CN109368498A - 一种基于bim智能装配式节点构造与建造的自动化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，包括BIM集成控制子系统、桁架天吊自动爬升子系统、钢砼预制部件关键节点锁固子系统。本发明搭建了一种基于BIM的智能装配式建造的自动化装备系统，是装配式建筑领域中进行智能化、自动化、标准化、机电一体化、模块集成化五位一体的创新应用，改变建筑领域粗放落后的建造方式，通过结合BIM数据的存储和计算控制驱动自动化装备系统，按照智能装配式工法技术与时间顺序，智能控制整个建造流程，精准安装固定每个建筑部品部件。

Description

一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统
技术领域
本发明涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统。
背景技术
先对部品部件进行预制，然后用预制的部件在工地装配而成的建筑，称为装配式建筑。装配式建筑按预制构件的形式和施工方法分为砌块建筑、板材建筑、盒式建筑、骨架板材建筑及升板升层建筑等五种类型。
装配式建筑是在工业发达的国家在20世纪60年代，首先做了尝试。实际是把工业化技术、数字化、智能化技术率先引入了建筑领域。
住建部在近几年提出大力发展装配式建筑的要求，目的是在建筑领域发展推行数字化、智能化、工业化、绿色化、物联网、云计算、 3D打印等的先进技术，目标是减少建筑垃圾、替代人工建造、提高建造效率、降低建造成本。目前在混凝土(简称PC)装配式建筑模式中，存在不少问题，例如装配成本居高不下、技术粗放、存在危险与安全隐患、装备不智能、砼结构的节点质量存在隐忧、智能化工业化水平低下。目前大多限于土木专业、结构震动专业、材料专业的专家，在自己领域内开展装配式关键节点的技术研究，而针对智能装配式节点构造及建造自动化装备的体系化研究，实现工业化、无人化、自动化、低成本建造成果的，则需要多领域跨专业的复合型的技术融合。
很显然针对本发明引入BIM+GIS技术、大数据云计算、物联网互联网、3DVR等前沿技术，开展智能建造节点构造与装备的系统研究和成果发明申报，是非常及时必要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，有效提高装配式建筑的质量、降低成本、节省造价。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，包括 BIM集成控制子系统、桁架天吊自动爬升子系统、钢砼预制部件关键节点锁固子系统；
所述桁架天吊自动爬升子系统包括桁架天吊装置和自动爬升装置；所述桁架天吊装置主要由用于挂载的吊具和载具、伺服模块和三维度运行起重装置组成，所述伺服模块驱动连接于所述三维度运行起重装置，所述吊具和载具连接于所述三维度运行起重装置；所述自动爬升装置包括立塔和驱动立塔爬升的液压模块；
钢砼预制部件关键节点锁固子系统包括梁柱锁固装置、阻尼能耗抗震模块、焊接机器手、焊接机器手驱动液压装置和空间定位器；所述梁柱锁固装置用于对梁柱节点进行锁固，所述阻尼能耗抗震模块与梁柱锁固装置紧密连接，用于释放震动与侧剪能量，预防震动波造成的损伤及震后自动修复；所述焊接机器手设于所述桁架天吊装置的上方；所述焊接机器手驱动液压装置驱动连接于所述焊接机器手，用于驱动所述焊接机器手在三个维度内移动；
所述BIM集成控制子系统包括BIM集成控制模块；所述BIM集成控制模块分别控制连接于所述伺服模块、液压模块、焊接机器手驱动液压装置和焊接机器手，并与所述空间定位器通讯连接；所述BIM集成控制模块用于根据预设的BIM数据控制所述伺服模块，驱动三维度运行起重装置完成三维度吊装动作，按照预设的时间维度和工法顺序数据，使各个预制部件到达指定的位置；还用于接收空间定位器获取的焊接机器手的空间位置数据，结合预设的BIM数据计算得到焊接机器手的位移值，并据此驱动所述焊接机器手驱动液压装置，使其带动焊接机器手对准需要焊接的梁柱节点位置；用于控制焊接机器手的作业；用于根据预设的BIM数据驱动所述液压模块，使其推动所述立塔自动爬升。
进一步地，所述BIM集成控制子系统还包括有感知预警模块，其通讯连接于所述BIM集成控制模块，用于在检测到不稳定情况时向 BIM集成控制模块传递预警信号。
更进一步地，所述感知预警模块包括风速传感器，所述风速传感器用于检测风力的大小，并当所述风力值高于预设值时向所述BIM集成控制模块传递预警信号。
更进一步地，所述桁架天吊装置还包括有载重测量模块，所述载重测量模块设于所述用于挂在的吊具和载具上，并通讯连接于所述 BIM集成控制模块。
进一步地，所述BIM集成控制子系统还包括有互联网通信模块，用于与预制所述预制部件的工厂进行通讯，完成预制部件的自动化出库和运输到指定地点。
更进一步地，所述互联网通信模块还与移动终端通讯连接。
进一步地，所述BIM集成控制子系统还包括有环境感知模块，用于探测环境参数并传输至BIM集成控制模块。
进一步地，所述梁柱锁固装置主要由十字锁固机构组成。
进一步地，所述BIM集成控制子系统还包括有摄像感知装置，其通讯连接于所述BIM集成控制模块，用于精确就位的图像感知确认。
本发明的有益效果在于：本发明搭建了一种基于BIM的智能装配式建造的自动化装备系统，是装配式建筑领域中进行智能化、自动化、标准化、机电一体化、数字化五位一体的创新应用，改变建筑领域粗放落后的建造方式，通过结合BIM数据的存储和计算控制驱动自动化装备系统，按照智能装配式工法技术与时间顺序，智能控制整个建造流程，精准安装固定每个建筑部品部件。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意框图。
图2为本发明实施例中桁架天吊装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中十字锁固机构的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，包括BIM集成控制子系统1、桁架天吊自动爬升子系统2、钢砼预制部件关键节点锁固子系统3；
所述桁架天吊自动爬升子系统2包括桁架天吊装置21和自动爬升装置22；如图2所示，所述桁架天吊装置21主要由用于挂载的吊具和载具211、伺服模块213和三维度运行起重装置212组成，所述伺服模块213驱动连接于所述三维度运行起重装置212，所述吊具和载具211连接于所述三维度运行起重装置212；所述自动爬升装置22 包括立塔222和驱动立塔爬升的液压模块221；
钢砼预制部件关键节点锁固子系统3包括梁柱锁固装置、阻尼能耗抗震模块、焊接机器手31、焊接机器手驱动液压装置32和空间定位器33；所述梁柱锁固装置用于对梁柱节点进行锁固，所述阻尼能耗抗震模块与梁柱锁固装置紧密连接，用于释放震动与侧剪能量，预防震动波造成的损伤及震后自动修复；所述焊接机器手设于所述桁架天吊装置的上方；所述焊接机器手驱动液压装置驱动连接于所述焊接机器手，用于驱动所述焊接机器手在三个维度内移动；
所述BIM集成控制子系统1包括BIM集成控制模块11；所述BIM 集成控制模块11分别控制连接于所述伺服模块213、液压模块221、焊接机器手驱动液压装置32和焊接机器手31，并与所述空间定位器 33通讯连接；所述BIM集成控制模块11用于根据预设的BIM数据控制所述伺服模块213，使其驱动三维度运行起重装置212完成三维度吊装动作，结合预设的时间维度和工法顺序数据，使各个预制部件到达指定的位置；还用于接收空间定位器33获取的焊接机器手31的空间位置数据，结合预设的BIM数据计算得到焊接机器手31到需要焊接的梁柱节点之间的位移值，并据此驱动所述焊接机器手驱动液压装置32，使其带动焊接机器手31移动并对准需要焊接的梁柱节点；用于控制焊接机器手31自动进行焊接作业；用于根据预设的BIM数据驱动所述液压模块221，使其推动所述立塔222自动爬升。
上述基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统的工作原理在于：
BIM集成控制模块根据预设的BIM数据，控制伺服模块驱动三维度运行起重装置完成预制部件的三维度吊装动作，结合预设的时间维度和工法顺序数据，使各个预制部件到达指定的位置；工人使用梁柱锁固装置对梁柱节点进行锁固之后，BIM集成控制模块接收空间定位器所获取的焊接机器手的空间位置数据，结合预设的BIM数据计算焊接机器手到需要焊接的梁柱节点之间的位移值，从而控制焊接机器手液压驱动装置驱动所述焊接机器手移动至需要焊接的梁柱节点处，然后BIM集成控制模块控制焊接机器手开始进行自动焊接作业。桁架天吊装置和钢砼预制部件关键节点锁固子系统均设于所述立塔上，当完成一层或多层建筑的装配后，BIM集成控制模块控制液压模块，液压模块驱动所述立塔自动爬升，进而开始下一阶段的建筑的装配。
进一步地，所述BIM集成控制子系统1还包括有感知预警模块 12，其通讯连接于所述BIM集成控制模块11，用于在检测到不稳定情况时向BIM集成控制模块11传递预警信号。
在本实施例中，所述感知预警模块12包括风速传感器121，所述风速传感器121用于检测风力的大小，并当所述风力值高于预设值时向所述BIM集成控制模块11传递预警信号。
当风速传感器探测到现场风力大于预设值的时候，说明风力值已经达到会影响到吊装的稳定性与精度时的程度，此时风速传感器向 BIM集成控制模块传递预警信号，BIM集成控制模块会向各子系统发出调整作业姿态的指令，包括桁架天吊装置暂停作业、焊接机器手收缩等，以确保安全与施工质量。
在本实施例中，所述感知预警模块12还包括有载重测量模块122，所述载重测量模块122设于所述用于挂在的吊具和载具上，并通讯连接于所述BIM集成控制模块11。通过载重测量模块可以向BIM集成控制模块传输当前桁架天吊装置的载重，以探测是否存在超载问题，如果存在则及时消除隐患。
进一步地，所述BIM集成控制子系统1还包括有互联网通信模块 13，用于与预制所述预制部件的工厂进行通讯，完成预制部件的自动化出库和运输到指定地点。
更进一步地，所述互联网通信模块13还与移动终端通讯连接。通过和移动终端通讯连接，还可以通过移动终端发送相关控制指令，查看各种环境数据。
进一步地，所述BIM集成控制子系统1还包括有环境感知模块 14，用于探测环境参数并传输至BIM集成控制模块11。所述环境感知模块可以为温度感知模块、湿度感知模块和/或其他与建筑作业相关的环境参数的感知模块。
进一步地，所述梁柱锁固装置主要由十字锁固机构34组成，如图3所示。装配时，预制混凝土柱由三维度运行起重装置吊入固定位置点焊接，作为支撑柱，然后将预制混凝土梁由上自下与预制混凝土柱的上部对接、焊接，4个梁柱都焊接完毕后，将预制的十字锁固机构34，放入固定梁柱相对位置，然后另一预制混凝土柱吊装至与前一预制混凝土柱对齐放入。
进一步地，所述BIM集成控制子系统1还包括有摄像感知装置 15，其通讯连接于所述BIM集成控制模块11，用于精确就位的图像感知确认。满足智能装配式的安装作业的精度、安全、稳定、可靠的需求。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，包括BIM集成控制子系统、桁架天吊自动爬升子系统、钢砼预制部件关键节点锁固子系统；
所述桁架天吊自动爬升子系统包括桁架天吊装置和自动爬升装置；所述桁架天吊装置主要由用于挂载的吊具和载具、伺服模块和三维度运行起重装置组成，所述伺服模块驱动连接于所述三维度运行起重装置，所述吊具和载具连接于所述三维度运行起重装置；所述自动爬升装置包括立塔和驱动立塔爬升的液压模块；
钢砼预制部件关键节点锁固子系统包括梁柱锁固装置、阻尼能耗抗震模块、焊接机器手、焊接机器手驱动液压装置和空间定位器；所述梁柱锁固装置用于对梁柱节点进行锁固，所述阻尼能耗抗震模块与梁柱锁固装置紧密连接，用于释放震动与侧剪能量，预防震动波造成的损伤及震后自动修复；所述焊接机器手设于所述桁架天吊装置的上方；所述焊接机器手驱动液压装置驱动连接于所述焊接机器手，用于驱动所述焊接机器手在三个维度内移动；
所述BIM集成控制子系统包括BIM集成控制模块；所述BIM集成控制模块分别控制连接于所述伺服模块、液压模块、焊接机器手驱动液压装置和焊接机器手，并与所述空间定位器通讯连接；所述BIM集成控制模块用于根据预设的BIM数据控制所述伺服模块，使其驱动三维度运行起重装置完成三维度吊装动作，结合预设的时间维度和工法顺序数据，使各个预制部件到达指定的位置；还用于接收空间定位器获取的焊接机器手的空间位置数据，结合预设的BIM数据计算得到焊接机器手到需要焊接的梁柱节点之间的位移值，并据此驱动所述焊接机器手驱动液压装置，使其带动焊接机器手移动并对准需要焊接的梁柱节点；用于控制焊接机器手自动进行焊接作业；用于根据预设的BIM数据驱动所述液压模块，使其推动所述立塔自动爬升。
2.根据权利要求1所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述BIM集成控制子系统还包括有感知预警模块，其通讯连接于所述BIM集成控制模块，用于在检测到不稳定情况时向BIM集成控制模块传递预警信号。
3.根据权利要求2所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述感知预警模块包括风速传感器，所述风速传感器用于检测风力的大小，并当所述风力值高于预设值时向所述BIM集成控制模块传递预警信号。
4.根据权利要求2或3所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述桁架天吊装置还包括有载重测量模块，所述载重测量模块设于所述用于挂在的吊具和载具上，并通讯连接于所述BIM集成控制模块。
5.根据权利要求1所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述BIM集成控制子系统还包括有互联网通信模块，用于与预制所述预制部件的工厂进行通讯，完成预制部件的自动化出库和运输到指定地点。
6.根据权利要求5所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述互联网通信模块还与移动终端通讯连接。
7.根据权利要求1所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述BIM集成控制子系统还包括有环境感知模块，用于探测环境参数并传输至BIM集成控制模块。
8.根据权利要求1所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述梁柱锁固装置主要由十字锁固机构组成。
9.根据权利要求1所述的基于BIM智能装配式节点构造与建造的自动化系统，其特征在于，所述BIM集成控制子系统还包括有摄像感知装置，其通讯连接于所述BIM集成控制模块，用于精确就位的图像感知确认。
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