CN108824817B - 基于可实时感知的构件和bim的装配式建筑自动装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,包括以下步骤:在建筑物的预制构件中嵌入传感器和RFID标签;RFID标签中存储有构件数据;自动装配机器人获取预制构件上RFID标签的信息,并根据获取的构建数据查询BIM数据库云平台的BIM数据库,获取BIM数据库的安装流程;自动装配机器人根据获取的安装流程安装预制构件,并将现场安装过程反馈给BIM数据库云平台;预制构件安装完成后,构件中传感器将定期获取的数据发送给BIM数据库云平台,BIM数据采用特殊链状结构组织,自动装配机器人根据更新的BIM数据进行装配调整。

Description

基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法
技术领域
本发明涉及智能建造的BIM技术领域,尤其涉及一种基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法。
背景技术
目前,BIM在智能建造中有广泛的应用。但是,当前BIM模型有2个局限性:
BIM中的数据产生者和消费均为设计人员:目前BIM模型中数据的产生者都是设计人员;数据的使用者都是设计人员。
装配式建筑的现场搭建还不能由机器人自动高效率地完成,必须人工参与完成。
感知建造,感知建筑都是事后安装传感器,尚未有预先安装传感器的感知建筑。建筑现场数据在设计时主要依赖模拟和计算,没有真实数据的验证。建筑过程真实数据的获取目前难度较大。
可见,目前BIM数据的生产者和消费者都是人工完成,目前还无法做到人物全闭环功能,没有将BIM和物联网充分结合,发挥未来智慧建造中物联网,监控传感器,制动传感器,机器人等的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将BIM和物联网充分结合,实现建筑中预制构件的智能安装的装配式建筑自动装配方法。
本发明为达目的所采用的技术方案是:
提供一种基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,包括以下步骤:
在建筑物的预制构件中嵌入传感器和RFID标签,传感器用于获取各种类型的环境数据、工程建设数据、预制构件数据;RFID标签中存储有构件数据,包括预制构件信息、安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息;
自动装配机器人获取预制构件上RFID标签的信息,并根据获取的构建数据查询BIM数据库云平台的BIM数据库,获取BIM数据库的安装流程,包括最佳安装位置、安装角度、安装时序;
自动装配机器人根据获取的安装流程安装预制构件,并将现场安装过程反馈给BIM数据库云平台;
预制构件安装完成后,传感器将定期获取的数据发送给BIM数据库云平台,以更新BIM数据库。
接上述技术方案,预制构件将定期获取的数据通过数据规范器进行编码规范后发送到BIM数据库云平台,包括编码规范后的各种类型的环境数据、编码规范后的工程建设数据、编码规范后的构件编号。
接上述技术方案,传感器与BIM数据库数据交互协议中的报文格式和交互流程具体如下:
报文格式包括报文类型和报文内容;其中,报文类型包括请求连接REQ、连接确认ACK、发送方发送数据SEND、接收方确认接收REC;
接上述技术方案,传感器与BIM数据库云平台通过数据交互协议进行交互,数据交互协议中的报文格式和交互流程具体如下:
报文格式包括报文类型和报文内容;其中,报文类型包括请求连接REQ、连接确认ACK、发送方发送数据SEND、接收方确认接收REC;
交互流程包括连接过程、数据传输过程;其中,连接过程包括发起连接、连接确认;数据传输的报文内容包括:<REQ,CNT>,<ACK,CNT+1>,<SEND,CNT,LOAD,CONTEX>,<REC,CNT+1>,其中,REQ是请求连接BIM数据库云平台,ACK表示BIM数据库云平台确认可以接收,CNT是计数器或者随机数,SEND表示该数据包为上传感知信息包,LOAD为传感器的感知信息,包括装配现场传感器的实时感知数据;CONTEX表示感知数据在BIM模型中的位置,包括模型号、构件号、索引号和传感器感知编号。
接上述技术方案,上传的数据LOAD采取如下方法获取:
(1)计算当前数据的hash值,H=Hash(LOAD||TIMESTAMP),TIMESTAMP表示时间戳;
(2)将字符串H||LOAD||TIMESTAMP添加在当前记录后面;
(3)对字符串H||LOAD||TIMESTAMP进行签名,并放在特定位置。
接上述技术方案,在建筑物的预制构件中嵌入RFID标签后,通过生产线的末端的读卡器读取RFID上的信息,并发送给BIM中心数据库云平台。
接上述技术方案,BIM中心数据库云平台根据预制构件的使用量进行预先估计,根据工程进度合理安排生产进度;
BIM中心数据库云平台根据工程进度,预制构件标识,预制构件的具体物理信息计算预制构件的使用时间,预先进行运输调度。
接上述技术方案,BIM中心数据库云平台根据机器人反馈的现场安装过程和传感器定期发送的数据调整相关预制构件的安装流程,更新BIM数据库。
接上述技术方案,建筑物的预制构件上还打有二维码,扫描该二维码获取构件数据,包括预制构件信息、安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息。
接上述技术方案,环境数据包括数据类型和数据语义,其中数据类型包括整数、浮点数、数据区间;数据语义包括温度、湿度、光照、噪音。
接上述技术方案,自动装配机器人包括自动传送带、机械臂。
接上述技术方案,现场安装过程具体通过图像和视频的方式反馈给BIM数据库云平台。
本发明产生的有益效果是:本发明利用物联网,RFID,大数据,机器人技术,提出一种新建筑自动装配方法,该方法中数据的产生者可以是物体,数据的使用者也可以是物体。而且,装配式建筑的搭建可以全部由机器人流水线完成。另外,通过预制构件中预设传感器,可以获取现场实时数据,这些数据可以用来修正和验证BIM模型的原始设计,或者在建造中根据真实数据设计,正在做到感知建造,感知建筑,绿色建造,节能建筑等对真实现场、气象、气候、空气质量、风力风向、光照强度和时长等的实时数据监控和感知。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是本发明实施例基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明所说的预制件(或者预制构件)包括建筑用的钢构,预制板等,在预制构件上加上物联网、RFID标签功能,使得预制件可以被追踪,装配过程可以问责,实现预制件的快速定位,快速寻找。如读取RFID标签,可以自动上传信息到BIM数据库中。装配机器人可以根据BIM数据库中RFID信息,将预制件装配到相应位置,且全程通过机器人查询BIM数据(包括安装位置,安全构建代码,安全参数等)来自动完成。
同时,本发明还可以解决对BIM中现场数据,观测数据,环境数据,气象数据等,直接规范化进入BIM模型数据库中,并利用BIM数据库云平台,共享到其他消费者,包括现场传感器,现场机器人等。
本发明实施例基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1、在建筑物的预制构件中嵌入传感器和RFID标签,传感器用于获取各种类型的环境数据、工程建设数据、预制构件数据;RFID标签中存储有构件数据,包括预制构件信息、安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息;
S2、自动装配机器人获取预制构件上RFID标签的信息,并根据获取的构建数据查询BIM数据库云平台的BIM数据库,获取BIM数据库的安装流程,包括最佳安装位置、安装角度、安装时序;
S3、自动装配机器人根据获取的安装流程安装预制构件,并将现场安装过程反馈给BIM数据库云平台;
S4、预制构件安装完成后,传感器将定期获取的数据发送给BIM数据库云平台,以更新BIM数据库。
BIM中保存建筑的所在环境数据,包括风速,风力,风向,阳光强度,时长,湿度,噪音。预制构件中安装有传感器,可获得这些实时数据,自动传给BIM数据库,BIM数据库指导后续智能建造和感知建造,例如节能设施的布置,风力、阳光照射的利用,电力自供应与共享等。环境数据包括数据类型和数据语义,其中数据类型包括整数、浮点数、数据区间;数据语义包括温度、湿度、光照、噪音。
预制构件将定期获取的数据通过数据规范器进行编码规范后发送到BIM数据库云平台,包括编码规范后的各种类型的环境数据、编码规范后的工程建设数据、编码规范后的构件编号。
传感器与BIM数据库数据交互协议中的报文格式和交互流程具体如下:
报文格式包括报文类型和报文内容;其中,报文类型包括请求连接REQ、连接确认ACK、发送方发送数据SEND、接收方确认接收REC;
交互流程包括连接过程、数据传输过程;其中,连接过程包括发起连接、连接确认;报文内容包括:<REQ,CNT>,<ACK,CNT+1>,<SEND,CNT,LOAD>,<REC,CNT+1>,其中,REQ是请求连接BIM数据库云平台,ACK表示BIM数据库云平台确认可以接收,CNT是计数器或者随机数,SEND表示该数据包为上传感知信息包,LOAD为传感器的感知信息,包括装配现场传感器的实时感知数据;CONTEX表示感知数据在BIM模型中的位置,包括模型号、构件号、索引号和传感器感知编号。
上传的数据LOAD采取如下方法获取:
(1)计算当前数据的hash值,H=Hash(LOAD||TIMESTAMP),TIMESTAMP表示时间戳;其中||表示字符串连接;
(2)将字符串H||LOAD||TIMESTAMP添加在当前记录后面;
(3)对字符串H||LOAD||TIMESTAMP进行签名,并放在特定位置。
下次计算,仍然采用上述方法,即计算当前数据的hash值,然后添加记录,然后计算签名。这样可以形成一个不可篡改的LOAD上传时间序列,帮助自动装配机器人对实时情况作出装配调整。具体实例中,例如机器人获得了日照,风向等数据,可以实时确定安装太阳能板的位置,根据现场情况安装,而不是事先设计人员计算安装,从而实现现场智慧装配。
在建筑物的预制构件中嵌入RFID标签后,可通过生产线的末端的读卡器读取RFID上的信息,并发送给BIM中心数据库云平台。
进一步地,BIM中心数据库云平台根据预制构件的使用量进行预先估计,根据工程进度合理安排生产进度;
BIM中心数据库云平台根据工程进度,预制构件标识,预制构件的具体物理信息计算预制构件的使用时间,预先进行运输调度。
因此,在预制构件中安装了RFID标签后,从该预制构件出场之日起,就可以实现对其的跟踪,使其成为一个“活件”,具有全部生命周期,从而可以统筹规划。
此外,由于在预制构件中安装了传感器(传感器可以根据需要安装不同的种类,如温湿度传感器、压力传感器等),可以实时获取传感器的数据。BIM中心数据库云平台根据自动装配机器人反馈的现场安装过程和传感器定期发送的数据调整相关预制构件的安装流程,更新BIM数据库。自动装配机器人包括自动传送带、机械臂等,凡是能配合自动安装的自动化装置在本发明中均统称为自动装配机器人。现场安装过程具体可通过图像和视频的方式反馈给BIM数据库云平台。
建筑物的预制构件上还可打有二维码(如直接喷印、粘贴二维码标签等,或者条码),扫描该二维码获取构件数据,包括预制构件信息、安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息。
物联网感知节点C与建筑预制构件紧密结合。本发明中物联网感知节点C可以是微小的传感器,附着在预制件表面或者内部,可以获取环境参数,包括温度、湿度、光照、风力等,安装有专用软件,软件包括应用层和网络层。
在应用层安装数据规范器DA,数据规范器DA的功能包括:
(1)数据格式,对数据进行相应的编码和规范,由BIM模型中的数据需求来定义,包括两种类型:(1.1)感知数据,(1.2)构件数据。
(1.1)感知数据的需求由环境参数决定(包括数据类型,数据语义),数据类型包括:整数、浮点数、数据区间。数据语义包括:温度、湿度、光照、噪音。
(1.2)构件的数据需求由构件包括安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息;
(2)数据交互协议,定义了与BIM数据库云平台S交互的认证协议和数据传输协议,包括:报文格式、交互流程。
报文格式包括:报文类型,报文内容。
报文类型包括:请求连接REQ,连接确认ACK,发送方发送数据SEND,接收方确认接收REC。
交互流程包括:连接过程,数据传输过程。
连接过程包括:发起连接,连接确认。
数据传输过程包括:发起数据传输,传输确认。
报文内容包括:<REQ,CNT>,<ACK,CNT+1>,<SEND,CNT,LOAD>,<REC,CNT+1>。CNT是计数器或者随机数,LOAD是载荷。LOAD中包括消息完整性保护。
网络层支持底层传输通信协议可包括:WIFI,NB-IOT,5G等。
物联网感知节点C的部件包括:传感器感知部件,RFID部件,二维码部件。物联网感知节点C可以获取的数据包括:各种类型的环境数据,工程建设数据,预制构件数据。
获取的数据通过数据规范器DA发送到BIM中心数据库云平台S,包括:编码规范后的各种类型的环境数据,编码规范后的工程建设数据,编码规范后的构件编号。
数据库云平台S安装有数据整形器DB,数据整形器DB的功能包括:(1)数据格式,由BIM模型中的数据需求来定义;(2)数据交互协议,定义了与BIM数据库云平台S交互的认证协议和数据传输协议,包括报文格式和交互流程。报文格式包括:发送报文标识,接收报文标识,发送报文格式,接收报文格式。交互流程包括:请求连接,连接确认,发送方发送数据,接收方确认接收。
数据整形器DB将数据规范器DA发送的数据保存到数据库云平台S中相应的BIM数据库中的相应模型中。
数据库云平台S中的BIM数据访问者包括:机器人,自动运输车,机械手,机械臂,传送装置,它们可以读取RFID信息,并根据RFID标签得到BIM数据库中的信息,包括构件的安装位置信息,构件的感知信息。
本发明的建筑构件在生产完毕,打上RFID标签,RFID标签与生产线末端的读卡器交互,读卡器连接到BIM中心数据库云平台S,将构件的标识记录到BIM数据库。构件运输前,通过读取RFID标识,然后查询BIM数据库,得到安装具体位置,自动装配机器人(包括:自动传送带、机械臂等)根据数据库中的BIM信息将构件运输到相应位置(包括本构件的定位信息,关联构件的信息等),机器人机械臂查询BIM信息(关联构件的信息,连接方式信息等),根据这些BIM信息将构件安装到相应位置。
本发明可实现预制构件库存、最佳调度,建筑构件在生产完毕,打上RFID标签,RFID标签与生产线末端的读卡器交互,读卡器连接到BIM中心数据库云平台S,将构件的标识记录到BIM数据库。构件的使用量可以预先估计,根据工程进度进行合理安排,可以减少构件库存,实现零库存,减少堆场和损耗。构件的使用时间可以验算,根据工程进度,构件标识,构件BIM具体体积重量信息进行计算,实现最佳运输车辆的运输调度,减少运输成本。
此外本发明还可以在建筑构件在生产完毕,安装好内置传感器,构件安装后,传感器工作,获得实时现场真实感知数据,传感器连接到BIM中心数据库云平台S,将感知数据上传到BIM数据库。其他访问BIM数据库的访问者,包括设备、机器人、人等,例如吊车,叉车,视频摄像头,可以访问BIM中实时数据,指导构件安装,合理的现场数据反馈可以帮助BIM信息的调整和改进,确定最佳安装位置,而不是仅仅依靠模拟计算的结果来确定安全位置,例如消防设施的安装,电力设施的安装,通风设施的安装等。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,包括以下步骤:
在建筑物的预制构件中嵌入传感器和RFID标签,传感器用于获取各种类型的环境数据、工程建设数据、预制构件数据;RFID标签中存储有构件数据,包括预制构件信息、安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息;
自动装配机器人获取预制构件上RFID标签的信息,并根据获取的构建数据查询BIM数据库云平台的BIM数据库,获取BIM数据库的安装流程,包括最佳安装位置、安装角度、安装时序;自动装配机器人根据从BIM数据库获取的安装流程将构件安装到相应位置;
自动装配机器人根据获取的安装流程安装预制构件,并将现场安装过程反馈给BIM数据库云平台;
预制构件安装完成后,传感器将定期获取的数据发送给BIM数据库云平台;
BIM中心数据库云平台根据自动装配机器人反馈的现场安装过程和传感器定期发送的数据调整相关预制构件的安装流程,更新BIM数据库。
2.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,预制构件将定期获取的数据通过数据规范器进行编码规范后发送到BIM数据库云平台,包括编码规范后的各种类型的环境数据、编码规范后的工程建设数据、编码规范后的构件编号。
3.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,传感器与BIM数据库云平台通过数据交互协议进行交互,数据交互协议中的报文格式和交互流程具体如下:
报文格式包括报文类型和报文内容;其中,报文类型包括请求连接REQ、连接确认ACK、发送方发送数据SEND、接收方确认接收REC;
交互流程包括连接过程、数据传输过程;其中,连接过程包括发起连接、连接确认;数据传输的报文内容包括:<REQ,CNT>,<ACK, CNT+1>, <SEND,CNT,LOAD,CONTEX>,<REC,CNT+1>,其中,REQ是请求连接BIM数据库云平台,ACK表示BIM数据库云平台确认可以接收,CNT是计数器或者随机数, SEND表示该数据包为上传感知信息包,LOAD为传感器的感知信息,包括装配现场传感器的实时感知数据;CONTEX表示感知数据在BIM模型中的位置,包括模型号、构件号、索引号和传感器感知编号。
4.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,上传的数据LOAD采取如下方法获取:
计算当前数据的hash值,H=Hash(LOAD||TIMESTAMP),TIMESTAMP表示时间戳;
将字符串H||LOAD||TIMESTAMP添加在当前记录后面;
对字符串H||LOAD||TIMESTAMP进行签名,并放在特定位置。
5.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,在建筑物的预制构件中嵌入RFID标签后,通过生产线的末端的读卡器读取RFID上的信息,并发送给BIM中心数据库云平台。
6.根据权利要求4所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,BIM中心数据库云平台根据预制构件的使用量进行预先估计,根据工程进度合理安排生产进度;
BIM中心数据库云平台根据工程进度,预制构件标识,预制构件的具体物理信息计算预制构件的使用时间,预先进行运输调度。
7.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,建筑物的预制构件上还打有二维码,扫描该二维码获取构件数据,包括预制构件信息、安装位置信息,关联构件信息,关联方式信息。
8.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,环境数据包括数据类型和数据语义,其中数据类型包括整数、浮点数、数据区间;数据语义包括温度、湿度、光照、噪音。
9.根据权利要求1所述的基于可实时感知的构件和BIM的装配式建筑自动装配方法,其特征在于,现场安装过程具体通过图像和视频的方式反馈给BIM数据库云平台。
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