CN105550422A - 一种基于bim技术在吊装工艺的模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业设备的吊装工艺模拟方法，特别涉及一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法。基于BIM技术的吊机参数化模块，进行吊机选型，确定吊机站位、吊装路径，并对吊装全过程进行可视化模拟，最大程度上排除吊装过程中的不确定性，为吊装专项方案的论证和交底提供一种全新的方法。本发明通过对施工前期创建干熄焦3D信息数据模型的二次利用结合仪器现场模拟碰撞，为优化施工方案提供信息，手段独特，具有相当的推广价值。
Description
技术领域
本发明工业设备的吊装工艺模拟方法，特别涉及一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法。
背景技术
提升机是干熄焦系统的关键设备，总重约185t，车架重约45t，位于干熄焦本体框架+45.22m轨道上，车轮2跨距12m。传统的方法是将车架在地面组装好整体吊装，根据吊装现场情况，需要500吨以上的汽车吊才能完成吊装任务。而目前国内500吨以上汽车吊数量较少，租赁必须提前预约，而且经常受其它因素影响，不能按期到达，进而影响整体工期。
传统方案存在的现场吊机站位场地受限、500t吊车资源稀缺等问题，不具备整体吊装条件，需对提升机车架进行合理拆分，利用现场塔吊配合220吨吊机完成吊装。结合现场实际情况以及220t汽车吊性能表，吊车站位需要非常精准，才能保证安装无碰撞，而采用AUTOCAD软件模拟不能保证一次吊装成功。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种通过对施工前期创建干熄焦3D信息数据模型的二次利用，以干熄焦关键设备提升机的吊装为主要对象，运用BIM技术辅助吊机选型，确定吊机站位、吊装路径，最大程度上排除吊装过程中的不确定性的一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法，其特征在于，
步骤1，吊机参数化模块进行基于BIM的吊机参数化建立：吊机参数化模块依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型，吊机伸杆长度和仰角也能自动变化，并创建吊机起重臂伸杆参数、仰杆参数和摆杆参数；
其中，仰杆角度对应关键帧600帧为仰杆参数，摆杆参数为操作驾驶室旋转的角度，在270帧处设置为0°，然后每三帧为1°，小于270帧的为左转，大于270帧的为右转。伸杆、仰杆和摆杆三个参数，每一帧的状态组合起来，在同一时间线，能够形成新的状态。
步骤2：杆长仰角确定模块基于逆推法确定杆长仰角，具体包括：
步骤2.1、标定子单元根据吊装作业安全规范和提升机车架主梁所处的提升机车架顶面标高，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，预留出安全距离一点、安全距离点二，距离为1m。
步骤2.2、仰角位置确定子单元从起重臂顶部15到被吊物左侧1m的点作射线，从而得知吊机吊装过程中最大仰角；所述被吊物左侧1m也就是安全距离点二位置；
步骤3：基于BIM碰撞确定吊机站位，具体包括：
步骤3.1、将吊机在干熄焦中心轴线上进行初步位移调整；
步骤3.2、根据吊机起重臂的摆杆路径制作锥体，锥体的锥段外边缘为起重臂最大仰角吊装的运行轨迹；
步骤3.3、基于BIM进行碰撞测试；将干熄焦框架和起重臂摆杆路径导入到Navisworks中进行碰撞检测，添加测试，选择起重臂摆杆路径和提升机轨道梁进行检测，设置类型为间隙，公差为1m，进行测试，检测到碰撞；查看结果，在标高为45.11m处有碰撞，碰撞距离为0.33m，吊机在干熄焦中心轴线上后退0.67m即满足吊装要求；
步骤4：模拟单元进行吊装模拟：模拟单元基于3dsmax以及Lumion对吊装全过程进行可视化模拟，具体是按吊装施工步骤设定吊机伸杆、仰杆和摆杆的动画，钢丝绳模型长度设定为起吊之前的最短长度，并按最高长度的要求重复复制，即多个钢丝绳模型拼接成一个长的钢丝绳模型，以便完成钢丝绳的伸缩模拟。将3dsmax动画采用FBX格式导入到Lumion中，根据动画进行漫游动画的视点安排。
在上述的一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法，步骤1中，依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型的具体方法是基于BIM操作，具体方法是：
步骤1.1、由吊机模型制作模块进行吊机模型的获取：具体是根据吊机参数表速查手册，结合收集的吊机图片，获取一个吊机模型，将车轮与车身链接，操作驾驶室与车身链接，起重臂与操作驾驶室链接，钢丝绳与起重臂顶部链接，勾头与钢丝绳5链接。
步骤1.2、由移动参数设置模块进行车轮跟随车身的移动参数设置，具体方法是：
首先用户通过选取子单元选择车身连线参数中的X坐标位置，车身反馈一拾取虚线，将此虚线拾取到车轮上释放后，反馈子单元将车身和车轮建立关联并反馈弹出选择菜单，用户选择反馈子单元中反馈弹出的选择菜单中的Y轴旋转后，关联子单元接收反馈子单元发出的Y轴旋转指令，并反馈弹出一参数关联菜单，其中，车身的X位置和车轮的Y轴旋转两个参数以黄色显示，车身为主动量，驱动车轮，即可在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，车身的X位置移动的距离除以车轮的周长就等于车轮的Y轴旋转的度数，然后由连接子单元完成表达式的设置，按照以上方式完成所有车轮跟随车身的移动参数设置。
步骤1.3、由关联参数设置模块进行起重臂与钢丝绳的关联参数的设置，按照1.2步骤，用户选择起重臂顶部主杆的Y轴旋转和钢丝绳的Y轴旋转，起重臂为主动量，驱动钢丝绳，在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，起重臂顶部主杆的Y轴旋转的角度与钢丝绳的Y轴旋转的角度相反，因此在参数关联菜单中的右下方设置-Y轴旋转，然后点击由连接子单元完成表达式的设置。
因此，本发明具有如下优点：通过对施工前期创建干熄焦3D信息数据模型的二次利用，以干熄焦关键设备提升机的吊装为主要对象，运用BIM技术辅助吊机选型，确定吊机站位、吊装路径，最大程度上排除吊装过程中的不确定性。
附图说明
图1为本发明中应用3dsmax软件制作吊机软件界面示意图。
图2为本发明中伸杆参数示意图。
图3为本发明中仰杆参数示意图。
图4为本发明中伸杆、仰杆、摆杆参数的原始点在同一时间线上的示意图。
图5为本发明中伸杆、仰杆、摆杆参数的非原始点在同一时间线上的示意图。
图6为图5的参数吊机状态示意图。
图7为本发明中吊机起重臂杆长、仰角逆推法示意图一。
图8为本发明中吊机起重臂杆长、仰角逆推法示意图二。
图9为本发明中吊机起重臂杆长、仰角逆推法示意图三。
图10为本发明中吊机位于干熄焦中心轴线上的示意图。
图11为本发明中采用锥体模拟摆杆路径的示意图。
图12为本发明中采用Navisworks软件检测干熄焦框架和摆杆路径碰撞的示意图。
图13为图12的碰撞报告。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，1、车身；2、车轮；3、操作驾驶室；4、起重臂；5、钢丝绳；6、勾头；7、伸杆参数；8、仰杆参数；9、摆杆参数；10、时间线；11、提升机车架顶面标高；12、提升机车架主梁；13、安全距离一；14、安全距离二；15、起重臂顶部；16、射线；17、锥体。
实施例：
下面介绍一下采用该吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法的具体步骤，主要包括：
步骤1，吊机参数化模块进行基于BIM的吊机参数化建立：吊机参数化模块依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型，吊机伸杆长度和仰角也能自动变化，并创建吊机起重臂伸杆参数7、仰杆参数8和摆杆参数9；依据吊机参数表，创建吊机起重臂伸杆参数7、仰杆参数8和摆杆参数9。设定吊机起重臂4长61m的关键帧为610帧为伸杆参数7，如图2，仰杆角度对应关键帧600帧（75°×8帧）为仰杆参数8，如图3，摆杆参数9为操作驾驶室3旋转的角度，在270帧处设置为0°，然后每三帧为1°，小于270帧的为左转，大于270帧的为右转。伸杆、仰杆和摆杆三个参数，每一帧的状态组合起来，在同一时间线10，软件可以自动处理并形成新的状态，如图2、图3、图4、图5；建立全参数驱动的吊车模型的具体步骤包括：
a、由吊机模型制作模块进行吊机模型的获取：具体是根据吊机参数表速查手册，结合收集的吊机图片，获取一个吊机模型，将车轮2与车身1链接，操作驾驶室3与车身1链接，起重臂4与操作驾驶室3链接，钢丝绳5与起重臂4顶部链接，勾头6与钢丝绳5链接。
b、首先用户通过选取子单元选择车身1连线参数中的X坐标位置，车身1反馈一拾取虚线，将此虚线拾取到车轮2上释放后，反馈子单元将车身1和车轮2建立关联并反馈弹出选择菜单，用户选择反馈子单元中反馈弹出的选择菜单中的Y轴旋转后，关联子单元接收反馈子单元发出的Y轴旋转指令，并反馈弹出一参数关联菜单，其中，车身1的X位置和车轮2的Y轴旋转两个参数以黄色显示，车身1为主动量，驱动车轮2，即可在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，车身1的X位置移动的距离除以车轮2的周长就等于车轮2的Y轴旋转的度数，然后由连接子单元完成表达式的设置，按照以上方式完成所有车轮2跟随车身1的移动参数设置；。
c、由关联参数设置模块进行起重臂4与钢丝绳5的关联参数的设置，按照1.2步骤，用户选择起重臂4顶部主杆的Y轴旋转和钢丝绳5的Y轴旋转，起重臂4为主动量，驱动钢丝绳5，在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，起重臂4顶部主杆的Y轴旋转的角度与钢丝绳5的Y轴旋转的角度相反，因此在参数关联菜单中的右下方设置-Y轴旋转，然后点击由连接子单元完成表达式的设置。
步骤2：逆推法确定杆长仰角。
1、根据吊装作业安全规范和被吊物（提升机车架主梁12）所处的高度位置（提升机车架顶面标高11，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，预留出安全距离一13、安全距离二14，距离为1m，如图7。
2、从起重臂顶部15到被吊物左侧（安全距离二14）1m的点作射线16，如图8，从而得知吊机吊装过程中最大仰角，本实例中为75°，如图9。
步骤3：基于BIM碰撞确定吊机站位
1、将吊机在干熄焦中心轴线上进行初步位移调整，如图10。
2、根据吊机起重臂4的摆杆路径制作锥体17，锥体的锥段外边缘为起重臂4最大仰角吊装的运行轨迹，如图11。
3、采用软件碰撞测试。将干熄焦框架和起重臂4摆杆路径导入到Navisworks中进行碰撞检测，添加测试，选择起重臂4摆杆路径和提升机轨道梁进行检测，设置类型为间隙，公差为1m，如图12，进行测试，检测到碰撞1。查看报告，在标高为45.11m处有碰撞，碰撞距离为0.33m，如图13。吊机在干熄焦中心轴线上后退0.67m即满足吊装要求。
步骤4：吊装模拟。
利用3dsmax、Lumion对吊装全过程进行可视化模拟。按吊装施工步骤设定吊机伸杆、仰杆和摆杆的动画，钢丝绳5模型长度设定为起吊之前的最短长度，并按最高长度的要求重复复制，即多个钢丝绳5模型拼接成一个长的钢丝绳5模型，以便完成钢丝绳5的伸缩模拟。将3dsmax动画采用FBX格式导入到Lumion中，根据动画进行漫游动画的视点安排。（Lumion自带环境构建系统，构建环境像玩游戏一样轻松，可继承3dsmax中位移、缩放、旋转动画，但不能继承3dsmax的可编辑多边形、蒙皮动画，而3dsmax的钢丝绳5模型伸缩动画就是可编辑多边形的点控制动画，无法被Lumion识别，因此采用多段结构的钢丝绳5重叠在一起，伸长时逐步外伸的方法。）在本步骤中，其中钢丝绳的伸缩模拟是可视化展现的创新点，由于3dsmax的可编辑多边形的动画不被Lumion识别，采用的多个钢丝绳重叠的方式，伸长就跟天线伸长的原理相似，才能在Lumion里完美表现。
以上步骤为吊装工程前期（干熄焦框架未完成），按方案要求结合施工现场作业条件和班组情况作详细交底，并确定指挥人员。根据BIM模拟1:1场地布置情况对项目部管理人员和班组人员进行吊装前场地可视化交底，明确吊机进场路线、吊机站位。吊装过程中明确吊点位置，制定吊点防滑移措施。严格按照方案中所确定吊机机型、规格和吊绳型号、规格及强度系数，确保吊车臂在方案中选用的工作半径与工作仰角满足实际要求。明确吊装过程中的检测监控措施，加强安全措施针对性。在施工时按作业环境做好各种事故的隐患排查。发现隐患要立即整改，采取可靠的防护措施，并定人、定措施、定期完成整改。
如果吊装工程前期，干熄焦框架已经完成，以上步骤3还可以采用固定在活动支架上的光束发射装置，如激光笔，测距装置等，光束发射装置能旋转模拟吊机起重臂4的摆杆路径，光束无限延长，距离大于吊装的范围，说明无碰撞，本实例中采用吊杆碰撞测试仪，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，通过检测碰撞，调节吊杆碰撞测试仪的位置，精确定位。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1、车身；2、车轮；3、操作驾驶室；4、起重臂；5、钢丝绳；6、勾头；7、伸杆参数；8、仰杆参数；9、摆杆参数；10、时间线；11、提升机车架顶面标高；12、提升机车架主梁；13、安全距离一；14、安全距离二；15、起重臂顶部；16、射线等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (2)
1.一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法，其特征在于，
步骤1，吊机参数化模块进行基于BIM的吊机参数化建立：吊机参数化模块依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型，吊机伸杆长度和仰角也能自动变化，并创建吊机起重臂伸杆参数（7）、仰杆参数（8）和摆杆参数（9）；
其中，仰杆角度对应关键帧600帧为仰杆参数（8），摆杆参数（9）为操作驾驶室（3）旋转的角度，在270帧处设置为0°，然后每三帧为1°，小于270帧的为左转，大于270帧的为右转；伸杆、仰杆和摆杆三个参数，每一帧的状态组合起来，在同一时间线（10），能够形成新的状态；
步骤2：杆长仰角确定模块基于逆推法确定杆长仰角，具体包括：
步骤2.1、标定子单元根据吊装作业安全规范和提升机车架主梁（12）所处的提升机车架顶面标高（11），将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，预留出安全距离一点（13）、安全距离点二（14），距离为1m；
步骤2.2、仰角位置确定子单元从起重臂顶部（15）到被吊物左侧1m的点作射线（16），从而得知吊机吊装过程中最大仰角；所述被吊物左侧1m也就是安全距离点二位置；
步骤3：基于BIM碰撞确定吊机站位，具体包括：
步骤3.1、将吊机在干熄焦中心轴线上进行初步位移调整；
步骤3.2、根据吊机起重臂（4）的摆杆路径制作锥体（17），锥体的锥段外边缘为起重臂（4）最大仰角吊装的运行轨迹；
步骤3.3、基于BIM进行碰撞测试；将干熄焦框架和起重臂（4）摆杆路径导入到Navisworks中进行碰撞检测，添加测试，选择起重臂（4）摆杆路径和提升机轨道梁进行检测，设置类型为间隙，公差为1m，进行测试，检测到碰撞（1）；查看结果，根据碰撞距离，吊机在干熄焦中心轴线上进行调整，满足吊装要求；
步骤4：模拟单元进行吊装模拟：模拟单元基于3dsmax以及Lumion对吊装全过程进行可视化模拟，具体是按吊装施工步骤设定吊机伸杆、仰杆和摆杆的动画，钢丝绳（5）模型长度设定为起吊之前的最短长度，并按最高长度的要求重复复制，即多个钢丝绳（5）模型拼接成一个长的钢丝绳（5）模型，以便完成钢丝绳（5）的伸缩模拟；将3dsmax动画采用FBX格式导入到Lumion中，根据动画进行漫游动画的视点安排。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法，其特征在于，步骤1中，依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型的具体方法是基于BIM操作，具体方法是：
步骤1.1、由吊机模型制作模块进行吊机模型的获取：具体是根据吊机参数表速查手册，结合收集的吊机图片，获取一个吊机模型，将车轮（2）与车身（1）链接，操作驾驶室（3）与车身（1）链接，起重臂（4）与操作驾驶室（3）链接，钢丝绳（5）与起重臂（4）顶部链接，勾头（6）与钢丝绳（5）链接；
步骤1.2、由移动参数设置模块进行车轮（2）跟随车身（1）的移动参数设置，具体方法是：
首先用户通过选取子单元选择车身（1）连线参数中的X坐标位置，车身（1）反馈一拾取虚线，将此虚线拾取到车轮（2）上释放后，反馈子单元将车身（1）和车轮（2）建立关联并反馈弹出选择菜单，用户选择反馈子单元中反馈弹出的选择菜单中的Y轴旋转后，关联子单元接收反馈子单元发出的Y轴旋转指令，并反馈弹出一参数关联菜单，其中，车身（1）的X位置和车轮（2）的Y轴旋转两个参数以黄色显示，车身（1）为主动量，驱动车轮（2），即可在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，车身（1）的X位置移动的距离除以车轮（2）的周长就等于车轮（2）的Y轴旋转的度数，然后由连接子单元完成表达式的设置，按照以上方式完成所有车轮（2）跟随车身（1）的移动参数设置；
步骤1.3、由关联参数设置模块进行起重臂（4）与钢丝绳（5）的关联参数的设置，按照1.2步骤，用户选择起重臂（4）顶部主杆的Y轴旋转和钢丝绳（5）的Y轴旋转，起重臂（4）为主动量，驱动钢丝绳（5），在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，起重臂（4）顶部主杆的Y轴旋转的角度与钢丝绳（5）的Y轴旋转的角度相反，因此在参数关联菜单中的右下方设置-Y轴旋转，然后点击由连接子单元完成表达式的设置。
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