的吊设点的空间位置建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
与传统施工方法相比，本发明提供了一种装配式建筑的预制构件的吊装方法。首先，利用三维激光扫描技术高精度的特点获得预制构件、施工现场和施工塔吊的三维精确尺寸，保证了施工的高精度；其次，三维激光扫描技术具有现场扫描效率高，后期数据处理都在室内进行的特点，这一特点使得大大缩短了工人现场工作的时间，减轻了测绘人员的劳动强度；最后，施工塔吊的操作人员利用获得的塔吊参数进行作业，避免了传统吊装方法需要有人指挥的弊端以及为调整安装精度而进行反复吊装的不足。
附图说明
图1为本发明实施例提供的装配式建筑的预制构件的吊装方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的施工塔吊的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
对于建筑工程工作而言，在三维的环境中进行技术预演比依靠传统二维图纸信息要高效得多。三维激光扫描采用非接触式高速激光测量方式，以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据，从而实现三维重建。三维激光扫描技术的优势在于能够快速获取扫描对象表面三维坐标，精确到毫米级，采集速度高达每秒几十万个点，其附带的高精度相机能同时获取扫描对象的高清晰影像数据。经过相关软件处理后生成高精度的数字地面模型、等高线图及建筑平、立、剖图，通过将点云数据获取的建筑物模型与影像配准，得到高精度的三维建筑物模型，直至数字城市展示。激光扫描技术向人们展示了在复杂曲面三维信息获取、三维重建等方面的独特优势，在“数字城市”建设、城市规划中具有广泛的应用前景。
因此，结合三维激光扫描的高精度数据采集技术，在现有三维软件设备基础上，通过技术革新开发出一套高效、快捷、准确的装配式混凝土建筑施工安装方法，是该行业领域亟待提高的重要技术。
如图1所示，本发明提供了一种装配式建筑的预制构件的吊装方法，包括：
步骤一：对多个预制构件进行三维激光扫描，对装配所述预制构件的施工现场进行三维激光扫描，对吊装所述预制构件的施工塔吊进行三维激光扫描；
步骤二：在同一空间坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型；
步骤三：设置所述施工塔吊的初始悬臂转角、初始小车位置、初始吊索位置，根据所述施工塔吊的三维模型获得移动任一所述预制构件到目标位置需要设置的相对于初始悬臂转角的悬臂转角、相对于初始小车位置的小车行程以及相对于初始吊索位置的吊索下放长度；
步骤四：记录吊装任一所述预制构件所需的悬臂转角、小车行程以及吊索下放长度，并根据记录的内容操作所述施工塔吊，以完成对所述多个预制构件的吊装。
在步骤一中，对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊同时或异时进行三维激光扫描。
优选地，通过三维激光扫描仪实现对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊的三维激光扫描。三维激光扫描仪整个工作过程为：首先是由激光发射器发射出激光信号，信号经过旋转反射棱镜射向目标，然后通过激光接收器接收反射回来的激光信号，并由三维激光扫描仪记录，最后转换成能够直接识别处理的数据信息，经过软件处理得到想要的数据输出。
所述三维激光扫描仪的数量为一个或多个。在本实施例中，使用一个三维激光扫描仪对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊异时进行三维激光扫描。
任一所述预制构件为墙、楼板、梁、柱、楼梯、阳台板、空调板或女儿墙。其中，楼板可以采用叠合楼板，梁可以采用叠合梁，阳台板可以采用叠合阳台板。在本实施例中，所述预制构件的数量为多个，考虑到构件重量较大、对安装精度要求较高的有墙、楼板和柱，故本实施例中的多个所述预制构件包括墙、楼板和柱。对所述预制构件扫描的地点可以选择在预制构件的生产工厂、仓库或施工现场的堆放地，为避免相互干扰和提高工作效率一般选择在仓库进行扫描。
在本实施例中，所述施工现场为建筑的楼层平面，即墙、楼板和柱将来需要安放的平面位置。
在本实施例中，在设置的第一坐标系中对所述多个预制构件进行三维激光扫描，在设置的第二坐标系中对装配所述预制构件施工现场进行三维激光扫描，在设置的第三坐标系中对吊装所述预制构件的施工塔吊进行三维激光扫描。
如果要实现完整重建目标，仅仅从一个观测点扫描测绘目标数据是不够的，还必须在不同观测点进行扫描测绘，并且在同一个空间坐标系中合并后才能生成观测数据，目前相关技术提供了人工辅助的自动合并功能，只要在扫描目标前规划好扫描内容并且设置好标靶便可。将不同观测点扫描获得的同一扫描对象的点云数据在同一个空间坐标系中进行合并，然后在处理软件功能模块中剪裁掉无关的部分，便得到所需的目标三维重建内容，接下来的工作是对点云数据的质量进行处理，进行平滑、去噪、精度筛选、方差均值处理等，这样便得到可以用于各种应用目的三维模型。
因此，在本实施例中，在多个观测点对任一所述预制构件进行三维激光扫描并在所述第一坐标系中将任一所述预制构件的多个观测点的扫描数据合并，在多个观测点对所述施工现场进行三维激光扫描并在所述第二坐标系中将扫描数据合并，在多个观测点对所述施工塔吊进行三维激光扫描并在所述第三坐标系中将扫描数据合并。此外，观测预制构件的多个观测点、观测施工现场的多个观测点以及观测施工塔吊的多个观测点可以有重复的观测点，需要根据实际情况而定。
在步骤二中，在同一空间坐标系(即所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系中的任一坐标系)中，根据合并后的所述多个所述预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
此外，在步骤二中，进行三维建模的目的是为了计算出预制构件、工地现场和塔吊中关键点的空间位置，即所述多个预制构件的吊点(即施工塔吊的吊钩与预制构件的连接处)、多个预制构件的定位点(即预制构件初始放置的位置)、施工现场的目标点(即预制构件的目标位置)、施工塔吊的吊钩点(即吊钩的位置)、施工塔吊的旋转轴线和行程小车的吊设点(即行程小车的位置)。因此，实际建模时可以只对这些关键几何元素进行建模，也就是说，根据上述关键点的空间位置建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型，而没有必要对所有现场物体进行建模，从而可以大大提高工作效率。
如图2所示，在步骤三中，塔吊运行参数(悬臂转角θ、小车行程S、吊索下放长度L)均是相对量，初始悬臂转角、初始小车位置、初始吊索位置均是可以设定的参考值。参考值的确定也是很方便的，例如可以设定现场某一点为悬臂转角的起点、设定悬臂上某一具体位置为小车行程的零点和吊索上某一具体位置为下放长度的起点。基于这些参考值，通过三维建模软件可以给出每个构件的塔吊运行的具体参数。
如表1所示，在步骤四中，除了将悬臂转角θ、小车行程S、吊索下放长度L记录在表中外，考虑到任一预制构件需要设置的楼层是已知的，因此将任一预制构件需要设置的楼层也记录进该表，而为了区分各个预制构件，有必要对各个预制构件进行编号，因此将编号也记录在该表中。操作人员严格按该表操作施工塔吊即可实现高精度地预制构件吊装。
| 构件名称 | 楼层 | 编号 | θ(度) | S(米) | L(米) |
| 墙 | 5 | W3 | 35.21 | 15.121 | 21.242 |
| ······ | ······ | ······ | ······ | ······ | ······ |
表1
与传统施工方法相比，本发明提供了一种装配式建筑的预制构件的吊装方法。首先，利用三维激光扫描技术高精度的特点获得预制构件、施工现场和施工塔吊的三维精确尺寸，保证了施工的高精度；其次，三维激光扫描技术具有现场扫描效率高，后期数据处理都在室内进行的特点，这一特点使得大大缩短了工人现场工作的时间，减轻了测绘人员的劳动强度；最后，施工塔吊的操作人员利用获得的塔吊参数进行作业，避免了传统吊装方法需要有人指挥的弊端以及为调整安装精度而进行反复吊装的不足。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，包括：
步骤一：对多个预制构件进行三维激光扫描，对装配所述预制构件的施工现场进行三维激光扫描，对吊装所述预制构件的施工塔吊进行三维激光扫描；
步骤二：在同一空间坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型；
步骤三：设置所述施工塔吊的初始悬臂转角、初始小车位置、初始吊索位置，根据所述施工塔吊的三维模型获得移动任一所述预制构件到目标位置需要设置的相对于初始悬臂转角的悬臂转角、相对于初始小车位置的小车行程以及相对于初始吊索位置的吊索下放长度；
步骤四：记录吊装任一所述预制构件所需的悬臂转角、小车行程以及吊索下放长度，并根据记录的内容操作所述施工塔吊，以完成对所述多个预制构件的吊装。
2.如权利要求1所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在步骤一中，对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊同时或异时进行三维激光扫描。
3.如权利要求2所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，通过三维激光扫描仪实现对所述多个预制构件、施工现场和施工塔吊的三维激光扫描。
4.如权利要求3所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，所述三维激光扫描仪的数量为一个或多个。
5.如权利要求1-4任一项所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在设置的第一坐标系中对所述多个预制构件进行三维激光扫描，在设置的第二坐标系中对装配所述预制构件施工现场进行三维激光扫描，在设置的第三坐标系中对吊装所述预制构件的施工塔吊进行三维激光扫描。
6.如权利要求5所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在多个观测点对任一所述预制构件进行三维激光扫描并在所述第一坐标系中将任一所述预制构件的多个观测点的扫描数据合并，在多个观测点对所述施工现场进行三维激光扫描并在所述第二坐标系中将扫描数据合并，在多个观测点对所述施工塔吊进行三维激光扫描并在所述第三坐标系中将扫描数据合并。
7.如权利要求6所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在步骤二中，在同一空间坐标系中，根据合并后的所述多个所述预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
8.如权利要求5所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在步骤二中，在所述第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系中的任一坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述预制构件、施工现场以及施工塔吊的扫描数据分别建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
9.如权利要求1所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在步骤一中，任一所述预制构件为墙、楼板、梁、柱、楼梯、阳台板、空调板或女儿墙。
10.如权利要求9所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，所述预制构件的数量为多个，多个所述预制构件包括墙、楼板和柱。
11.如权利要求1所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在步骤一中，所述施工现场为建筑的楼层平面。
12.如权利要求1所述的装配式建筑的预制构件的吊装方法，其特征在于，在步骤二中，在同一空间坐标系中，根据三维激光扫描获得的所述多个预制构件的吊点、多个预制构件的定位点、施工现场的目标点、施工塔吊的吊钩点、施工塔吊的旋转轴线和行程小车的吊设点的空间位置建立所述多个预制构件、施工现场以及施工塔吊的三维模型。
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