CN107292947A - 基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法，它包括如下步骤：步骤一：构件制作；步骤二：构件扫描；步骤三：点云处理；步骤四：构件逆向建模；步骤五：构件误差校核；步骤六：结构整体拼接；步骤七：整体拼装误差检验；步骤八：预拼装结束；本发明能完整的反映包括螺栓孔、细小隐蔽零件在内的构件所有信息；通过逆向建模，将存储数量巨大的点云数据拟合为实体模型，为后续的预拼装操作及实体模型显示减少了数据量，减少了计算机负担，大大提高计算机预拼装的效率；利用基于优化算法的数字预拼装技术，将拟合的实体构件模型进行最优化预拼装。

Description

基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法

技术领域

本发明涉及一种建筑钢结构数字化预拼装方法，具体的说是基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法。

背景技术

超高层建筑中的加强层（桁架层）、大跨度场馆、机场、火车站等钢结构的构件形式比较复杂，且构件之间具有很强的空间关联性，因此构件之间对接口的制作精度要求很高，有时仅靠控制单根构件精度仍无法满足现场拼装与安装要求。为了解决这一难题，一般情况下，对于复杂的大型构件，通常要求在加工厂进行实体预拼装。

传统的构件预拼装要有较宽阔平整的场地、较大的起重设备、高于12m以上的作业空间以及根据预拼装构件类型所设置的胎架，胎架多用H型钢或圆管制作，其设置间距需满足拼装构件的竖向受力和侧向刚度，胎架用量较大。同时，构件应在自由状态下拼装，连接螺栓应能顺利穿入孔内。预拼装方法分为整体预拼装、分段预拼装和分层预拼装。

伴随着计算机及三维测量技术的发展，有些学者引入了基于测量的模拟预拼装技术，它是采用GPS测量构件接口的关键点坐标，把测量的局部坐标系统转成全局坐标系，通过比较接口两边对应关键点的坐标来检查拼装的质量。这种方法大大地提高了预拼装的效率，降低了成本，在很多项目上都有应用，如上海中心，深圳平安金融中心等。模拟预拼装技术是根据各构件之间的空间关联性，在对构件接口的特征点进行坐标采集的基础上进行坐标转换，并在专用软件中进行数字建模，从而达到精度分析的一种方法。

传统的实体预拼装技术及基于测量的模拟预拼装技术都有其局限性。传统实体预拼装方法往往需要大量场地、多台起重吊装设备以及大量的胎架，消耗大量的人力物力，对于焊接接口，预拼装时还不能进行焊接，只能通过增设临时支撑或连接件等措施来实现对接口的连接，不仅耗费财力，而且还存在安全隐患，因此，传统实体预拼装方法存在效率低、成本高、工期长及安全隐患多等缺点。基于测量的模拟预拼装技术虽然减少了对大型场地及吊装设备的要求，弥补了传统实体预拼装技术的不足，但是通过构件接口的特征点的坐标比对来模拟预拼装，不能完整地反映拼装结构的所有信息。例如复杂连接的使用就有局限性，由于控制点的数量有限，对于螺栓孔、隐蔽位置连接等不可能测出全部精确坐标信息，从而不能得到准确的预拼装结果。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法，解决传统实体预拼装占用大量拼装场地与大型起重设备、耗时耗力及存在安全隐患的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：构件制作；

建立钢结构深化模型，加工厂根据钢结构深化后的施工图纸对构件进行加工制作；

步骤二：构件扫描；

利用三维激光扫描设备对加工好的构件进行扫描，或者对局部已经拼装好的构件进行扫描，形成构件的全息点云数据模型；

步骤三：点云处理；

对点云数据模型进行拼接、降噪、精简处理；

步骤四：构件逆向建模；

对上一步处理好的点云数据模型进行逆向建模，通过钢结构的几何特征提取，对钢构件截面进行拟合形成构件模型；

步骤五：构件误差校核；

将构件点云数据模型及逆向建模后的构件模型与深化模型进行相互对比，对构件进行误差校核，检验构件是否合格，不合格构件返回到步骤一；

步骤六：结构整体拼接；

若构件合格，将逆向建模形成的构件模型，进行自动预拼装，对构件预拼装进行纠偏；

步骤七：整体拼装误差检验；

将预拼装完成的实体模型与深化模型进行对比，找出预拼装模型各连接部位数值偏差，与《钢结构工程施工质量验收规范》要求比对，给出检测数据，如果不满足要求，返回到步骤一；

步骤八：预拼装结束；

数字化模拟预拼装检测通过后，出具模拟预拼装报告，指导钢结构的现场拼装与安装。

本发明的有益效果是：通过三维扫描技术得到构件的全息点云，能完整的反映包括螺栓孔、细小隐蔽零件在内的构件所有信息；通过逆向建模，将存储数量巨大的点云数据拟合为实体模型，为后续的预拼装操作及实体模型显示减少了数据量，减少了计算机负担，大大提高计算机预拼装的效率；利用基于优化算法的数字预拼装技术，将拟合的实体构件模型进行最优化预拼装。基于三维扫描及逆向建模技术的建筑钢结构数字化预拼装技术既可以达到传统实体预拼装的效果，又具备了比基于测量的模拟预拼装技术更优的特点，是钢结构预拼装技术未来的一个发展方向。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示：一种基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：构件制作；

通过钢结构详图软件建立钢结构深化模型，加工厂根据钢结构深化后的施工图纸对构件进行加工制作；

步骤二：构件扫描；

利用三维激光扫描设备对加工好的构件进行扫描，或者对局部已经拼装好的构件进行扫描，形成构件的全息点云数据模型；

步骤三：点云处理；

通过点云处理软件对点云数据模型进行拼接、降噪、精简处理，将除点云数据模型以外的其他数据全部清除以达到对点云数据模型进行下一步处理的准备条件；

步骤四：构件逆向建模；

通过逆向建模软件对上一步处理好的点云数据模型进行逆向建模，通过钢结构的几何特征提取，对钢构件截面进行拟合形成构件模型；

步骤五：构件误差校核；

将构件点云数据模型及逆向建模后的构件模型与深化模型进行相互对比，对构件进行误差校核，检验构件是否合格，不合格构件返回到步骤一；其偏差能确定构件连接是否可行，且逆向模型抽取了形状，存储量小，使用方便；

步骤六：结构整体拼接；

若构件合格，将逆向建模形成的构件模型，通过拼装软件进行自动预拼装，基于优化算法对构件预拼装进行纠偏，使拼装效果达到最优；

步骤七：整体拼装误差检验；

将预拼装完成的实体模型与深化模型进行对比，找出预拼装模型各连接部位数值偏差，与《钢结构工程施工质量验收规范》要求比对，给出检测数据，如果不满足要求，返回到步骤一；

步骤八：预拼装结束；

数字化模拟预拼装检测通过后，出具模拟预拼装报告，指导钢结构的现场拼装与安装。

传统的实体预拼装技术与基于测量的模拟预拼装技术都有其局限性。传统实体预拼装方法往往需要大量场地、多台起重吊装设备以及大量的胎架，消耗大量的人力物力，对于焊接接口，预拼装时还不能进行焊接，只能通过增设临时支撑或连接件等措施来实现对接口的连接，不仅耗费财力，而且还存在安全隐患，因此，传统实体预拼装方法存在效率低、成本高、工期长及安全隐患多等缺点。基于测量的模拟预拼装技术虽然减少了对大型场地及吊装设备的要求，弥补了传统实体预拼装技术的不足，但是通过构件接口的特征点的坐标比对来模拟预拼装，不能完整地反映拼装结构的所有信息。例如复杂连接的使用就有局限性，由于控制点的数量有限，对于螺栓孔、隐蔽位置连接等不可能测出全部精确坐标信息，从而不能得到准确的预拼装结果。

基于三维扫描及逆向建模技术的建筑钢结构数字化预拼装技术，相比现有预拼装技术具有以下特点与优点：通过三维扫描技术得到构件的全息点云，能完整的反映包括螺栓孔、细小隐蔽零件在内的构件所有信息；通过逆向建模，将存储数量巨大的点云数据拟合为实体模型，为后续的预拼装操作及实体模型显示减少了数据量，减少了计算机负担，大大提高计算机预拼装的效率；利用基于优化算法的数字预拼装技术，将拟合的实体构件模型进行最优化预拼装。基于三维扫描及逆向建模技术的建筑钢结构数字化预拼装技术既可以达到传统实体预拼装的效果，又具备了比基于测量的模拟预拼装技术更优的特点，是钢结构预拼装技术未来的一个发展方向。

Claims (1)

1.一种基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤一：构件制作；

建立钢结构深化模型，加工厂根据钢结构深化后的施工图纸对构件进行加工制作；

步骤二：构件扫描；

利用三维激光扫描设备对加工好的构件进行扫描，或者对局部已经拼装好的构件进行扫描，形成构件的全息点云数据模型；

步骤三：点云处理；

对点云数据模型进行拼接、降噪、精简处理；

步骤四：构件逆向建模；

对上一步处理好的点云数据模型进行逆向建模，通过钢结构的几何特征提取，对钢构件截面进行拟合形成构件模型；

步骤五：构件误差校核；

将构件点云数据模型及逆向建模后的构件模型与深化模型进行相互对比，对构件进行误差校核，检验构件是否合格，不合格构件返回到步骤一；

步骤六：结构整体拼接；

若构件合格，将逆向建模形成的构件模型，进行自动预拼装，对构件预拼装进行纠偏；

步骤七：整体拼装误差检验；

将预拼装完成的实体模型与深化模型进行对比，找出预拼装模型各连接部位数值偏差，与《钢结构工程施工质量验收规范》要求比对，给出检测数据，如果不满足要求，返回到步骤一；

步骤八：预拼装结束；

数字化模拟预拼装检测通过后，出具模拟预拼装报告，指导钢结构的现场拼装与安装。