CN109072586B - 施工机械、特别是起重机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种施工机械，特别是以诸如旋转塔式起重机等起重机的形式，具有用于使用包括有关待架设和/或作业的结构的数字信息的结构数据模型来控制施工机械的至少一个作业设备的控制装置。本发明还涉及一种借助于来自这种结构数据模型的数字数据来控制这种施工机械的方法。根据本发明，施工机械具有可连接到主施工工地计算机的数据交换模块，用于与主施工工地计算机交换数字数据，数据交换模块具有用于读取或写入访问主施工工地计算机的权限的读取和/或写入装置。施工机械至少执行各个作业步骤，例如使用来自主施工工地计算机的数字数据以自动方式行进施工构件。可以设置在负载悬挂装置和/或待行进的施工构件上并且可以配置为可穿戴设备、特别是具有集成的运动控制传感器的手套的形式的控制模块用于精细定位。

Description

施工机械、特别是起重机及其控制方法

本发明涉及一种施工机械，特别是以诸如旋转塔式起重机等起重机的形式，具有用于使用包括有关待架设和/或作业的结构的数字信息的结构数据模型来控制施工机械的至少一个作业设备的控制装置。本发明还涉及一种借助于来自这种结构数据模型的数字数据来控制这种施工机械的方法。

施工工地上起重机部署的规划通常通过参与施工公司的作业准备或现场工头的详细规划来进行。规划的基础在这里是通常仍然是二维的作业规划，偶尔也已经是三维的；此外还有时间表；部分是施工项目的成本规划。由于作业规划通常是针对交易的，因此只有在执行时才能最终监控避免起重机的碰撞。个别作业的时间位移和规划变更通常不会及时输入文档。

最近，数字结构数据模型也被用于规划、架设、作业和检查有时称为BIM(建筑信息模型)的结构，其中包括有关待架设或作业的结构的数字信息，特别是这里的总模型，通常包括所有交易的三维规划、时间表以及成本规划。这种结构数据模型或BIM通常是计算机可读文件或文件集合，并且偶尔是用于处理这样的文件的处理计算机程序模块，其中信息和特征描述要架设或要作业的结构及其以数字数据形式的相关属性。

通常，这样的结构数据模型可以包括用于结构和/或其结构部分的可视化的二维、三维或多维CAD数据以及关于结构的其他相关信息，例如其架设时间表、成本规划、周围基础设施(如通路、能源和水设施)的信息、或有关结构架设或作业所需辅助材料的后勤信息。结构参数如施工量、结构高度、高程范围和平面图尺寸、材料体积如所需的混凝土体积、砖块体积等、或者各个结构部件诸如钢梁、制造的施工构件或类似物的施工构件重量通常作为特征结构数据包括。结构数据模型及其文件或文件集合在这里经常是可发送的和/或具有提供给不同施工参与者的网络能力。

借助于计算机通过这种结构数据模型处理结构架设中的许多过程，例如，建筑师在经典施工规划中准备草案，并借助于CAD系统绘制它，因此，可以根据CAD图纸为成本计算准备数量确定，或者可以将规划提交给其他专业工程师、消防安全检查员或当局。如果发生规划变更，则更改图纸并与参与者协调，调整数量确定并修改成本计算，这使得使用集成BIM时一切都变得更加简单，并且至少部分由可以访问结构数据模型的数据的软件模块自动完成。

在此上下文中已经提出包括与BIM中的或结构数据模型中的起重机操作有关的数据。例如，文献WO2016/019158A1描述了一种方法，通过使用要由起重机移动的施工构件生成的起重机操作数据、时间线或时间表借助该方法来更新BIM，包括所需的起重机部署并集成在BIM的数据模型中。然后，BIM模型可以参考生成的时间线更新进一步的BIM功能。

文献WO2013/006625A1进一步描述了一种在利用来自BIM模型的数据的同时在施工工地内操纵起重机的方法，其中，一方面，借助于绝对位置传感器确定的起重机吊钩的全局3D坐标，以及另一方面，表征待架设的结构和结构部件并且存储在BIM中彼此进行比较的位置全局3D坐标。

然而结果是，先前提供的起重机与BIM的链接的功能增益受到限制。迄今为止，尤其不可能在起重机或挖掘机等施工机械的控制和BIM模型的处理方面获得任何巨大的优势。此外，由于有限的数据传输速度和数据传输带宽特别是在诸如振荡阻尼等时间敏感控制作业中因使用BIM数据用于起重机控制而可能出现的实时问题已经不能令人满意地解决。

因此，本发明的基本目的是提供一种改进的施工机械及其操作在结构数据模型中的集成和/或改进的施工机械与这种结构数据模型的链接，以避免现有技术的缺点并且有利地进一步发展现有技术。特别是通过与BIM模型的改进链接，可以实现对施工机械的更有效和更安全的控制。

根据本发明，所述目的通过根据权利要求1的施工机械和根据权利要求20的控制方法实现。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。

因此，根据本发明的一个方面，提出将施工工地上使用的施工机械的控制链接到可以访问结构数据模型或BIM的主施工工地计算机，以便施工机械控制装置例如起重机控件可以与结构数据模型交换数据。根据本发明，施工机械具有可连接到主施工工地计算机的数据交换模块，用于与主施工工地计算机交换数据，数据交换模块具有用于主施工工地计算机的读取和/或写入访问的读取和/或写入装置。可以参考来自结构数据模型的数字信息干预施工机械的控制和/或参数化和/或修改施工机械的控制。替代地或附加地，施工机械控制装置可以将数据传输到主施工工地计算机以更新和/或补充结构数据模型和/或通常传输结构数据模型的数字数据并将其保存在那里。

施工机械的控制装置与主施工工地计算机以及由其提供的结构数据模型的链接通常可用于施工机械操作和施工工地管理的不同功能。从结构数据模型到施工机械的控制装置的数字数据的提供尤其可以用于半自动或全自动地执行施工机械的不同作业过程，特别是施工机械的特定行进过程和/或施工机械移动施工构件。

能够访问结构数据模型的主施工工地计算机尤其可以提供关于要安装的施工构件的数字位置信息，特别是交付某个部件的地点和时间、某个部件所位于的地点和/或将在结构的哪个位置安装相应的部件。例如，如果起重机的控制装置访问与要安装的施工构件有关的这种数字信息，则可以以至少部分自动的方式执行施工构件的某些起重机运动和/或提升运动。

在本发明的进一步发展中，施工机械和/或主施工工地计算机的控制装置可包括施工构件定位模块，例如以软件模块的形式，借助于该施工构件定位模块，待由施工工地的施工机械拿起的施工构件可以参考来自结构数据模型的数字信息进行定位。存放位置或交付站和交付时间可以存储在BIM或结构数据模型中，例如，如果要根据存储在BIM中的时间表安装施工构件，施工机械或起重机连同其负载悬挂装置能够至少部分地自动行进至存放位置或交付位置。例如，这可以在施工机械的显示器上显示，使得待作业的下一个施工构件位于特定位置，并且在对话框中询问机械操作员是否应该自动行进该位置，然后可以在机械操作员确认时执行。也可以选择性地完全自动进行。

在本发明的有利的进一步发展中，施工构件的拿起也可以以自动方式进行或者可以由施工工地计算机支撑。特别地，可以提供检测装置，用于检测位于施工机械的拿起和/或作业区域中的施工构件，所述检测装置例如能够具有能够识别位于例如起重机的吊钩附近的施工构件的相机和/或图像传感器和/或条形码扫描仪和/或RFID读取器。如果检测装置识别某个施工构件，例如参考施加到其上的条形码或参考由其发射的RFID信号，则施工机械控制装置可以参考由施工工地计算机提供的来自结构数据模型的数字数据来确定是否是下一个作业步骤的“正确”施工构件和/或定位或放下施工构件的待架设结构的部分或点。

作为所述RFID识别的替代或补充，也可以利用LWID，即在低频或低频范围内作业的识别系统中进行作业。特别地，还可以利用所谓的RuBee识别系统来执行作业，这种RuBee系统根据需要双向通信，其中作业能够例如在100-150kHz数量级的频率范围内执行，但也可选择更高或最高450kHz。这种RuBee标签可以包括具有存储器模块的微处理器，并且可以使用IP地址。RuBee识别尤其还可以使用磁波和/或可以感应地通信，其中RuBee识别尤其以其对由于金属部件和湿气引起的干扰的鲁棒性为特征，因此特别适合于施工机械部署或起重机部署。

在本发明的有利的进一步发展中，施工机械的控制还可以具有用于参考来自结构数据模型的相关信息进行自动提升控制的提升控制模块。所述提升控制模块在此可以半自动或完全自动地以与输入或释放相互作用的自动方式或利用机械操作员的确认命令来执行提升，或者可选地也可以没有这样的互补控制命令。为此目的，机械操作员可以半自动方式识别施工机械要移动的施工构件。或者，也可以如前所述进行自动施工构件识别，以便例如识别悬挂在起重机吊钩上的负载。

然后，可以参考结构数据模型和相关的数字信息通过施工机械控制装置到主施工工地计算机的链接为检测到的和/或识别的施工构件确定施工构件将被移动到的结构的位置，特别是来自结构数据模型的相应施工构件的位置数据能够用于此目的。

提升控制模块可以根据由主施工工地计算机提供的并且与识别出的施工构件和任选的其他结构特征(例如结构轮廓)的BIM的数据计算自动提升机的行进路径，可选地同时考虑施工工地的其他地形数据，例如通路等，。

作为通过所述提升控制模块的施工机械的这种自动行进的替代或补充，也可以设置阻挡模块，特别是例如当安装了相应的施工构件时或者尚未安装施工构件的安装所需的连接模块时，该阻挡模块能够与结构数据模型相互作用地阻挡施工机械的相应的提升机或相应的作业步骤。

所述阻挡模块尤其可以与前述的施工进度监控相互作用，特别是使得参考先前解释的施工进度的期望/实际比较来确定结构是否准备好相应地移动相应的施工构件。因此可以避免具有尚未安装或安装位置尚未准备好的施工构件的不必要的提升。

阻挡模块和/或上述提升控制模块可以集成在机械控制装置中和/或可以作为软件工具例如从主施工工地计算机下载和/或导入，或者也可以通过存储的独立模块的形式链接到机械控制装置。借助于来自结构数据模型的数字信息可以有利地参数化和/或修改阻挡模块和/或提升控制模块。

为了至少部分地以自动方式行进施工构件，即能够在特定点拾取施工构件并将其放置在特定点，施工机械控制装置或上述提升控制模块可以有利地处理最小三维坐标并且可以从施工工地计算机获得它们，例如，主施工工地计算机提供的负载拾取位置的位置坐标可以是X1、Y1和Z1，并且例如，卸载点的位置坐标能够是X2、Y2和Z2，即，可以有利地包括相应的高程坐标X和Y以及垂直坐标Z。所述XYZ坐标系例如可以是相对于施工工地或结构固定(即相对于待架设的结构固定)并始终指示相对于要架设的结构的装载和卸载位置的坐标系。例如，所述XYZ坐标可以从结构数据模型访问或由结构数据模型提供。

相应的施工构件的装载和卸载位置有利地仍然由至少一个另外的坐标限定，即特别是角度坐标或定向坐标φ，其可以特别地指示施工构件相对于竖直轴线的旋转角度或角度定向。如果起重机用作施工机械以将施工构件从交付位置移动到安装位置，则起重机可以有利地具有用于使吊钩围绕竖直轴线旋转的旋转装置。例如，这可以通过与吊钩本身直接相关的旋转驱动器进行，例如使吊钩相对于滑轮组件旋转。替代地或附加地，可在起重机吊杆上行进的吊车也可通过旋转吊车驱动器相应地旋转，以能够以不同的角度定向拾取和放下施工构件。

取决于交付站或货物缓冲储存器，当定向存储在那里时，可以预定义和已知负载拾取的角度定向，例如从结构数据模型读取。替代地或附加地，起重机或施工机械也可以设置有用于检测角度定向的检测设备，例如利用相机，例如，通过该相机，可以确定制造壁或钢梁的定向。然后可以通过在安装位置将吊钩或吊车旋转到所需的角度定向φ2来转换在施工构件的拾取时确定的角度定向φ1，其中在安装位置处所需的施工构件定向能够是从结构数据模型中读取和/或能够通过检测已安装的连接施工构件的定向再次通过相机确定。

除了确定相对于竖直旋转轴线的角度定向的一个角度坐标φ之外，可以可选地使用另外的角度定向坐标，例如当诸如长梁等施工构件通过两个起重机被一起提升并且例如将被放置在不完全水平的定向上时。

为了能够以简单且有利的方式精确调整施工机械或其负载悬挂装置和/或悬挂在其上的施工构件的位置，施工机械控制装置可以具有行进控制模块，该行进控制模块具有至少一个操作构件，该操作构件具有致动轴线，该致动轴线的定向对应于期望的行进轴线，使得操作构件在特定方向上的运动影响施工机械或负载悬挂装置在相应方向上的行进和/或实现围绕负载悬挂装置的旋转轴线的操作构件在相应的方向上围绕与其平行的旋转轴线旋转。操作构件可以是操纵杆，例如，其可以在不同的轴线上倾斜以在相应的方向上产生行进运动和/或可旋转以使得能够如前所述地进行施工构件的旋转。替代地或附加地，可以使用滑动按钮和/或下压按钮和/或触摸屏作为操作构件，其上可以检测到某些方向或旋转的手指运动。

该行进控制模块或其至少一个操作构件有利地不设置在机械操作员驾驶室中-其中自然也可以提供相应的行进控制装置-而是直接靠近施工机械的负载悬挂装置，例如直接在吊钩处或在支撑吊钩的起重机的偏转轮处。例如，各个下压按钮可以在其四个侧面设置在吊钩处或者在与其连接的结构部分处，其在下压时在下压运动的方向上触发行进运动，由此直观地精细调整吊钩的对准或位置是可能的。替代地或附加地，可设置旋转控制按钮，该旋转控制按钮可绕竖直轴线旋转，并且借助于该旋转控制按钮，吊钩或吊车可围绕竖直轴线旋转，以能够设定上述方向角度φ。

作为直接在负载悬挂装置上的这种精细调整位置控制模块的替代或补充，所述行进控制模块也可以以负载悬挂装置处的机械操作员可以随身携带的移动控制单元的形式实现，例如以平板电脑的形式。在平板电脑上定义的控制轴线的定向可以非常简单地与施工机械的运动轴线一致，例如，因为机械操作员自己或平板电脑与施工机械一起移动到预定的定向，例如他的背部移动到其吊臂下方的起重机塔架和/或平板电脑以特定的定向移动到起重机的吊杆和/或他或平板电脑与要架设的结构一起以特定的定向移动，该结构的定向对于结构数据模型自然是已知的。

替代地或附加地，相应的行进控制装置和/或定向控制装置也可以附接到待行进的施工构件，该施工构件的位置和定向应该最终被控制。例如，可以定位相应的控制平板电脑，用于在施工构件处的标记安装点处进行精细调整，以便能够以所述方式进行精细调整或精细定位。

通过行进控制模块与待调整的施工构件和/或以预定方向接收施工构件的负载接收装置之间的例如临时附接(这可以例如通过在施工构件和/或负载接收装置上的保持器和/或附接到其上的标记来实现)，同时可以以适当的方式将行进控制模块的操作构件的定向轴线与施工机械的运动轴线链接，因为预定义定向上的临时附接定义了操作构件的运动轴线并实现了直观的操作。例如，如果平板电脑以预定的定向定位在制造壁的主表面上，则起重机控制装置根据结构数据模型和/或通过合适的传感器系统识别壁对准，以便按压右/左/上/下箭头或平板电脑上相应的滑动运动可以转换成起重机在所需方向上的调整运动。

替代地或附加地，所述行进控制模块或其至少一个操作构件可以是设备的一部分，特别是机械操作员的衣服或物品的一部分，其以自支撑的方式固定到身体上，特别是以所谓的可穿戴电子模块的形式。配备有相应传感器系统的手套尤其可以用于精细调整施工机械的负载悬挂装置的位置。例如，这种手套可以设置有至少一个加速度传感器和/或方向传感器，该加速度传感器和/或方向传感器例如可以检测向上或向下挥动的手部运动，以在手势控制的意义上向上或向下引导起重机的吊钩。替代地或附加地，这种手套还可包括压电传感器，其对压力作出反应，例如使得在通过手套的外表面按压时将吊钩压开，并且通过按压在手套的内手表面上将吊钩沿相反方向拉动。

如先前关于平板电脑的变型所解释的，这里可以检测或确定手套的推动命令或移动命令的方向，例如，因为手套被放置在施工构件的预定点处，例如位于待移动的制造壁的前侧，施工机械控制装置从BIM知道其定向或借助于合适的传感器系统检测其定向，例如借助于从起重机吊杆向下看的相机。如果控制装置知道施工构件或放置手套的负载悬挂装置的定向，则控制装置也知道手套的对准。

替代地或附加地，然而也可以通过合适的传感器系统检测手套的定向，例如通过陀螺仪传感器和/或罗盘构件和/或倾角仪和/或GPS模块等，以将在特定运动方向上集成在手套中的传感器的特定按压信号与要产生的调整运动相关联。

这样的手套还可以包括多个传感器，例如压力传感器，不同的运动方向和/或控制功能与这些传感器相关联，使得例如通过按压附接到食指的传感器可以启动不同的行进运动，而不是通过按压手掌传感器。

在本发明的有利的进一步发展中，所述行进控制模块可以与施工机械的控制装置无线通信，以便精细定位相应的接收负载，并且例如能够提供控制信号的无线电传输。然而，替代地，控制信号的信号电缆传输也可以例如通过起重钢丝绳进行，起重机的吊钩固定在该起重钢丝绳上。

为了能够将在施工机械的负载悬挂装置处拿起的施工构件轻柔地并且不受干扰地以半自动或全自动的方式移动到期望的安装位置，可以提供振荡阻尼和/或振动阻尼，以在本发明的有利的进一步发展中阻尼并且在最佳情况下完全消除所拿起的施工构件的不希望的振荡或振动运动。例如，如果施工机械是起重机，则振动阻尼可以防止负载悬挂装置和相对于起重机吊杆固定在其上的施工构件的不希望的振荡。这种振荡阻尼装置在各种实施例中已知用于起重机，例如通过根据特定传感器信号(例如倾斜信号和/或陀螺仪信号)控制回转齿轮驱动装置、变幅驱动装置和吊车驱动装置。例如，文献DE 20 2008 018 260U1或DE 10 2009 032 270 A1示出了起重机处的已知负载振荡阻尼装置，并且在这个范围内明确地参考了它们的主题，即，关于振荡阻尼装置的原理。

为了能够在施工机械的负载悬挂装置上、特别是在起重机的吊钩上自动拾取负载，负载悬挂装置可以以特殊方式配置，并且尤其可以具有自动或由外部能量可致动的耦合装置和/锁定装置。作为这种耦合装置的替代或补充，负载悬挂装置和/或附接到待拾取的施工构件的安装件可具有定心装置，用于使负载悬挂装置相对于附接到施工构件的配对件定中心，例如，以锥形安装凹槽和与其配合的锥形配对件的形式。

替代地或附加地，负载的自动拾取也可以通过可以行进到的支座来辅助或实现，并且便于耦合位置或安装位置的行进和定位。

负载悬挂装置尤其可以包括至少一个绑扎构件，该绑扎构件能够通过固定在负载上或集成在负载中的相关联的耦合构件来实现不同负载的绑扎和释放。所述绑扎构件可以有利地由施工机械控制装置或起重机控制装置自动地固定和/或释放。还可以有利地进行绑扎构件的手动固定和释放。

通过其与主施工工地计算机的链接对施工机械控制进行干预还可以包括将在那里实施的作业区域边界适应到来自结构数据模型的结构数据，其中有利地能够进行时间动态适应，使得作业区域边界可以适应所得施工进度或可以逐步改变。

作为作业区边界的这种自动适应的替代或补充，还可以提供施工进度监控，其中借助于诸如相机和/或扫描仪等合适的检测设备来检测结构和/或其周围环境的实际状态，并与来自结构数据模型的数字信息进行比较。为了检测实际状态，可以通过相机检测和/或测量结构轮廓，和/或可以通过条形码扫描仪读取和/或可以通过RFID读取器检测现有的施工构件，和/或可以通过定位器(例如以GPS模块或雷达测量模块的形式)确定施工构件的位置数据。

关于结构当前所处的施工阶段的确定可以使用检测到的实际数据与相关联的相关BIM数据的比较来进行。然后可以参考相应的施工阶段确定模块对当前施工阶段的确定来启动不同的辅助和/或自动措施。例如，接下来要执行哪些作业步骤和/或根据其预期目的移动交付到交付站的施工构件可以在施工机械的显示装置上显示。例如，可以参考来自结构数据模型的导入信息在操作员驾驶室中的显示单元上生成处于其相应状态的结构的虚拟表示，其中显示当前要行进或移动的施工构件及其位置的虚拟表示，使得例如起重机操作员可以看到要进行什么提升以及要悬挂在吊钩上的施工构件要移动的位置。

在规划和选择合适的施工机械(例如匹配有效负载类别的起重机)时，通过链接施工机械或与施工机械有关的机械数据模型，已经可以考虑可用的施工机械的特征，在机械数据模型中，不同施工机械模型的数字信息包括在结构数据模型或BIM中。这里所述机械数据模型可以以软件模块或app的形式提供，该软件模块或app具有用于与结构数据模型通信的接口，并且例如可以从服务器或从软件商店下载或者也可以存储在数据载体上。

可以有利地借助于机械数据模型参考来自结构数据模型和来自机械数据模型的数字信息自动选择适合于相应结构的架设和/或作业的施工机械。为此，参考由机械数据模型预定义的标准以及与不同施工机械模型彼此不同的机械数据相关的标准，从结构数据模型中自动识别和读取相关信息。然后参考来自结构数据模型的读取信息与来自机械数据模型的不同施工机械的机械数据的自动比较来自动选择合适的施工机械。

实现所述功能的模块尤其可以以机械数据模型中的软件工具的形式集成，但是可选地也可以集成在结构数据模块中。在集成到可链接机械数据模型中时，自动选择匹配施工机械的总功能可以由实现机械数据模型的可下载和/或可导入软件工具提供，并且可以在此程度上通过BIM或通过结构数据模型进行作业，为此仅需要相应的接口，通过该接口可以链接补充软件工具。

选择施工机械所需的以及由识别和/或读取模块识别和读取的来自结构数据模型的相关信息可包括不同的结构特征，例如结构高度、待移动的最重施工构件的重量、结构的面积和/或横截面范围和/或存放在BIM中的施工构件交付站与要安装相应施工构件的施工构件目的地之间的最大距离。然后，这些识别和读取的结构特征可以通过比较模块与来自机械数据模型的相关信息进行比较，其中相关的机械信息尤其能够包括以下信息：机械提升高度；最大机械负载；和/或机械范围。例如，如果要选择适合于该结构的起重机，则可以选择起重机高度足以满足结构高度的起重机，其有效负载足以使最重的施工构件的重量移动并且其范围足够对于结构的横截面范围和/或施工构件交付站和施工构件目的地之间的最大距离。如果在满足所述标准的机械数据模型中包括多个起重机，则可以选择满足所述要求的最小起重机，并且因此具有相对于起重机容量的最小剩余。

根据本发明的另一方面，机械数据模型与结构数据模型的链接也可用于确定和/或自动检查施工机械的安装位置，特别是起重机相对于要架设或作业的结构的位置。如果选择施工机械，其可以通过所描述的选择模块以自动方式以上述方式进行或者也可以由规划者自己手动地进行，则位置确定模块可以参考从施工机械模型读取的并且例如可以包括施工机械的范围和/或提升高度和/或碰撞范围和/或作业范围的相关机械数据并参考从结构数据模型读取的并且可以例如包括结构尺寸和/或结构轮廓和/或施工工地地形数据和/或通路和/或材料交付站的相关结构数据自动确定施工机械的合适安装位置。替代地或附加地，所述位置或安装位置确定模块可以检查可能由规划人员相对于所述标准手动固定的施工机械的位置，特别是关于所确定的安装位置处的施工机械的范围或作业位置是否足以使施工机械完成作业和/或施工机械的作业范围与施工工地的结构轮廓和/或其他地形环境如树木或相邻建筑物的碰撞是否顺序发生，以可选地释放施工机械的安装位置或提出替代安装位置。

在成功确定和/或检查机械安装位置之后，BIM或结构数据模型可以由所述安装位置确定模块相对于安装位置相应地更新。

在本发明的进一步发展中，安装位置确定模块还可以参考前述碰撞检查自动地自动限制相应所选施工机械的作业范围，并且可以通过所确定的作业范围限制来更新结构数据模型。如将要解释的那样，施工机械控制装置可以相应于作业范围边界功能进行相应的适应或参数化。

下面将参照优选实施例和相关附图更详细地解释本发明。附图中显示：

图1：起重机形式的施工机械的示意图，其控制链接到主施工工地计算机，该主施工工地计算机可以访问结构数据模型并以自动方式将负载从交付卡车操纵到待架设的建筑物处的安装位置；

图2：图1的起重机的控制通过所述主施工工地计算机到结构数据模型的链接以及包括起重机的特征的机械数据模型到结构数据模型的链接的示意性结构表示，以协助施工规划；

图3：图1的起重机的负载悬挂装置的示意性立体图，用于借助于耦合器拾取施工构件，其中位于吊钩侧的耦合部分并且位于施工构件侧的耦合部分显示在尚未耦合的接近位置；以及

图4：电子可穿戴模块形式的电子精细控制模块的示意图，该电子可穿戴模块被配置为用于图1的起重机的吊钩运动的精细方向的手套，其通过在待行进的施工构件处的手动按压。

如图1所示，以待解释的方式链接到结构数据模型300的起重机200可以被配置为旋转塔式起重机，其塔架202支撑吊杆203，吊车204可在该吊杆上被可移动地支撑。吊杆203可以与塔架202一起围绕竖直轴线旋转，或者也可以在没有塔架202的情况下旋转-取决于起重机的构造，作为顶部回转式起重机或底部回转式起重机-为此目的，以本身已知的方式提供一种回转齿轮驱动装置。吊杆203还可选地构造成能够围绕水平横向轴线上下变幅，并且能够提供合适的变幅驱动装置，例如，与吊杆牵索相互作用。所述吊车204可以通过吊车行进绞车或另一个吊车行进驱动装置以本身已知的方式行进。

然而，代替所示的起重机200，也可以使用不同的起重机，例如以伸缩式吊杆起重机的形式或者诸如挖掘机等不同类型的施工机械的形式，并且可以链接到BIM或者结构数据模型300。

如图2所示，在规划阶段已经可以考虑起重机200。为此目的，可以以所述方式包括关于不同施工机械、特别是包括图1的起重机200的不同起重机的数字信息的施工机械模型500可以链接到结构数据模型300。机械模型500可以以可下载的软件工具或软件模块的形式提供，该软件工具或软件模块具有允许施工机械模型500链接到结构数据模型300的接口，使得两者可以彼此通信和交换数据。

借助于所述机械数据模型500的链接可以简化规划过程。起重机的选择、起重机相对于待架设的结构的定位以及起重机200的作业范围尤其可以是以最初详细解释的方式进行或确定。为此目的，合适的软件模块和/或硬件模块、特别是机械选择模块520、安装位置确定模块530、碰撞确定模块700和作业范围设置模块710可以集成到施工机械模型500和/或结构数据模型300中。

如图2所示，起重机200本身也链接到结构数据模型300，并且实际上通过可以访问所述结构数据模型的主施工工地计算机901。为了在施工工地提供BIM或结构数据模型300，可以定位在施工工地或待架设结构范围内的主施工工地计算机910可以链接到服务器，在该服务器上提供BIM或结构数据模型300。BIM或结构数据模型300的本地副本可以有利地存储在主施工工地计算机上，并且可以与结构数据模型300的原始版本循环地或连续地同步。因此，由于起重机控制装置205可以直接访问主施工工地计算机910和结构数据模型300的本地副本而没有可能需要带宽限制的远程数据传输到远程中央BIM服务器，长数据路径和时间偏移因此可以在结构数据模型300和起重机200之间实现减少和无时间偏移或具有低时间偏移的相互作用。尽管如此，远程数据传输到远程中央BIM服务器自然是可能的。

如果来自起重机200或来自其控制装置205的数据被写入结构数据模型300，则它们可以首先在主施工工地计算机910中缓冲，然后结构数据模型300的版本能够相应地通过主施工工地计算机910与中央服务器和/或其他参与者(例如规划办公室或机械贷方)的计算机单元和服务器单元的同步来更新。

由于由此提供的起重机200与主施工工地计算机910或结构数据模型300的链接，可以根据来自结构数据模型300的数字数据来适应或参数化相应施工机械的不同起重机功能或通常控制功能。来自结构数据模型300的相应数字信息可以借助于图2中所示的数据通信设备900被发送到起重机200。所述数据通信设备900特别地将施工工地计算机910连接到起重机200的控制装置205。

可以在起重机200的控制装置205中实现但也可以在施工工地计算机910中提供的控制配置模块902被提供以相应地使所述控制功能适应起重机200的控制装置205。该控制配置模块920尤其可以使起重机200的作业范围边界功能(其可以在其控制装置205中实施)适应不同的施工阶段，并且因此通过来自结构数据模型300的数字数据来适应增长的结构壁和障碍物。

独立于作业范围边界的这种适应，起重机与主施工工地计算机910以及由其提供的结构数据模型300的链接可以实现自动化施工阶段监控。为此目的，一方面，结构的实际状态可以借助于合适的检测设备800来确定，其中所述检测设备800通常能够不同地配置。例如，检测设备800可以包括至少一个相机和/或合适的图像传感器，例如以安装在起重机200处的相机220的形式。布置在所生成的图像下游的图像处理设备可以检测表征施工进度的特定特征，例如结构高度、开发的平面图表面、外形轮廓或类似物。作为这种相机或图像传感器的替代或补充，也可以提供其他检测装置，例如扫描仪或RFID读取器，以检测某些施工构件是否已经安装在结构上。例如，这种扫描仪或RFID读取器可以附接到起重机吊钩208，或者也可以以移动单元的形式使用，通过该移动单元可以手动扫描安装的部件。

然后，由施工阶段确定模块801将检测设备800检测到的结构的实际状态与来自结构数据模型300的数字信息进行比较，该施工阶段确定模块801例如可以在施工工地计算机910中实施以通过比较确定相应的施工阶段。

起重机200可以基于所确定的施工阶段执行不同的功能。例如，如果相应的到达施工阶段显示在起重机200的显示装置上，或者在其起重机操作员驾驶室206中或者在遥控装置的控制站2处，则已经是有用的。

然而，借助于控制配置模块902也可以在起重机200处适应其他控制功能，该控制配置模块902可以在施工工地计算机910中实现，但是特别是也可以在起重机200的控制装置205中实现。例如，施工机械接下来要执行的相应作业任务的虚拟表示可以显示在起重机或其远程控制装置处的所述显示单元处，例如使得待安装的相应下一个施工构件及其在该结构处的安装位置在其各自的施工阶段中在结构的虚拟表示中叠加。替代地或另外地，行进路径也可以叠加在表示中。

以更加有利的方式，自动提升也可以由起重机200执行，特别是基于前述的施工阶段监控和随后的下一个作业步骤的确定。

例如，如果通过卡车1000将施工构件交付到施工工地，例如可以从结构数据模型300或其相应输入的时间表看到，则施工工地计算机910还可以向起重机200的控制装置205建议特别是卡车1000根据其预期目的停车以卸载施工构件的卸载位置。在这方面，图1示出了坐标X1、Y1和Z1，其表示施工构件在卡车1000的卸载位置处的位置。图1中所示的角度φ1另外确定了施工构件相对于待架设的结构的的角度定向，例如，可以以简单的方式预定义，因为卡车必须采用BIM 300知道的预定卸载位置并且施工构件以特定方向支撑在卡车1000上。替代地或附加地，可以提供合适的检测设备，例如以相机220的形式，其可以例如附接到起重机200的吊杆203并且可以向下看，从而能够借助图像评估单元确定施工构件的定向。

如果主施工工地计算机910向起重机200的控制装置205通知交付，则控制装置205可以使起重机200行进，使得其吊钩移动到卡车1000和位于其上的施工构件。

起重机200的吊钩可以有利地具有独立的耦合装置，例如使得吊钩抵靠在支座上行进，在该支座处，在施工构件处的负载拾取器与吊钩耦合，如稍后将更详细地解释的。替代地或附加地，吊钩相对于待拾取的施工构件的精细调整也可以更详细地以最初解释的方式已经由行进控制模块990进行，该行进控制模块位于吊钩处并且可以致动卡车1000处或其负载表面上的位置，当吊钩200以自动方式行进到位置X1，Y1，Z1，φ1时，该位置负责耦合过程。

这里，吊钩上的检测装置还可以检查位于卡车上的施工构件是否实际上是要安装的施工构件，其中例如读取RFID代码、条形码或类似物，如最初已经更详细解释的。

为此，可以设置检测设备830，通过该检测设备可以检测位于起重机200的拾取区域或作业范围内的施工构件，特别是是否应该在下一个作业步骤中安装的施工构件。所述检测装置830例如可以包括条形码扫描仪或RFID读取器，其可以附接到起重机吊钩。然而，应该理解，也可以使用不同的检测装置来识别要拾取的施工构件。

如果以这种方式发现要在下一个作业步骤中安装的施工构件已经悬挂在起重机吊钩208上，则所述控制配置模块920可以使起重机控制装置205基于来自结构数据模型300的数字信息执行自动提升，以根据其预期目的将部件移动到安装位置、特别是安装位置X2，Y2，Z2，其中所需的角度定向为φ2。起重机200可以为此目的而旋转，并且其吊车可以行进并且同样地旋转。

图3以举例的方式示出了起重机200的负载悬挂装置1100，其能够实现负载的自动耦合。负载悬挂装置1100例如可以以形状匹配的耦合器的形式配置，该耦合器能够以形状匹配的方式接合在施工构件处的匹配夹紧构件1101，例如形式为蘑菇头的夹紧头。如图3所示，用于致动、特别是打开和/或关闭的致动器可以与耦合构件相关联，例如以滑动件1104的形式，其中所述致动器1105能够通过例如来自起重机控制的外部能量致动来致动；另一方面，它们也可以有利地手动致动。

所述负载悬挂装置1100可以具有用于精细定位的传感器系统1119，通过该传感器系统可以检测附接到施工构件的标记构件1112。所述检测装置1119与施工构件处的标记1112一起可以实现到耦合位置或负载拾取位置的完全自动化的精细行进。

然而，替代地或另外地，也可以通过行进控制模块990在吊钩处或在负载悬挂装置1100处以最初已经解释的方式执行作业，以使负载悬挂装置1100精确地行进到期望的位置和定向。图3示出了一些操作构件1116、1118和1121，借助于这些操作构件，可以以最初已经说明的方式精细地调整吊钩或负载悬挂装置的运动。所述操作构件1116、1118和1121例如可以是下压按钮、滑动件或旋钮，其运动轴线预定义相应的起重机吊钩调整运动及其方向。如图3所示，行进控制模块990可以具有发射和/或接收单元991，以与起重机的控制装置205通信。

如图4所示，所述行进控制模块990还可以包括集成在机械操作员手套中的操作构件。这样的手套992可以例如包括压敏传感器和/或方向敏感传感器993和994，其可以集成在相应手套992的指尖中和手掌中。

如果要行进的施工构件的表面和/或负载悬挂装置1100的表面被手套992接触，则手套992在施工构件或负载悬挂装置处推动、拉动或旋转的方向可以通过所述传感器993和994检测，然后通过起重机的控制装置205执行相应的行进运动。与手套992配合并且可以与传感器992和993和994一起更好地检测压力方向和/或运动方向的表面部件可以可选地附接到负载悬挂装置1100和/或待行进的施工构件处。替代地或另外地，位置标记也可以附接到待行进的施工构件并且预定义手套992的接触位置或抓握位置，使得控制装置从施工构件定向知道手套992及其传感器993和994的作业方向。

不同的功能尤其还可以与手套992的不同传感器993和994相关联。如图4所示，功能“从右向左水平行进”可以与右手套的手掌传感器992相关联，而“竖直行进”功能可以与左手套的手掌传感器992相关联。为了能够控制垂直于接触平面的行进-对应于图4的图的平面-左手套的手指传感器994可以例如向操作员发出接近信号，而右手套992的手指传感器994可以发出离开的信号。传感器的其他分配自然是可能的。

如图2所示，其他识别功能也可以借助于合适的扫描单元或检测装置来实现，例如人识别，特别是关于人是否位于自动提升的预期负载行进路径中。

Claims (29)

1.一种施工机械，所述施工机械具有用于控制所述施工机械的作业设备的施工机械控制装置(205)，其特征在于包括：连接到主施工工地计算机(910)的数据通信设备(900)，所述数据通信设备用于从所述主施工工地计算机(910)可访问的结构数据模型(300)接收和处理数字信息；以及控制配置模块(920)，所述控制配置模块用于根据从所述结构数据模型(300)接收的数字信息影响所述施工机械控制装置(205)的至少一个控制功能，其中，

提供至少一个检测设备(800)，所述检测设备用于检测结构的实际状态；提供施工阶段确定模块(810)，所述施工阶段确定模块用于将检测到的结构的实际状态与来自所述结构数据模型(300)的数字信息进行比较，并根据所述比较确定施工进度；并且，所述数据通信设备(900)被配置为根据确定的施工进度从所述结构数据模型(300)向所述施工机械控制装置(205)提供特定数字信息；

所述控制配置模块(920)被配置为根据确定的施工进度在设置在所述施工机械或用于远程控制所述施工机械的控制站处的显示装置(820；211)上根据所确定的实际状态显示结构的虚拟表示和/或根据提供给所述施工机械的来自所述结构数据模型(300)的特定数字信息显示待由所述施工机械进行的下一个作业任务的虚拟表示；

所述控制配置模块(920)被配置为根据所确定的结构的实际状态显示待作业的下一个施工构件的虚拟表示以及所述施工构件在结构处的安装位置的虚拟表示。

2.根据权利要求1所述的施工机械，其中，提供施工构件定位模块，所述施工构件定位模块用于参考来自所述主施工工地计算机(910)的所述结构数据模型(300)的数字信息定位待由所述施工机械在所述施工工地上拾取的施工构件，其中所述施工机械控制装置(205)具有行进模块，所述行进模块用于因此定位的所述施工构件参照由所述主施工工地计算机(910)提供的所述施工构件的位置坐标的行进自动化。

3.根据权利要求1或2所述的施工机械，其中，提供检测设备(800)，所述检测设备用于检测和/或识别位于所述施工机械的拾取区域和/或作业范围内的施工构件；其中，所述数据通信设备(900)被配置为根据检测到的和/或识别的施工构件从所述结构数据模型(300)向所述施工机械控制装置(205)提供与检测到的施工构件的作业有关的数字信息；并且其中，所述控制配置模块(920)被配置为基于由所述结构数据模型(300)提供的数字信息自动执行与检测到的施工构件有关的作业步骤。

4.根据权利要求3所述的施工机械，其中，来自所述结构数据模型(300)的数字信息包括指示所述施工构件的目的地的位置数据和/或指示所述施工构件的行进路径的行进路径数据；并且其中，所述控制配置模块(920)被配置为根据所述位置数据和/或行进路径数据自动地升高和/或行进所述施工机械。

5.根据权利要求3所述的施工机械，其中，所述检测设备(800)具有相机(210)和/或图像传感器和/或条形码扫描仪和/或RFID读取器。

6.根据权利要求1或2所述的施工机械，其中，用于拾取施工构件的负载悬挂装置具有联接部分，所述联接部分是自动的和/或可由外部能量致动并且可由所述施工机械控制装置(205)自动释放和/或关闭。

7.根据权利要求1或2所述的施工机械，其中，所述施工机械控制装置(205)被配置为使用来自所述主施工工地计算机(910)的位置数据将悬挂的负载从负载拾取点(X1，Y1，Z1，φ1)自动行进到安装点或放下点(X2，Y2，Z2，φ2)。

8.根据权利要求7所述的施工机械，其中，所述位置数据包括三维坐标系中的位置坐标(X，Y，Z)和指示所述施工构件围绕直立旋转轴线的取向的角度坐标(φ)。

9.根据权利要求6所述的施工机械，其中，提供旋转装置，用于使所述施工机械的所述负载悬挂装置围绕直立旋转轴线旋转；并且其中，所述施工机械控制装置(205)被配置为参考来自所述主施工工地计算机(910)的数字信息致动所述旋转装置。

10.根据权利要求9所述的施工机械，其中，所述旋转装置用于使所述施工机械的所述负载悬挂装置围绕旋转台车和/或旋转负载悬挂装置旋转。

11.根据权利要求6所述的施工机械，其中，提供行进控制模块(990)，所述行进控制模块能够位于所述施工机械的所述负载悬挂装置处，和/或位于施工构件悬挂在那里并且待行进的位置处，并且具有至少一个操作构件，所述操作构件的致动轴线与所述施工机械的行进轴线重合。

12.根据权利要求11所述的施工机械，其中，所述行进控制模块(990)集成在可穿戴设备中，所述可穿戴设备根据其在机械操作员的身体上的预期目的而穿戴并且能够以自我支撑的方式穿戴在身体部位上。

13.根据权利要求12所述的施工机械，其中，所述行进控制模块(990) 的至少一个操作构件集成在手套(992)中，所述机械操作员根据所述手套的预期目的通过所述手套抓住所述施工机械的所述负载悬挂装置和/或悬挂在那里并且待行进的施工构件。

14.根据权利要求12或13所述的施工机械，其中，所述行进控制模块(990)被配置为用于与所述施工机械控制装置(205)进行无线通信。

15.根据权利要求1或2所述的施工机械，其中，所述控制配置模块(920)被配置为

-根据确定的施工阶段在布置在所述施工机械上的显示装置(820；211)上根据确定的实际状态显示结构的虚拟表示和/或根据来自所述结构数据模型(300)的数字信息显示待由所述施工机械进行的下一个作业任务的虚拟表示；和/或

-根据来自所述结构数据模型(300)的数字数据显示下一个要作业的施工构件的虚拟表示和所述施工构件在结构处的安装位置。

16.根据权利要求1或2所述的施工机械，其中，所述控制配置模块(920)被配置为根据来自所述结构数据模型(300)的数字信息来改变由所述施工机械控制装置(205)考虑的作业范围边界功能。

17.根据权利要求16所述的施工机械，其中，所述控制配置模块(920)被配置为根据待架设和/或待作业的结构的施工进度自动更新和/或自动地周期性地或连续地调整所述作业范围边界功能，同时考虑来自所述结构数据模型的数字信息。

18.根据权利要求16所述的施工机械，其中，提供碰撞确定模块(700)，所述碰撞确定模块用于将所述施工机械的表征其安装位置和/或作业范围的机械数据与来自所述结构数据模型(300)的表征结构轮廓和/或围绕轮廓的地形结构的结构数据进行比较；并且其中，所述控制配置模块(920)被配置为基于所述比较来调整所述作业范围边界功能。

19.一种使用结构数据模型(300)控制施工机械的方法，所述结构数据模型包括关于待架设和/或待作业的结构的数字信息，其特征在于包括以下步骤：

从所述结构数据模型(300)向施工机械提供数字信息；以及

根据来自所述结构数据模型(300)的所提供的数字信息影响施工机械控制装置(205)的至少一个控制功能；其中，

借助于至少一个检测设备(800)检测结构的实际状态；通过施工阶段确定模块(810)将检测到的结构的实际状态与来自所述结构数据模型(300)的数字信息进行比较；并且，根据所述比较，将来自所述结构数据模型(300)的特定数字信息提供给所述施工机械控制装置(205)；

根据确定的施工进度在安装在所述施工机械或用于远程控制所述施工机械的控制站(2)处的显示装置(820；211)上根据所确定的实际状态显示结构的虚拟表示和/或根据提供给所述施工机械的来自所述结构数据模型(300)的特定数字信息显示待由所述施工机械进行的下一个作业任务的虚拟表示；

根据来自所述结构数据模型(300)的特定数字信息生成根据所确定的结构的实际状态的待作业的下一个施工构件的虚拟表示以及所述施工构件在结构处的安装位置的虚拟表示。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，借助于检测设备(800)自动检测位于所述施工机械的拾取区域和/或作业范围内的施工构件；其中，根据检测到的施工构件，从所述结构数据模型(300)提供与检测到的施工构件的作业有关的数字信息；并且其中，由所述施工机械控制装置(205)根据所述结构数据模型(300)提供的数字信息自动执行与检测到的施工构件有关的作业步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，来自所述结构数据模型(300)的数字信息提供指示所述施工构件的目的地的位置数据和/或指示所述施工构件的行进路径的行进路径数据；并且其中，所述施工构件由所述施工机械控制装置(205)根据所述位置数据和/或行进路径数据自动提升和/或行进。

22.根据权利要求19至21中任一项的方法，其中，执行以下步骤：

参考所述结构数据模型(300)自动选择适合于结构(400)的架设和/或作业的施工机械，其中对所述自动选择执行以下步骤：

提供机械数据模型(500)，所述机械数据模型包括不同施工机械模型的数字信息；

参考由所述机械数据模型(500)指定的并且涉及不同施工机械模型不同的机械数据标准自动识别来自所述结构数据模型(300)的相关信息；

自动将来自所述结构数据模型(300)的识别信息与来自所述机械数据模型(500)的不同施工机械的机械数据进行比较；以及

参考所述比较自动选择合适的施工机械。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，在识别相关信息的上述步骤中从所述结构数据模型(300)中读取以下至少一条信息：

待移动的最重施工构件的结构高度、重量；升高的结构的面积和/或横截面范围，以及施工构件输送站和施工构件目的地之间的最大距离；并且

其中，在上述比较中，将来自所述结构数据模型(300)的至少一条读取信息与来自所述机械数据模型(500)的机械数据进行比较，所述机械数据包括以下至少一条信息：机械提升高度、最大起吊重量和机械范围。

24.根据权利要求19至21中任一项的方法，其中，执行以下步骤：

使用来自所述结构数据模型(300)的数字信息确定安装位置和/或检查一个/所选施工机械相对于待架设和/或待作业的结构的特定安装位置，其中在确定和/或检查作业位置时执行以下步骤：

自动识别来自所述结构数据模型(300)的相关信息和来自机械数据模型(500)的相关信息，其中来自所述结构数据模型(300)的信息至少包括结构尺寸，来自所述机械数据模型(500)的信息至少包括所选施工机械的作业范围；以及

自动比较所述施工机械的作业范围和结构轮廓，以检查足够的范围和/或可能的碰撞。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，根据碰撞检查自动限制所选施工机械的作业范围，并且通过固定的作业范围限制更新所述结构数据模型(300)。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，由所述施工机械控制装置(205)考虑的作业范围边界功能由作业范围边界设定模块(710)根据来自所述结构数据模型(300)的数字信息改变。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，在考虑来自所述结构数据模型的数字信息的同时，根据待架设和/或待作业的结构的施工进度，自动更新和调整所述作业范围边界功能。

28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，通过碰撞确定模块(700)将所述施工机械的表征其安装位置和/或作业范围的机械数据与来自所述结构数据模型(300)的表征结构轮廓和/或围绕轮廓的地形的结构数据进行比较；其中，所述作业范围边界功能由所述作业范围边界设定模块(710)根据所述比较进行调整。

29.一种主施工工地计算机，其中，提供以下组件：

数据通信设备(900)，所述数据通信设备用于从结构数据模型(300)向施工机械提供数字信息；

-控制配置模块(920)，所述控制配置模块用于根据来自所述结构数据模型(300)的所提供的数字信息影响施工机械控制装置(205)的至少一个控制功能；以及

施工阶段确定模块(810)，所述施工阶段确定模块用于将借助于至少一个检测设备(800)检测到的结构的实际状态与来自所述结构数据模型(300)的数字信息进行比较，并根据所述比较确定施工进度；

其中，所述数据通信设备(900)被配置为根据确定的施工进度从所述结构数据模型(300)向所述施工机械控制装置(205)提供特定数字信息；

其中，所述控制配置模块(920)被配置为根据确定的施工进度在设置在所述施工机械或用于远程控制所述施工机械的控制站处的显示装置(820；211)上根据所确定的实际状态显示结构的虚拟表示和/或根据提供给所述施工机械的来自所述结构数据模型(300)的特定数字信息显示待由所述施工机械进行的下一个作业任务的虚拟表示；

其中，所述控制配置模块(920)被配置为根据所确定的结构的实际状态显示待作业的下一个施工构件的虚拟表示以及所述施工构件在结构处的安装位置的虚拟表示。

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