CN109626271A - 一种基于bim的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法，包括胎架主梁、顶升装置、控制器与安装有BIM软件的计算机，顶升装置包括升降机构、驱动机构与移动机构，驱动机构与升降机构连接，移动机构与升降机构连接，移动机构能在胎架主梁上移动，复数个顶升装置安装在胎架主梁上，控制器与驱动机构、移动机构控制连接，计算机与控制器电连接，升降机构用于支撑异型构件。本发明具有如下优点：利用在计算机上的BIM软件创建异型构件的模型，通过最优化分析确定出顶升装置在胎架主梁上的位置与高程，然后控制器对顶升装置的状态进行精确控制，实现胎架形态的自动化和智能化控制，有效地提高异型构件的拼装效率。

Description

一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及异型构件组装平台领域，具体地涉及一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法。

背景技术

BIM是建筑信息模型，即Building Information Modeling的简称，是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点。

随着城市化的发展，重型钢结构的制造和安装扮演着越来越重要的角色，尤其是在高层/超高层城市建筑和城市钢箱梁桥的制造建设领域。重型钢结构普遍具有重量大、结构尺寸大和构型曲面化的特点，因此也常被称为大型复杂曲面异型构件。由于施工场地和交通条件的限制，此类异型构件一般都在工厂中完成分段制造，再运输到施工现场，完成整体的拼装并吊装到位。

在工厂阶段，异型构件制造的工艺流程一般有：翼板、腹板、底板、横隔板、接口板放样→号料→切割→矫正→零部件成型→装配→结构板材焊接→剪力钉焊接→制孔→预拼装→喷砂、涂装。在制造过程中，需要一个符合异型构件结构外形的拼装用胎架平台，起到固定和支撑的作用。目前常用的胎架装置普遍采用固定筋板的型式，即在平面场地上预先安装若干个满足所需构件制造要求的固定筋板，以提供构件制造所需的支撑点。

这种固定式胎架装置具有结构简单、制造便捷和制造成本低等优点。但由于异型构件一般都为非标准件，其型式和尺寸大不相同，每制造一个订单批次的异型构件，就需要预先制造一批固定筋板式拼装平台。另外，在构件制造过程中，常常需要对未成品构件进行吊装翻身加工。现在常用的方法为在一个流水线上预制多个拼装平台，如胎架装置A、B，在胎架装置A上完成既定位置的拼装加工后，通过吊机吊装翻身，移动至胎架装置B上，进行下一道工序。在工序衔接的过程中，存在二次搬运、大规模占用制造场地、流水协调压力大和拼装效率低等缺点。

综上，当胎架上的异型构件型式发生变化或同一构件需要翻身拼装时，固定胎架系统无法动态调整各筋板的高度，需要一个个支撑点进行调整，耗费在胎架调整的时间占比大，导致生产制造效率低和工序繁琐等缺点。另外现有的胎架装置一般为人工焊接制造，还存在着定位精度低的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法，可通过计算机集成控制且动态调整胎架系统中各个支撑点的位置和高程，能极大地提高异型构件的拼装效率，实现胎架系统的精密性与智能性。

本发明是这样实现的：

一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，包括胎架主梁、顶升装置、控制器与安装有BIM软件的计算机，所述顶升装置包括升降机构、驱动机构与移动机构，所述驱动机构与所述升降机构连接，所述移动机构与所述升降机构连接，所述移动机构能在所述胎架主梁上移动，复数个所述顶升装置安装在所述胎架主梁上，所述控制器与所述驱动机构、移动机构控制连接，所述计算机与所述控制器电连接，所述升降机构用于支撑异型构件。

进一步地，所述胎架主梁上固设有复数个横向导轨与纵向导轨，所述升降机构包括基座与千斤顶，所述移动机构固定连接于所述基座的下端，所述移动机构能在所述横向导轨或所述纵向导轨上移动，所述千斤顶的底端与所述基座的上端固定连接，所述千斤顶的控制端与所述驱动机构连接，所述千斤顶的升降端用于支撑所述异型构件。

进一步地，所述驱动机构包括步进电机、转盘、主动杆与从动杆，所述步进电机的输出轴与所述转盘的圆心固定连接，所述转盘的边缘与所述主动杆的首端转动连接，所述主动杆的尾端与所述从动杆的首端转动连接，所述从动杆的尾端与所述千斤顶的控制端固定连接，所述步进电机固设于所述基座的上端，所述控制器与所述步进电机控制连接。

进一步地，所述顶升装置还包括锁止机构，所述锁止机构包括棘轮与棘爪，所述棘轮与所述转盘同心圆且固定连接，所述棘爪的一端与所述基座铰接，所述棘爪的另一端用于阻止所述棘轮转动，所述控制器与所述棘爪控制连接。

进一步地，所述锁止机构还包括电磁铁吸盘与铁块，所述铁块与所述棘爪固定连接，所述电磁铁吸盘固设于所述基座的上端，所述电磁铁吸盘能吸住所述铁块，所述控制器与所述电磁铁吸盘控制连接。

进一步地，所述移动机构包括伺服电机与滑轮，所述伺服电机与所述滑轮通过传动组件连接，所述滑轮能在所述横向导轨或所述纵向导轨内移动，所述控制器还与所述伺服电机控制连接。

进一步地，还包括光电传感器，沿着所述横向导轨或所述纵向导轨的长度方向均匀设置有复数个所述光电传感器，每个所述光电传感器都与所述计算机电连接。

进一步地，还包括测距仪，每个基座的上端都固设有一个所述测距仪，每个所述测距仪都与所述计算机电连接。

一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架的控制方法，所述方法需使用上述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，所述方法包括：

步骤S1、在计算机上使用BIM软件创建或导入异型构件的模型；

步骤S2、使用所述BIM软件及配套分析软件对所述模型进行分析，确定异型构件拼装所需胎架系统的最优姿态，获得胎架系统中各个顶升装置在胎架主梁上的位置和顶升高度；

步骤S3、所述计算机将所述位置与顶升高度的参数信号发送给控制器；

步骤S4、所述控制器通过控制移动机构调整升降机构在所述胎架主梁的位置布局；

步骤S5、所述控制器控制驱动机构调整所述升降机构的升降程度；

步骤S6、所述控制器控制锁止机构锁住所述驱动机构；

步骤S7、将所述异型构件放置在所述升降机构，然后进行加工拼装。

进一步地，在所述步骤S7后还包括：

步骤S8、如果需要翻转所述异型构件，则用吊装机将所述异型构件翻转；或者如果需要更换其他批次的异型构件；返回到步骤S1。

本发明具有如下优点：本发明的基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法利用在计算机上的BIM软件创建异型构件的模型，通过最优化分析确定出用于支撑异型构件的顶升装置在胎架主梁上的位置与高程，然后将参数信号传给控制器，对顶升装置的状态进行精确控制，以高效动态的胎架姿态调整实现对不同异型构件拼装需求的快速响应。对于不同的异型构件动态地设置相应的胎架形态，实现胎架形态的自动化和智能化控制，有效地提高异型构件的拼装效率。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统的平面结构示意图。

图2为本发明中异型构件与顶升装置的装配示意图。

图3为本发明中顶升装置的结构示意图。

图4为本发明中步进电机与转盘的装配示意图。

图5为本发明的基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统的信号传递示意图。

图中标记表示：1-胎架，11-胎架主梁，111-横向导轨，112-纵向导轨，12-胎架立柱，2-顶升装置，21-升降机构，211-基座，212-千斤顶，22-驱动机构，221-转盘，222-主动杆，223-从动杆，224-步进电机，23-移动机构，24-锁止机构，241-棘轮，242-棘爪，243-铁块，244-电磁铁吸盘，3-异型构件，4-计算机，5-控制器，6-光电传感器，7-测距仪。

具体实施方式

请参阅图1至图5，一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，包括胎架主梁11、顶升装置2、控制器5与安装有BIM软件的计算机4，所述顶升装置2包括升降机构21、驱动机构22与移动机构23，所述驱动机构22与所述升降机构21连接，所述移动机构23与所述升降机构21连接，所述移动机构23能在所述胎架主梁11上移动，复数个所述顶升装置2安装在所述胎架主梁11上，所述控制器5与所述驱动机构22、移动机构23控制连接，所述计算机4与所述控制器5电连接，所述升降机构21用于支撑异型构件3。这样升降机构21就定住异型构件3，为异型构件3提供拼装平台。所述顶升装置2还包括锁止机构24，所述锁止机构24与所述驱动机构22连接，所述控制器5与所述锁止机构24控制连接。

首先在计算机4上使用BIM软件创建异型构件3的模型，或将现有模型导入到所述计算机中，再使用BIM软件及相应配套分析软件对模型进行分析，确定异型构件拼装所需的胎架系统最优化姿态，从而获得胎架系统中各个顶升装置2在胎架主梁11的位置与顶升高度，计算机4将位置与顶升高度的参数信号传给控制器5；控制器5就控制顶升装置2中的移动机构23，将升降机构21移动到指定的位置；控制器5再控制驱动机构22，调整升降机构21的升降程度；控制器5再控制锁止机构24锁住驱动机构22，这样就保持升降机构21的升降程度；对于所要加工拼装的异型构件3，各个升降机构21作为支撑点有事先在胎架主梁11上自动完成位置布局，对于异型构件3的复杂曲面构型支撑表面，各个升降机构21作出相应的升降高度；然后将异型构件3放置在作为支撑点的升降机构21上，进行加工拼装。在既定加工平面的拼装工序完成后，如果需要翻转所述异型构件3，则用吊装机将所述异型构件3吊装翻身；然后在计算机4上对异型构件3的模型的另一支撑表面再进行分析，得出新的参数，再通过控制器5对各个顶升装置2进行调整；完成新的胎架形态，实现了对胎架系统的自动化、智能化控制，这样有效地提高异型构件3的加工效率。

如果要更换其他的异型构件3，同样地，本发明的智能胎架系统会作出相应的形态变化，在胎架主梁11上布置出与异型构件3匹配的最优化支撑点阵。胎架1包括胎架主梁11与胎架立柱12，胎架立柱12与胎架主梁11固定连接，胎架立柱12用于支撑胎架主梁11，且用地脚螺栓固定在生产工地上。

所述胎架主梁11上固设有复数个横向导轨111与纵向导轨112，所述升降机构21包括基座211与千斤顶212，所述移动机构23固定连接于所述基座211的下端，所述移动机构23能在所述横向导轨111或所述纵向导轨112上移动，所述千斤顶212的底端与所述基座211的上端固定连接，所述千斤顶212的控制端与所述驱动机构22连接，所述千斤顶212的升降端用于支撑所述异型构件3。移动机构23在横向导轨111与纵向导轨112中移动，提高千斤顶212在位置改变时的稳定性。

所述驱动机构22包括步进电机224、转盘221、主动杆222与从动杆223，所述步进电机224的输出轴与所述转盘221的圆心固定连接，所述转盘221的边缘与所述主动杆222的首端转动连接，所述主动杆222的尾端与所述从动杆223的首端转动连接，所述从动杆223的尾端与所述千斤顶212的控制端固定连接，所述步进电机224固设于所述基座211的上端，所述控制器5与所述步进电机224控制连接。控制器5控制步进电机224的转动，步进电机224带动转盘221旋转，通过主动杆222与从动杆223的传动，将转盘221的圆周运动转化为千斤顶212的控制端的上下摆动，从而调节千斤顶212的升降端的高度。

所述锁止机构24包括棘轮241与棘爪242，所述棘轮241与所述转盘221同心圆且固定连接，所述棘爪242的一端与所述基座211铰接，所述棘爪242的另一端用于阻止所述棘轮241转动，所述控制器()与所述棘爪242控制连接。这样当棘爪242卡住棘轮241时，转盘221就被限制转动，从而限制千斤顶212的控制端的摆动，固定住千斤顶212的升降端的高度，提高升斤顶的支撑稳定性。

所述锁止机构24还包括电磁铁吸盘244与铁块243，所述铁块243与所述棘爪242固定连接，所述电磁铁吸盘244固设于所述基座211的上端，所述电磁铁吸盘244能吸住所述铁块243，所述控制器5与所述电磁铁吸盘244控制连接。控制器5控制电磁铁吸盘244的吸引状态，当电磁铁吸盘244吸住铁块243时，棘爪242与棘轮241分离；当电磁铁吸盘244失去磁性时，棘爪242卡住棘轮241。

所述移动机构23包括伺服电机与滑轮，所述伺服电机与所述滑轮通过传动组件连接，所述滑轮能在所述横向导轨111或所述纵向导轨112内移动，所述控制器5还与所述伺服电机控制连接。传动组件包括转轴与齿轮，这样就将伺服电机的动力传给滑轮，通过控制器5控制移动机构23的移动状态，通过控制伺服电机的转速与转向，滑轮就能在横向导轨111或纵向导轨112内来回快慢地移动。

还包括光电传感器6，沿着所述横向导轨111或所述纵向导轨112的长度方向均匀设置有复数个所述光电传感器6，每个所述光电传感器6都与所述计算机4电连接。当顶升装置2在横向导轨111或纵向导轨112移动时，顶升装置2所处位置的光电传感器6就检测到顶升装置2，并将位置参数信号反馈给计算机4。计算机4就能收到各个顶升装置2在胎架横梁上的位置变化，并在BIM软件中进行参数的自动修正，然后向控制器发出位置调整指令，提高顶升装置2定位精度。

还包括测距仪7，每个基座211的上端都固设有一个所述测距仪7，每个所述测距仪7都与所述计算机4电连接。测距仪7用于测量跟异型构件3之间的距离，当顶升装置2定位后，测距仪7将所在位置的与异型构件3的距离参数信号反馈给计算机4。计算机4根据收到的实际距离参数，在BIM软件中对预先的顶升高度参数进行自动修正，然后向控制器5发出高度调整指令，提高顶升装置2的顶升高度精度。

本发明的基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统及其控制方法通过使用BIM技术，建立异型构件的模型，并进行拼装用胎架平台的最优化分析；对于不同的异型构件动态地设置相应的胎架形态，实现胎架形态的自动化、智能化控制；省去了胎架支撑点的人工调整和制造过程，大幅度减少调整时间，提高了生产效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：包括胎架主梁、顶升装置、控制器与安装有BIM软件的计算机，所述顶升装置包括升降机构、驱动机构与移动机构，所述驱动机构与所述升降机构连接，所述移动机构与所述升降机构连接，所述移动机构能在所述胎架主梁上移动，复数个所述顶升装置安装在所述胎架主梁上，所述控制器与所述驱动机构、移动机构控制连接，所述计算机与所述控制器电连接，所述升降机构用于支撑异型构件。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：所述胎架主梁上固设有复数个横向导轨与纵向导轨，所述升降机构包括基座与千斤顶，所述移动机构固定连接于所述基座的下端，所述移动机构能在所述横向导轨或所述纵向导轨上移动，所述千斤顶的底端与所述基座的上端固定连接，所述千斤顶的控制端与所述驱动机构连接，所述千斤顶的升降端用于支撑所述异型构件。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：所述驱动机构包括步进电机、转盘、主动杆与从动杆，所述步进电机的输出轴与所述转盘的圆心固定连接，所述转盘的边缘与所述主动杆的首端转动连接，所述主动杆的尾端与所述从动杆的首端转动连接，所述从动杆的尾端与所述千斤顶的控制端固定连接，所述步进电机固设于所述基座的上端，所述控制器与所述步进电机控制连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：所述顶升装置还包括锁止机构，所述锁止机构包括棘轮与棘爪，所述棘轮与所述转盘同心圆且固定连接，所述棘爪的一端与所述基座铰接，所述棘爪的另一端用于阻止所述棘轮转动，所述控制器与所述棘爪控制连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：所述锁止机构还包括电磁铁吸盘与铁块，所述铁块与所述棘爪固定连接，所述电磁铁吸盘固设于所述基座的上端，所述电磁铁吸盘能吸住所述铁块，所述控制器与所述电磁铁吸盘控制连接。

6.根据权利要求2所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：所述移动机构包括伺服电机与滑轮，所述伺服电机与所述滑轮通过传动组件连接，所述滑轮能在所述横向导轨或所述纵向导轨内移动，所述控制器还与所述伺服电机控制连接。

7.根据权利要求2所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：还包括光电传感器，沿着所述横向导轨或所述纵向导轨的长度方向均匀设置有复数个所述光电传感器，每个所述光电传感器都与所述计算机电连接。

8.根据权利要求2所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，其特征在于：还包括测距仪，每个基座的上端都固设有一个所述测距仪，每个所述测距仪都与所述计算机电连接。

9.一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架的控制方法，其特征在于：所述方法需使用权利要求1至8任一项所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架系统，所述方法包括：

步骤S1、在计算机上使用BIM软件创建或导入异型构件的模型；

步骤S2、使用所述BIM软件及配套分析软件对所述模型进行分析，确定异型构件拼装所需胎架系统的最优姿态，获得胎架系统中各个顶升装置在胎架主梁上的位置和顶升高度；步骤S3、所述计算机将所述位置与顶升高度的参数信号发送给控制器；

步骤S4、所述控制器通过控制移动机构调整升降机构在所述胎架主梁的位置布局；

步骤S5、所述控制器控制驱动机构调整所述升降机构的升降程度；

步骤S6、所述控制器控制锁止机构锁住所述驱动机构；

步骤S7、将所述异型构件放置在所述升降机构，然后进行加工拼装。

10.根据权利要求9所述的一种基于BIM的异型构件组装用智能胎架的控制方法，其特征在于：在所述步骤S7后还包括：

步骤S8、如果需要翻转所述异型构件，则用吊装机将所述异型构件翻转；或者如果需要更换其他批次的异型构件；返回到步骤S1。