CN108298430A - 一种智能塔吊及应用该塔吊的建筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能建筑技术领域，具体为一种智能塔吊及应用该塔吊的建筑方法。所述塔吊，包括塔架、转盘、吊臂、塔吊跑车、施工装置、控制系统和信息采集系统，信息采集系统包括设置施工装置上的采集装置；对于施工工件为悬吊装置的情况，采集装置用于采集悬吊工件的工件参数信息；对于施工工件为浇注装置的情况，采集装置用于采集浇注装置所处位置的区域参数信息；所述信息采集提供将采集所得的工件参数信息和区域参数信息反馈至控制系统；控制系统控制转盘、塔吊跑车及施工装置运作。与现有技术技术相比，本发明提供的塔吊控制系统存有施工现场对应的BIM建筑信息模型，结合信息采集系统，即可实现施工装置自动、准确到达执行动作的位置。

Description

一种智能塔吊及应用该塔吊的建筑方法

技术领域

本发明属于智能建筑技术领域，具体为一种智能塔吊及应用该塔吊的建筑方法。

背景技术

现有技术中建筑结构施工技术主要包括：现浇整体式和装配整体式两种。现浇整体式实施步骤包括：现场模板下料、支模板、钢筋下料、绑扎钢筋、浇筑混凝土和现场养护。预制装配实施步骤包为：根据施工需求预制构件，然后将构件运送至施工现场实施安装。

上述两种方法均具有不同的缺点。对于现浇整体式，其现场的作业量大，人员多，工期也较长，环境污染较大。对于装配整体式：其结构整体性、刚度、抗震性能差，建筑高度上限制大，标准化使建筑尺寸要求具有局限性。因此，研发出一种同时能解决上述两种施工技术缺点的施工设备以及施工方法是本领域亟待解决的问题。

塔吊是建筑工程中常用的辅助机械，而现有技术中，不论是现场操控式塔吊，还是遥控式无人塔吊，其实现的功能较为单一，均为通过人工控制，实现辅助工件搬运或设备递送的功能，塔吊本身对对执行动作不具有判断性，自动化程度较低，对克服上述施工技术的缺陷效果并不显著。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能塔吊以及应用该智能塔吊的建筑方法。塔吊操作简便，应用人员少，所述建筑方法现场工作量少，建筑结构整体性、刚度、抗震性强。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种智能塔吊，包括塔架、转盘、吊臂、塔吊跑车以及施工装置；所述转吊臂通过转盘设置于所述塔架上部，与塔架转动连接；所述施工装置为悬吊装置或浇注装置，所述施工装置设置与塔吊跑车上；还包括控制系统和信息采集系统，信息采集系统包括设置施工装置上的采集装置；对于施工工件为悬吊装置的情况，采集装置用于采集悬吊工件的工件参数信息；对于施工工件为浇注装置的情况，采集装置用于采集浇注装置所处位置的区域参数信息；所述信息采集提供将采集所得的工件参数信息和区域参数信息反馈至控制系统；控制系统控制转盘、塔吊跑车及施工装置运作。

与现有技术技术相比，本发明提供的塔吊控制系统存有施工现场对应的BIM建筑信息模型，实现搬运工作时，通过采集工件上的参数信息，即可将工件运输到对应的位置。所述工件包括但不限于：模板、构件、钢筋、脚手架。所述工件参数信息包括但不限于：水平坐标信息、楼层信息。实现浇注工作时，塔吊根据控制模块内的BIM建筑信息模型，控制塔吊动作至对应位置，通过信息采集装置，读取所在位置的区域信息，所述区域信息包括但不限于：模具布局信息、模具结构信息，以实现对浇注动作实施的准确判断。

优选的，所述信息采集装置为信息码采集装置，所述信息码可为条形码或者二维码。采用信息码采集装置，只需建立与BIM建筑信息模型相对应的工件信息户，确定各个工件的运送位置信息，将该类信息转录为信息码，标注在工件上，信息码采集装置识别信息码上信息即可实现信息的准确传递。

优选的，所述信息采集装置设有人工信息输入装置，所述的人工信息输出装置可以为一般的微机、工控机等可进行所述区域信息录入及工件参数信息录入的人工信息输入装置，当信息采集装置的自动识别功能出现故障时，可人工录入信息，塔吊可根据人工录入信息，执行下一工序。

优选的，还包括施工装置位置校正系统，包括设置于转盘上的转动角度传感器，设置于塔吊跑车上的第一测距传感器，以及设置于施工装置得第二测距信息传感器；转动角度传感器，用于测量吊臂的转动角度；第一测距传感器，用于测量塔吊跑车与转盘之间的相对位置；第二测距传感器，用于测量施工装置与塔吊跑车之间的相对位置。施工装置校正系统，可通过转盘的转动信息、转盘与塔吊跑车的相对位置信息、施工装置于塔吊跑车的相对位置信息，准确地判断出施工装置相对于塔吊的实际位置。由于塔吊根据控制系统的建筑模型信息控制个组件的运动，各个组件的动作误差积累，导致塔吊的实际工作逐渐存在误差，因此通过设置施工装置位置校正系统提供施工装置的准确位置，控制系统可根据该信校正信息，对执行动作进行调整。

优选的，还包括图像采集系统，包括设置于吊臂上的第一摄像头，和设置在塔架上的第二摄像头，所述第二摄像头的设置的高度低于第一摄像头，所述图像采集系统可对施工现场实际状况进行信息采集，一方面可以对塔吊运行轨迹的障碍情况进行判断，避免出现意外，另一方面，对现场信息进行采集，控制系统可将现场实际信息和建筑模型信息进行比对，检测是否存在异常信息。第一摄像头和第二摄像头高度相错，便于简单获取现场的三维信息。

优选的，所述图像采集装置还包括设置于施工装置的第三摄像头，塔吊监控人员可通过观察第三摄像头的信息，对施工装置的施工情况进行监控。

优选的，所述施工装置外壳外侧设有周向设置的第三摄像头运行轨道，所述施工装置设有于驱动所述第三摄像头沿所述运行轨道运行的旋转驱动机构，与简单的设置可摆动摄像头相比，该种设置方式，摄像头可大范围的调节拍摄角度。

优选的，所述施工装置设有水箱，水箱上配设出水管，所述出水管的末端朝向所述第三摄像头，由于第三摄像头靠近施工位置，容易被污染，驱动水箱的水喷出，即可对第三摄像头实现清洁。

优选的，所述旋转驱动机构为驱动电机，所述第三摄像头通过连杆与驱动电机输出轴相连，所述连杆与电机输出轴相连的一端套设于电机输出轴的外侧；电机输出轴外围设有延轴向方向延伸的凸起，连杆与输出轴接触的端面设有于所述凸起相适配的凹槽，驱动电机的输出轴转动，带动连杆绕电机输出轴轴向转动；所述第三摄像头运行轨道为螺旋型轨道；电机输出轴带动连杆转动时，第三摄像头沿运行轨道螺旋上升或下降，由于建筑现场环境复杂，加上第三摄像头靠近施工区域，容易被污染，有可能被一般柔性的工业垃圾，废弃布料、塑料等覆盖或遮挡，实现螺旋上升，便于摆脱此类遮挡物。

优选的，所述水箱的周向截面呈环形的，形成贯穿水箱上下端面的通孔，所述驱动电机输出轴贯穿该通孔；所述水箱上设有进水口，所述水箱内设有适配其截面形状的活塞，活塞下部设有向下延伸的活塞杆，所述活塞杆贯穿水箱下端面与电机输出轴相连；所述活塞杆与电机输出轴之间通过丝杆结构连接，输出轴转动时，带动活塞杆沿竖直方向运动。该种结构，在第三摄像头位置移动时，同步驱动动水箱喷水，清洁第三摄像头，驱动简便。

本发明还公开一种应用智能塔吊的建筑方法，所述塔吊的施工装置为悬吊装置，包括以下步骤，

a)建立建筑场地的BIM建筑信息模型，将信息模型录入智能塔吊的控制系统；

b)基于BIM建筑信息模型，对建筑所需的工件标注参数信息相应的信息码；

c)将标注信息码的工件运送至建筑现场，智能塔吊通过信息采集系统逐件读取工件的信息码，并根据信息码将工件运送到相应位置。

本发明还公开另外一种应用智能塔吊的建筑方法，所述塔吊的施工装置为浇注装置，其特征在于：包括以下步骤，

a)建立建筑场地的BIM建筑信息模型，将信息模型录入智能塔吊的控制系统；

b)基于BIM建筑信息模型，对建筑所需的模具标注参数信息相应的信息码；

c)将标注信息码的模具根据BIM模型及模具信息码安装模具；

d)智能塔吊运行根据BIM建筑信息模型运行至对应模具所在位置，智能塔吊通过信息采集系统读取模具的信息码，并根据根据BIM建筑信息模型执行浇注工序。

上述两种方法，应用本发明所提供的智能塔吊，即可实现工件的快速传送、安装，也可以实现快速、准确执行浇注工序，与现有建筑方法相比，具有现场工作量少，执行人员少，工序自动化程度高的优点。

附图说明

图1本发明提供的智能塔吊结构示意图；

图2本发明提供的智能塔吊施工装置外壳结构示意图；

图3本发明提供的智能塔吊施工装置内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的一种优选的具体实施方式。

实施例一

参见图1，一种智能塔吊，包括塔架1、转盘2、吊臂3、塔吊跑车4以及施工装置5；所述吊臂3通过转盘2设置于所述塔架1上部，与塔架1转动连接；所述施工装置5为悬吊装置或浇注装置，所述施工装置5设置与塔吊跑车4上；还包括控制系统和信息采集系统(所述控制系统和信息采集系统图中未示)，信息采集系统包括设置施工装置上的采集装置；对于施工装置5为悬吊装置的情况，采集装置用于采集悬吊工件的工件参数信息；对于施工装置5为浇注装置的情况，采集装置用于采集浇注装置所处位置的区域参数信息；所述信息采集提供将采集所得的工件参数信息和区域参数信息反馈至控制系统；控制系统控制转盘2、塔吊跑车4及施工装置5运作。

需要特别说明所述工件包括但不限于：模板、构件、钢筋、脚手架。所述工件参数信息包括但不限于：水平坐标信息、楼层信息；所述区域信息包括但不限于：模具布局信息、模具结构信息，以实现对浇注动作实施的准确判断。

为了便于信息采集，需建立与BIM建筑信息模型相对应的工件信息库，工件上一般对应信息库标注条形码或者二维码，所述信息采集装置为信息码采集装置。上述信息采集系统为可根据获取的信息码图像进行自动识别，为了避免该自动识别功能故障时，导致智能塔吊整体功能受严重影响，所述信息采集装置还包括一个与自动识别功能模块并列设置的微机系统，操作人员可通过该微机系统，录入工件参数信息。

由于塔吊根据控制系统的建筑模型信息控制个组件的运动，各个组件的动作误差积累，导致塔吊的实际工作逐渐存在误差，因此智能塔吊施工装置位置校正系统，包括设置于转盘2上的转动角度传感器(图中未示)，设置于塔吊跑车4上的第一测距传感器(图中未示)，以及设置于施工装置5得第二测距信息传感器(图中未示)；转动角度传感器，用于测量吊臂3的转动角度；第一测距传感器，用于测量塔吊跑车4与转盘2之间的相对位置；第二测距传感器，用于测量施工装置5与塔吊跑车4之间的相对位置。施工装置校正系统，可通过转盘的转动信息、转盘与塔吊跑车的相对位置信息、施工装置于塔吊跑车的相对位置信息，准确地判断出施工装置相对于塔吊的实际位置，施工装置校正系统，将上述获取的施工装置5的位置信息反馈至控制系统，控制系统将该位置信息，与所需执行动作指令位置信息进行对比，根据对比的差异，调整转盘2、塔吊跑车4以及施工装置5的运作，调整位置。

智能塔吊还设有图像采集系统，包括设置于吊臂3上的第一摄像头，和设置在塔架2上的第二摄像头，以及设置于施工装置5上的第三摄像头。所述第一摄像头及第二摄像头用于对施工现场的实况信息进行采集，将采集到的实况信息反馈到控制系统，控制系统参获取该实况信息，一方面可以对塔吊运行轨迹的障碍情况进行判断，避免出现意外，另一方面，对现场信息进行采集，控制系统可将现场实际信息和建筑模型信息进行比对，检测是否存在异常信息。所述第二摄像头的设置的高度低于第一摄像头，便于简单获取现场的三维信息。塔吊监控人员可通过观察第三摄像头的信息，对施工装置5的施工情况进行监控。

参见图2和图3，所述施工装置5外壳外侧设有周向设置的第三摄像头7的运行轨道6，该运行轨道6为螺旋型轨道，所述施工装置5设有于驱动所述第三摄像头7沿所述运行轨道运行的旋转驱动电机8，第三摄像头7通过连杆9与驱动电机8输出轴10相连，所述连杆9与电机输出轴10相连的一端套设于电机输出轴10的外侧；电机输出轴10外围设有延轴向方向延伸的凸起，连杆9与输出轴10接触的端面设有于所述凸起、相适配的凹槽，驱动电机的输出轴10转动，带动连杆9绕电机输出轴10轴向转动，连杆9转动同时带动第三摄像头7绕电机输出轴10的轴向转动，第三摄像头7活动受运行轨道6限制，第三摄像头7，转动时沿运行轨道6螺旋升降。旋转过程中，可利于甩开粘连在第三摄像头7上的污染物。

为了实现第三摄像头的自清洁功能，所述施工装置5设有水箱11，水箱11上配设出水管11A，所述出水管11A未可伸缩的弹性管道，其末端朝向所述第三摄像头7，所述水箱11的周向截面呈环形的，形成贯穿水箱11上下端面的通孔，所述驱动电机输出轴10贯穿该通孔；所述水箱11上设有进水口，所述水箱11内设有适配其截面形状的活塞11B，活塞11B下部设有向下延伸的活塞杆11C，所述活塞杆11C贯穿水箱11下端面与电机输出轴10相连；所述活塞杆11C与电机输出轴10之间通过丝杆结构11D连接，输出轴10转动时，带动活塞杆11C沿竖直方向运动。该种结构，在第三摄像头7位置移动时，同步驱动活塞11B运动，挤压水箱11喷水，清洁第三摄像头7。(所述进水口图中未示)

所述控制系统设有数字数据接口、图像采集接口以及图像输出接口，所述数字数据接口用于与位置校正系统、信息采集系统等系统进行非图像信息的传输，所述图像采集接口用于接收图像采集系统采集所得的图像信息，所述图像输出结构用于与配套的投影设备连接。

实施例二

本发明还公开一种应用智能塔吊的建筑方法，包括以下步骤，

1)建立建筑场地的BIM建筑信息模型，将信息模型录入智能塔吊的控制系统；

2)基于BIM建筑信息模型，对建筑所需的模具标注参数信息相应的信息码；

3)将标注信息码的模具运送至建筑现场，所述塔吊的施工装置5配套为悬吊装置，智能塔吊通过信息采集系统逐件读取模具的信息码，并根据信息码将模具运送到相应位置；

4)施工人员将模具进行现场组装；

5)施工装置5切换为浇注装置，智能塔吊运行根据BIM建筑信息模型运行至对应模具所在位置，智能塔吊通过信息采集系统读取模具的信息码，并根据根据BIM建筑信息模型执行浇注工序。

本实施例，关于施工装置选用切换形式实现两个工序有同一塔吊完成，若采用多个塔吊，其中一个或多个塔吊配置悬吊装置，另外i的塔吊配置浇注装置，同样能实现本发明提供的建筑方法，其原理与本实施例相同，在此不再详述。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种智能塔吊，包括塔架、转盘、吊臂、塔吊跑车以及施工装置；所述吊臂通过转盘设置于所述塔架上部，与塔架转动连接；所述施工装置为悬吊装置或浇注装置，所述施工装置设置与塔吊跑车上；

其特征在于：还包括控制系统和信息采集系统；

信息采集系统包括设置施工装置上的采集装置；

对于施工装置为悬吊装置的情况，采集装置用于采集悬吊工件的工件参数信息；

对于施工装置为浇注装置的情况，采集装置用于采集浇注装置所处位置的区域参数信息；

所述信息采集提供将采集所得的工件参数信息和区域参数信息反馈至控制系统；

控制系统控制转盘、塔吊跑车及施工装置运作。

2.根据权利要求1所述的一种智能塔吊，其特征在于：所述信息采集装置为信息码采集装置。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能塔吊，其特征在于：所述信息采集装置设有人工信息输入装置。

4.根据权利要求1所述的一种智能塔吊，其特征在于：还包括施工装置位置校正系统，包括设置于转盘上的转动角度传感器，设置于塔吊跑车上的第一测距传感器，以及设置于施工装置得第二测距信息传感器；

转动角度传感器，用于测量吊臂的转动角度；

第一测距传感器，用于测量塔吊跑车与转盘之间的相对位置；

第二测距传感器，用于测量施工装置与塔吊跑车之间的相对位置。

5.根据权利要求1所述的一种智能塔吊，其特征在于：还包括图像采集系统，包括设置于吊臂上的第一摄像头，和设置在塔架上的第二摄像头，所述第二摄像头的设置的高度低于第一摄像头。

6.根据权利要求5所述的一种智能塔吊，其特征在于：所述图像采集装置还包括设置于施工装置的第三摄像头。

7.根据权利要求6所述的一种智能塔吊，其特征在于：所述施工装置外壳外侧设有周向设置的第三摄像头运行轨道，所述施工装置设有于驱动所述第三摄像头沿所述运行轨道运行的旋转驱动机构。

8.根据权利要求7所述的一种智能塔吊，其特征在于：所述施工装置设有水箱，水箱上配设出水管，所述出水管的末端朝向所述第三摄像头。

9.一种应用权利要求1—8所述的智能塔吊的建筑方法，其特征在于：所述塔吊的施工装置为悬吊装置，包括以下步骤，

a)建立建筑场地的BIM建筑信息模型，将信息模型录入智能塔吊的控制系统；

b)基于BIM建筑信息模型，对建筑所需的工件标注参数信息相应的信息码；

c)将标注信息码的工件运送至建筑现场，智能塔吊通过信息采集系统逐件读取工件的信息码，并根据信息码将工件运送到相应位置。

10.一种应用权利要求1—8所述的智能塔吊的建筑方法，所述塔吊的施工装置为浇注装置，其特征在于：包括以下步骤，

a)建立建筑场地的BIM建筑信息模型，将信息模型录入智能塔吊的控制系统；

b)基于BIM建筑信息模型，对建筑所需的模具标注参数信息相应的信息码；

c)将标注信息码的模具根据BIM模型及模具信息码安装模具；

d)智能塔吊运行根据BIM建筑信息模型运行至对应模具所在位置，智能塔吊通过信息采集系统读取模具的信息码，并根据根据BIM建筑信息模型执行浇注工序。