CN107944096A - 一种基于bim的装配式建筑预制构件模拟吊装方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法及系统，包括制定吊装方案；通过Revit建立施工现场的工况模型；通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装插件，通过模拟吊装插件对吊装模型中的组件进行运动副装配；计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程模拟；通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程。本发明仅通过Revit软件即可实现预制构件的模拟吊装过程，能够优化构件拆分方案和塔式起重机选型，操作简单，提高工作效率。

Description

一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法及系统

技术领域

本发明涉及装配式建筑施工技术领域,具体地说是一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法及系统。

背景技术

自2016年住建部提出“一体两翼”(“一体”指建筑体系的完善、成熟和可复制、可推广；“两翼”指以工程总承包模式承建装配式建筑和基于BIM技术的一体化设计)协同发展装配式建筑新思路以来，装配式建筑的发展已经开创了新局面，在建筑行业占比不断增大。

装配式建筑工程施工人员在预制构件吊装时，仅仅依据预制构件CAD详图制定吊装方案进行现场装配，存在因塔式起重机选型和预制构件拆分不合理导致的返工严重、延误工期、建造效率低下等诸多问题。

随着虚拟现实技术及计算机仿真等技术的推广应用，使利用计算机软件对装配式建筑工程吊装方案模拟成为可能。建筑工程领域中的模拟吊装系统均集中在现浇结构，且不具备分析起重机选型和拆分构件是否匹配的功能。现有的对吊装的模拟需要借助计算机辅助制造平台完成模拟吊装过程，软件平台多，操作繁琐，工作效率低。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法及系统，利用Revit一个软件即可实现预制构件模拟吊装的整个过程，操作简单，工作效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法，包括以下步骤：

制定吊装方案；

通过Revit建立施工现场的工况模型；

通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装插件，对吊装模型中的组件进行运动副装配；

计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程的模拟；

通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程。

进一步地，在所述通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程之后，还包括对塔式起重机吊装安全性分析的步骤。

进一步地，所述对塔式起重机吊装安全性分析的具体过程为：

建立吊具模型，获取吊具材质参数，确定吊具与感应器的连接方式；

建立构件模型，获取构件重量，计算吊具和构件的重量，获取吊装过程中吊钩的最大荷载；

分析吊钩最大荷载和许用荷载，判断塔式起重机吊装过程的安全性。

进一步地，在对吊装过程的模拟中还包括设置预警干涉参数信息，在超过预警干涉参数信息时，进行预警停止操作。

进一步地，所述预警干涉参数信息包括碰撞参数和叠合板吨位参数。

进一步地，所述通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程的实现过程为：

获取模拟吊装的位置；

将获取的位置与预设吊装位置进行比较，查看两者是否一致；

若是，则按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；

若否，则调整三维吊装模型中塔吊和预制构件的参数信息，对调整后的模拟吊装位置进行重新获取和比较，直至模拟吊装位置与预设吊装位置一致，按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装。

一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装系统，包括

文本编辑模块，用于制定吊装方案；

工况建模模块，通过Revit建立施工现场的工况模型；

三维吊装建模模块，通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装单元，对吊装模型中的组件进行运动副装配；

计算模块，用于计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程的模拟；

吊装展示模块，通过模拟吊装单元展现模拟吊装过程。

进一步地，所述系统还包括安全性分析模块，所述安全性分析模块用于获取吊装过程中吊钩的最大荷载，将最大荷载与许用荷载进行比较，判断塔式起重机吊装的安全性。

进一步地，所述计算模块还包括报警单元，所述报警单元设置预警干涉参数信息，在超过预警干涉参数信息时，进行预警停止操作。

进一步地，所述吊装展示模块包括：

获取单元，用于获取模拟吊装的位置；

比对单元，用于将获取的位置与预设吊装位置进行比较，查看两者是否一致；

第一操作单元，用于按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；

第二操作单元，用于调整三维吊装模型中塔吊和预制构件的参数信息，对调整后的模拟吊装位置进行重新获取和比较，直至模拟吊装位置与预设吊装位置一致，按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；

在获取的位置与预设吊装位置一致时，调用所述第一操作单元；在获取的位置与预设吊装位置不一致时，调用所述第二操作单元。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、利用Revit软件创建预制构件的三维吊装模型，通过在Revit中添加模拟吊装插件，进行吊装过程的模拟，仅通过Revit软件即可实现预制构件的模拟吊装过程，操作简单，提高工作效率。

2、在模拟吊装的过程中，添加预警干涉功能，通过获取碰撞参数、叠合板吨位等参数信息，对超过设定阈值的情况进行预警停止，保证施工过程的安全性和模拟过程的可靠性。

3、获取模拟吊装的位置，并与预设吊装位置进行比较，保证三维吊装模拟中塔吊各部分的参数与预设方案的一致性，若不一致，进一步优化构件拆分方案和塔式起重机选型，确保模拟吊装过程的准确和可靠性。

4、根据整个吊装过程中吊钩能够承受的最大荷载，对塔式起重机吊装安全性进行分析，确保吊装过程的顺序进行。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图；

图2是本发明方法中展现模拟吊装过程的流程示意图；

图3是本发明方法中对塔式起重机吊装进行安全性分析的流程示意图；

图4是本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法，包括以下步骤：

S1，制定吊装方案；

S2，通过Revit建立施工现场的工况模型；

S3，通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装插件，通过模拟吊装插件对吊装模型中的组件进行运动副装配；

S4，计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程的模拟；

S5，通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程。

在上述实施例的基础上，在步骤S5之后，还包括步骤S6，对吊具安全性分析。

步骤S1中，制定的吊装方案包括吊装形式的选择、塔吊型号的初选、塔吊的位置等。

步骤S2中，通过查看装配式建筑施工现场现有建筑物的设计图纸以及现场测量，掌握详细的现场工况数据资料，在Revit软件中绘制在建工程周围的各种场景，包括活动板房、周围建筑、塔吊等视景，将这些工况模型按照1:1的比例在软件模型中体现。

步骤S3中，通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，为了精确地模拟吊装过程，在Revit中添加模拟吊装插件，在建立工况模型的基础上设置各种动画路径、施工现场以及预制构件、塔吊及吊具结构性能参数，进行模拟吊装施工。在建模过程中所用的塔吊旋转半径、承载吨位、大臂长度和预制构件的尺寸需要与实际吻合，例如预制桁架叠合板中混凝土用量0.58T，钢筋用量56.23kg，每种型号塔吊大臂各处吨位等参数。为了避免吊装模拟时，三维模型各部分的随意变动，提高对预制构件吊装模拟的精度，在创建三维吊装模型时，将吊装模型中各组件(塔吊、预制构件、吊具等)之间、组件内部进行运动副装配，运动副装配是仿真过程最基本的运功形式，将吊装过程中直接接触的两个组件组成可动连接，从而限制了相接触的两个组件之间的相对运动。

步骤S4中，通过模拟吊装插件，计算三维吊装模型中塔吊运动参数及预制构件的属性信息，这些参数包括但不仅限于额定吨位、动载吨位、提升速度、回转速度等，主要是吨位和重心信息。在计算过程中，依据计算塔吊小车提升速度、额定的吨位和构件重心等信息模拟吊装过程。

为了保证吊装过程的安全性，在模拟吊装插件中设置预警干涉参数信息，其中参数信息包括发生碰撞参数信息和叠合板吨位信息。当模拟过程中的相关参数超过施工要求或阈值时，将预警干涉情况设置为预警停止。例如桁架叠合板混凝土和钢筋的质量为0.6T，如果塔吊仅仅吊装这一块叠合板，预警停止的吨位设置大于0.6T，如果叠合板的吨位大于塔吊吨位，模拟吊装过程就会发出预警，并停止模拟。模拟吊装插件时时记录模拟吊装施工的数据，特别是塔吊站位、行走路线以及吊臂仰角等数据，以便对吊装施工进行数据分析。

如图2所示，步骤S5中，为了直观的展现构件吊装过程，在模拟吊装模型中获取模拟吊装位置，将这个位置和吊装方案的预设吊装位置进行比较，如果一致，则按照吊装方案的预设吊装位置吊装即可，如果不一致，调整三维吊装模型中塔吊的运动参数、塔吊型号、重新拆分预制构件，再获取预制构件重心等参数信息，进而再进行吊装过程的模拟，再次获取吊装位置，如果一致，则按照吊装方案的预设吊装位置吊装，如果不一致则重复调整塔吊的运动参数、塔吊型号，重新拆分预制构件，再获取预制构件重心等参数信息，直到从三维吊装模型中获取的吊装位置和预定方案的预设吊装位置一致为止。

步骤S6中，为了确保预制构件吊装过程能够顺利进行，通过模拟吊装插件对吊装过程中的塔式起重机吊装进行分析，分析吊具的安全系数。如图3所示，具体步骤是：

S61，建立吊具模型，获取吊具材质参数，并确定吊具与感应器的连接方式；

S62，建立构件模型，获取构件重量，计算吊具和构件的重量，获取吊装过程中吊钩的最大荷载；塔式起重机的载荷是指塔式起重机的吊钩起吊的吊具和构件的荷载值。

S63，分析吊钩最大荷载和许用荷载，判断塔式起重机吊装过程的安全性。如果吊具最大荷载小于吊具许用荷载，则判断吊装过程能够安全进行；反之，则判断吊装过程不能安全进行，需再重新设计吊具模型。

如图4所示，本发明还提供了一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装系统，系统包括依次连接的文本编辑模块、工况建模模块、三维吊装建模模块、计算模块、吊装展示模块和安全性分析模块。

文本编辑模块用于制定吊装方案；工况建模模块通过Revit建立施工现场的工况模型；三维吊装建模模块通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装单元，通过模拟吊装单元对吊装模型中的组件进行运动副装配；计算模块用于计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程的模拟；吊装展示模块通过模拟吊装单元展现模拟吊装过程；安全性分析模块用于获取吊装过程中吊钩的最大荷载，将最大荷载与许用荷载进行比较，判断塔式起重机吊装的安全性。

计算模块还包括报警单元，报警单元设置预警干涉参数信息，在超过预警干涉参数信息时，进行预警停止操作。

吊装展示模块包括获取单元、比对单元、第一操作单元和第二操作单元。

获取单元用于获取模拟吊装的位置；比对单元用于将获取的位置与预设吊装位置进行比较，查看两者是否一致；第一操作单元用于按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；第二操作单元用于调整三维吊装模型中塔吊和预制构件的参数信息，对调整后的模拟吊装位置进行重新获取和比较，直至模拟吊装位置与预设吊装位置一致，按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装。在获取的位置与预设吊装位置一致时，调用第一操作单元；在获取的位置与预设吊装位置不一致时，调用第二操作单元。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装方法，其特征是：包括以下步骤：

制定吊装方案；

通过Revit建立施工现场的工况模型；

通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装插件，对吊装模型中的组件进行运动副装配；

计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程的模拟；

通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：在所述通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程之后，还包括对塔式起重机吊装安全性分析的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述对塔式起重机吊装安全性分析的具体过程为：

建立吊具模型，获取吊具材质参数，确定吊具与感应器的连接方式；

建立构件模型，获取构件重量，计算吊具和构件的重量，获取吊装过程中吊钩的最大荷载；

分析吊钩最大荷载和许用荷载，判断塔式起重机吊装过程的安全性。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：在对吊装过程的模拟中还包括设置预警干涉参数信息，在超过预警干涉参数信息时，进行预警停止操作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述预警干涉参数信息包括碰撞参数和叠合板吨位参数。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：所述通过模拟吊装插件展现模拟吊装过程的实现过程为：

获取模拟吊装的位置；

将获取的位置与预设吊装位置进行比较，查看两者是否一致；

若是，则按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；

若否，则调整三维吊装模型中塔吊和预制构件的参数信息，对调整后的模拟吊装位置进行重新获取和比较，直至模拟吊装位置与预设吊装位置一致，按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装。

7.一种基于BIM的装配式建筑预制构件模拟吊装系统，其特征是：包括

文本编辑模块，用于制定吊装方案；

工况建模模块，通过Revit建立施工现场的工况模型；

三维吊装建模模块，通过Revit在工况模型的基础上创建预制构件的三维吊装模型，在Revit中添加模拟吊装单元，对吊装模型中的组件进行运动副装配；

计算模块，用于计算三维吊装模型中塔吊运动参数和预制构件的属性信息，进行吊装过程的模拟；

吊装展示模块，通过模拟吊装单元展现模拟吊装过程。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征是：所述系统还包括安全性分析模块，所述安全性分析模块用于获取吊装过程中吊钩的最大荷载，将最大荷载与许用荷载进行比较，判断塔式起重机吊装的安全性。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征是：所述计算模块还包括报警单元，所述报警单元设置预警干涉参数信息，在超过预警干涉参数信息时，进行预警停止操作。

10.根据权利要求7或8所述的系统，其特征是：所述吊装展示模块包括

获取单元，用于获取模拟吊装的位置；

比对单元，用于将获取的位置与预设吊装位置进行比较，查看两者是否一致；

第一操作单元，用于按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；

第二操作单元，用于调整三维吊装模型中塔吊和预制构件的参数信息，对调整后的模拟吊装位置进行重新获取和比较，直至模拟吊装位置与预设吊装位置一致，按照吊装方案中预设吊装位置进行吊装；

在获取的位置与预设吊装位置一致时，调用所述第一操作单元；在获取的位置与预设吊装位置不一致时，调用所述第二操作单元。