CN110894727A - 预制装配式结构自动拼装控制装备系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种预制装配式结构多点协同拼装系统及方法，其包含预制装配式地下结构拼装中控装备、多个拼装件上的液压千斤顶、多个设置于拼装件上的激光测距仪以及多个设置于目标件上的激光反射板，本发明利用构件中橡胶垫反力形心算法、基于形心跟踪和缝宽控制的张拉方法、装配式构件拼装摩阻力计算方法、多点协同通信和多模式保护方法、多点协同加载控制方法等方法及算法实现对不同千斤顶张拉时的张拉力、张拉速度同时不同量的精准输出控制，从而有效提高预制装配式构件拼装控制效果，保障拼装顺利、安全进行，实现精准输出控制，提高装配质量，规避结构损坏，且能有效提高预制装配式构件拼装控制效果。

Description

预制装配式结构自动拼装控制装备系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑工程的技术领域，尤其涉及一种预制装配式结构自动拼装控制装备系统及方法。

背景技术

目前，常规地下结构施工普遍采用的人工现场浇注施工工艺，具有施工工期长、空间跨度小、梁柱结构多、结构质量无法保障等问题，尤其是在寒冷地区，采用现浇施工工艺，冬季无法施工，大大影响工程施工效率与效益。而地下结构采用预制装配建造技术和工艺，能够很好地克服上述现浇工艺存在的问题，是今后地下结构建造技术发展的一个重要方向，预制构件的拼装施工是装配式地下结构建造的关键环节，在安装和建设过程中还存在如下问题和缺陷：

1、无法多点协同测量、多点协同以及自动化控制问题。预制装配式结构构件安装控制过程较复杂，构件拼装过程中采用人工观测、人工判断与人工张拉控制的方法，存在无法实现多点协同测量以及测量精度不够，无法实现多点协同控制且无法实现不同千斤顶张拉时的张拉力、张拉速度同时不同量的输出控制而导致的预制结构构件拼装不到位、结构破损、防水装置受挤压失效、缝隙过大影响防水效果等问题，对预制结构构件长期运营的安全隐患和使用寿命造成了不良影响，也严重影响工程施工效率与效益。

2、预制构件间拼装接缝宽度监测不准确问题。建筑工程预制装配式构件的体量和重量均较大，对拼装作业的要求高，人工作业和分散张拉方式常导致构件拼装控制困难，拼缝宽度难以全面掌控，尤其在预制装配式结构的安装施工过程中，由于吊机初始摆放位置和拼装过程中预制装配式构件不同位置摩阻力不一样，拼装件和目标件之间姿态不平行，两者之间存在夹角。当采用多点激光测量拼装件和目标件之间的接缝宽度，激光光线并不是垂直测量值，不能真实反映构件拼缝宽度，从而可能导致构件拼装存在误差，导致构件拼装不到位或拼装质量差等问题。

3、预制构件拼装张拉控制断点张拉问题。现有的预制装配式结构拼装无自动控制系统以及相应的张拉控制方法，只能采用断点张拉控制方法，即根据结构拼装缝宽控制目标值与初始就位值设置N次阶段控制目标，分N次间断张拉控制的方法实现张拉控制，由于存在通讯时滞的问题以及设备反应时间不同的问题，断点张拉控制方法存在阶段张拉控制不到位或张拉过度的问题，严重时可能造成结构拼装不能就位。

4、预制构件间螺栓锁紧问题。对于大型地下预制结构，如预制装配式地下车站结构，结构跨度可能超过20m，且形状为非圆形，采用大型千斤顶压紧构件及密封条的方法不可行。目前通常通过在构件之间设置张拉杆，采用空心千斤顶+紧固螺母限位的方式实现构件间的张拉与锁紧，因此空心千斤顶张拉后的紧固螺母旋紧方法直接决定了地下预制装配式结构的拼装质量。现有空心千斤顶张拉拧紧构件的方式是在待拼接构件和千斤顶之间设一个传力支架，待空心千斤顶张拉构件到既定位置后，在传力支架内通过人工或扭力扳手的方式，将紧固螺母拧紧至构件上，实现构件的张拉拧紧，这种方式需要在传力支架内部空间操作，操作受到空间局限，每次拧紧紧固螺母时，都是将扳手伸进该空间去拧紧紧固螺母，由于传力支架的内部空间有限，扳手每拧一次都只能转动一个很小的角度，且对有预紧力要求的拼装构件，施力不易控制到位，受人为因素干扰程度大，严重影响预制构件拼装进度和拼装精度。

5、装配式构件拼装橡胶密封垫反力形心跟踪与千斤顶张拉控制问题。装配式构件拼装时，每一个构件都需要利用若干千斤顶进行多点张拉，促使橡胶密封垫压缩变形，拼装构件之间的缝隙(以下称为接缝宽度)代表了橡胶密封垫的压缩程度，构件拼装的目标就是利用千斤顶在若干点位的张拉，使拼装构件间的接缝宽度尽可能均匀。但是在装配式构件拼装张拉施工过程中，由于构件形状和橡胶密封垫的形状不规则，采用目前凭经验与观察以逐步逼近和不断调整的方法进行张拉施工无法精准确定各张拉点的张拉荷载，因此难以保证拼装构件所有接缝宽度始终一致，影响构件拼装就位精度和质量。与此同时，各张拉点荷载的不协调会使构件产生非预期的附加应力。为保证拼装质量，如何建立一种预制装配式构件张拉方法，通过动态跟踪橡胶密封垫的反力形心位置与橡胶密封垫几何形心位置的关系，确定若干张拉千斤顶下一时刻的张拉荷载，以逐步逼近装配式构件张拉的目标位置，并达到事先设定的接缝宽度且保证接缝宽度均匀的目标是亟需解决的问题。

6、装配式构件拼装摩擦力影响大、确定难的问题。地下预制装配式结构的单体拼装构件较大，大构件尺寸可达20m以上，构件会与同环相邻构件或相邻接介质触面产生摩擦力，由于拼装设备能提供的千斤顶张拉力较小，因此拼装构件间产生的摩擦力对构件产生的影响较大，不能忽略不计，对构件拼装精度的影响是必须考虑的重要因素。而预制构件在拼装过程中，在构件间的接触面和构件与地面间的接触面可能同时产生不同的摩擦力，且不同接触面产生的摩擦力对千斤顶张拉的阻碍作用和对千斤顶张拉力的合力形心的影响各有不同，因此如何在对不同位置张拉千斤顶加载张拉力时，提前获取预制构件滑动接触面上摩擦力，以确定更合理的千斤顶预加载值是亟需解决的问题。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种预制装配式结构自动拼装控制装备系统及方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制装配式结构自动拼装控制装备系统及方法，其能有效克服现有技术的缺陷，利用构件中橡胶垫反力形心算法、基于形心跟踪和缝宽控制的张拉方法、装配式构件拼装摩阻力计算方法、多点协同通信和多模式保护方法、多点协同加载控制方法等方法及算法实现对不同千斤顶张拉时的张拉力、张拉速度同时不同量的精准输出控制，从而提高装配质量，规避结构损坏，规避预制装配式结构长期运营的结构安全隐患，还能实现相对补偿，且能进行实时控制和调整，有效提高预制装配式构件拼装控制效果，也能够实现多点测量、多点加载控制的协同通信方法以及保障拼装顺利、安全进行，实现对不同千斤顶张拉时的张拉力、张拉速度同时不同量的精准输出控制，从而提高装配质量，规避结构损坏，规避预制装配式结构长期运营的结构安全隐患，还能实现相对补偿，且能进行实时控制和调整，有效提高预制装配式构件拼装控制效果，更能能够实现多点测量、多点加载控制的协同通信方法以及保障拼装顺利、安全进行。

为解决上述问题，本发明公开了一种预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其包含预制装配式地下结构拼装中控装备、多个拼装件上的液压千斤顶、多个设置于拼装件上的激光测距仪以及多个设置于目标件上的激光反射板，其特征在于：

在目标件和拼装件上对应设置多个张拉孔，多个张拉螺杆的一端固定于目标件的张拉孔，另一端贯穿拼装件的张拉孔后连接至液压千斤顶，每个液压千斤顶对应一个张拉孔，在目标件的上表面对应各张拉孔分别设置激光反射板，在拼装件的上表面对应各液压千斤顶分别设置激光测距仪，各激光测距仪对应一个激光反射板，各液压千斤顶上设有油压传感器和锚头自锁装置，各激光测距仪的位置分别对应于液压千斤顶的驱动位置，从而与对应的激光反射板共同得到各液压千斤顶位置处的缝宽信息。

其中：各油压传感器均连接有一油压监测通信模块，各锚头自锁紧装置分别连接有一锚头控制通信模块，各激光测距仪分别连接有一激光测距通信模块，各通信模块连接至预制装配式地下结构拼装中控装备，所述预制装配式地下结构拼装中控装备还设有油量控制通信模块。

其中：所述预制装配式地下结构拼装中控装备包括中控装备通信主机、辅液压泵站、主液压泵站、油温传感器、油温加热器、电磁比例阀、换向阀、电磁比例溢流阀、油温冷却风扇、液压油箱、手动溢流阀和超高压电磁阀，所述液压油箱为长方形且设置于下部，所述主液压泵站与电磁比例阀、换向阀和电磁比例溢流阀连接组成主液压泵站系统，所述辅液压泵站与超高压电磁阀和手动溢流阀连接组成备用泵站系统。

其中：还包含油温传感器、油温加热器、油温冷却风扇，所述油温传感器设置于液压油箱以实时检测其内的油温，所述油温加热器设于液压油箱内以进行油温加热，所述油温冷却风扇连接于液压油箱内空间以进行降温。

其中：所述油温传感器连接有油温监测通信模块，中控装备通信主机通过LoRa无线通信协议与油压监测通信模块、锚头控制通信模块、激光测距通信模块以及内部的油温监测通信模块和油量控制通信模块进行无线通信，实现对距离、油温油压等数据的监测以及对激光测距、电磁比例阀、锚头自旋紧装置的远程控制。

其中：包含一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，该装置为内外三重套筒状结构，附加于空心千斤顶的末端，与空心千斤顶可形成一个整体结构，三重套筒的之间的运动功能关系是：外套筒固定，用于传递张拉力和提供中间套筒移动的自由度；中间套筒可绕其中心轴在外套筒卡位装置的引导下旋转，中间套筒与外套筒之间依靠卡轨或卡销限位，不允许发生轴向移动；内套筒可在中间套筒之内沿轴向在中间套筒相关装置的引导下移动，内套筒和中间套筒之间不能产生相对旋转。

还公开了一种预制装配式结构自动拼装控制方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：将待拼装的拼装件运送至施工位置，将拼装件上预留的张拉孔逐个插入张拉螺杆并拧紧，在拼装件和目标件上分别安装激光测距仪、激光反射板和液压千斤顶；

步骤二：确定测量参数，各测光测距仪的激光头到拼装件的接缝边缘的横向偏差为l，激光反射板距离目标块的接缝边缘的纵向偏差同样为l，其中任意两激光测距仪的激光头之间的距离固定不变且为P；

步骤三：预制装配式结构拼装自动化控制，现场控制主机通过WiFi信号连接LoRa网关，通过LoRa网关依次各激光测距仪的测量指令到激光测距仪绑定的LoRa模块，并采集到各激光测距仪的测量值，从而得到所述任意两激光测距仪的测量值，测量值分别是L_a，L_c，计算出拼装件7和目标件8之间的夹角

根据夹角θ和L_a，L_c，计算出两激光测距仪对应位置的接缝宽度分别为S_a＝L_a*cosθ-2l，S_b＝L_b*cosθ-2l，再通过LoRa网关依次采集两激光测距仪对应的液压压力阀的压力值F_a，F_c，通过两接缝宽度S_a，S_c，判断拼装件7和目标件8是否接触：

a)若未接触：综合接缝宽度S_a，S_c，接缝夹角θ计算对应液压千斤顶的推进速度V+x和V-x，通过LoRa网关将两个推进速度的数字信号发送给对应的电磁比例阀，实现对应液压千斤顶的推进控制，同时根据两液压千斤顶的推进控制按照对应距离来计算得到其它液压千斤顶的推进速度并进行推进控制；

b)若已接触：结合接缝宽度确定出拼装件的受力型心，实现对液压千斤顶的推进控制；

步骤四:重复步骤二、三，直至拼装件和目标件之间的结构接缝宽度小于预设的拼装就位接缝宽度，锁紧拼装件和目标件之间的张拉杆完成拼装。

其中：步骤一中还包含设备预检测步骤，在设备预检测步骤步骤中，所述中控设备通信主机通过LoRa无线通信协议向油压监测通信模块、锚头控制通信模块、激光测距通信模块同步发出指令获取相对应设备状态，得到各液压千斤顶以及激光测距仪的状态，若显示正常则进入油温预监测，若任一状态显示异常，则启动设备保护模式，停止本次工作，等待对异常设备检修后，再重新启动设备预检测步骤。

其中：采用无级持续张拉控制方法，其包括如下步骤：

步骤一：确定预期线性断点张拉控制曲线，预制装配式构件拼装为N点协同控制，以N＝3，各预制装配式构件的N个不同位置张拉点的初始结构缝宽为Y₁₀,Y₂₀,Y₃₀，并确定本次预制装配式构件的张拉过程分为n次，则完成结构拼装目标的就位结构缝宽为Y_1n,Y_2n,Y_3n，则张拉控制程序按线性等分进行曲线绘制；

步骤二：确定预制装配式构件拼装断点张拉控制的实际监测值，由于通信延时的迟滞性，实际线性断点张拉阶段控制的实际为不平滑的折线；

步骤三：建立线性断点张拉控制预测方法，根据前期张拉控制监测数据以及历史张拉控制数据经验建立预测方法，从而实现对下一阶段张拉控制值的预测控制，从而实现无级持续张拉控制。

其中：采用基于图像识别信息的预制装配式构件密封垫非线性弹性反力形心算法，其包含如下步骤：

步骤一：得到预制装配式构件的图像，以确定预制装配式构件的构件结构外轮廓线、螺栓孔位和橡胶密封垫的位置；

步骤二：对得到的图像进行校正，以更好的保持构件平面的图像与真实的一致；

步骤三：提取图像的关键信息，获取构件平面的构件边缘、橡胶密封垫边缘以及螺栓孔位边缘图像；

步骤四：校正图像中构件关键信息；

步骤五：建立构件关键图像点的坐标集，对校正后只包含构件结构外轮廓线、橡胶密封垫以及螺栓孔位的关键信心的图像，在图像上建立坐标系，建立二维平面坐标系，定义为XOY平面坐标系，建立构件结构外轮廓线图像点坐标集、螺栓孔位中心点图像点坐标集和橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集；

步骤六：计算橡胶密封垫几何形心K，橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的任何一点都代表了一个正方形的橡胶密封垫微段，微段长度与密封垫宽度λ等长，正方形橡胶密封垫微段的面积均为A₀＝λ²，对橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点的坐标及面积对X轴、Y轴求面积距，从而计算橡胶密封垫的几何形心K，微段中心点坐标集Ω有n个点，几何形心K在XOY平面的坐标通过如下公式1和2计算：

步骤七：计算橡胶密封垫的反力形心K_F。

其中：步骤七中，待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面完全接触后，获取n个待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面的接缝宽度监测值Z_i，其中i＝1,2,...,n，橡胶密封垫的实际压缩量为橡胶密封垫凸出于构件拼装平面的初始厚度Z₀与实际接缝宽度实测值的1/2即

的减值，为

根据监测得到的n个橡胶密封垫的压缩量实测值，并在橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω对应的同一平面坐标系内建立面方程，并根据每一个点的坐标计算接缝宽度及其变形量，并按时间顺序建立动态数据库Z，建立橡胶密封垫在不同压缩量下对应的变形模量数量集E_s，橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点计算橡胶密封垫的弹性反力

对所有点的弹性反力F_i对坐标系X轴，Y轴求力矩，根据合力力矩与微段力矩之和相等的原则，计算橡胶密封垫的反力形心K_F的坐标通过公式3和4得到：

其中：还采用一种基于形心跟踪和缝宽控制的预制装配式构件张拉方法，包括如下步骤：

步骤一：计算千斤顶张拉力的形心；

千斤顶张拉力的形心K_P，其坐标算法为公式5和6：

步骤二：基于缝宽控制的预制装配式构件张拉；

对每个千斤顶张拉点相对应的接触面缝宽监测点进行实时监测，获取不同千斤顶张拉点对应的接触面缝宽监测点的监测值，记为Z_i，其中i＝1,2,...,n，假设n个千斤顶张拉点对应n个接触面缝宽监测点，假设接触面缝宽监测点最终控制目标值为Z₀，采取多点协同张拉的方法，通过m次连续多次等值张拉的方法以达到最终控制目标，n个不同位置千斤顶张拉点每次张拉控制值为

其中i＝1,2,...,n，通过不同位置千斤顶张拉点需要张拉的距离换算千斤顶张拉力，并控制液压控制中心的油压与油速；

步骤三：基于形心跟踪的预制装配式构件张拉。

其中：预制构件千斤顶张拉孔位置的设置应满足以下原则：

①一组构件仅设置一组千斤顶张拉孔时，张拉孔位应在橡胶密封垫几何形心位置；

②一组构件设置两组千斤顶张拉孔时，张拉孔位应在橡胶密封垫几何形心两侧，且在同一条直线上；

③一组构件设置三组及多组千斤顶张拉孔时，张拉孔位需围绕在橡胶密封垫几何形心位置四周布置。

其中：还包含反演得到预制装配式构件接触面摩擦力的步骤，先确定摩擦力合力，所述摩擦力合力等于千斤顶张拉力合力与橡胶密封垫反力合力的差值

其中m指预制构件不同接触面的数量，然后计算确定预制构件不同接触面的摩擦力法，预制构件需要计算摩擦力的接触面为m个，不同接触面的摩擦力为f_i，其中i＝1,2,...,m，根据不同千斤顶张拉静止平衡状态下，通过对张拉千斤顶的张拉力和橡胶密封垫的实际压缩量进行多次实时监测，满足建立m个平衡状态，以坐标系原点建立m个平衡方程如下公式7：

其中，x_Pi，y_Pi分别为对应一个静态平衡状态下，不同张拉千斤顶中心点对应的x,y坐标值，

其中x_E,y_E为橡胶密封垫的反力形心对应的x,y坐标值，

其中x_fi,y_fi为构件不同接触面的摩擦力合力作用点的x,y坐标值，

通过上述平衡方程，求得预制构件不同接触面的摩擦力f_i,其中i＝1,2,...,m。

通过上述内容可知，本发明的预制装配式结构自动拼装控制装备系统及方法具有如下效果：

1、预制装配式结构自动拼装控制系统装备及方法能够弥补目前人工现场浇注地下结构的不足与缺陷，解决了在寒冷地区不能现浇施工作业的问题，以及具有结构拼装质量好、无梁柱、空间跨度大、施工周期短、装修成本低等优点，能够有效规避构件拼装不到位、结构破损、防水装置受挤压失效、缝隙过大影响防水效果等质量问题和规避预制装配式结构长期运营的结构安全隐患。

2、基于多点协同的预制装配式构件拼缝宽度测量校准方法中的激光测距仪和激光反射板结构简单，且基于无线通讯，操作方便，能够方便装配式构件接缝的测量的实施，有效克服现有技术的缺陷。同时对预制装配式构件拼缝宽度的激光测量值做垂直校正，以判断出两者之间的真实距离，规避因错误测量值造成控制误差带来的拼装不到位，构件损坏和出现质量缺陷等问题。对预制装配式构件拼缝宽度的测量校准结果与用于预制装配式构件拼装的液压千斤顶的推进速度直接关联，实现预制装配式构件拼装的快速就位，从而大大减少拼装时长，有利于建设工期的缩短。

3、预制装配式结构拼装多点协同通信和多模式保护方法具有稳定、不间断、高效等优点，能够保障预制构件拼装顺利、安全地进行。其在结构拼装多点加载时实现接缝宽度、油温、油量、油压测量数据和锚头锁紧控制指令的协同通信，各类监测与控制信息能够按照既定的顺序和程序稳定、有效地先后执行，从而保障预制装配式地下结构构件的拼装质量与拼装效率。通过油温保护模式、通信保护模式和油压保护模式的设定，规避了预制装配式地下结构拼装低温无法工作、难以多点协同工作以及液压千斤顶无法加压到位等问题，从而规避或降低了因上述原因可能造成的预制装配式构件出现拼装质量事故的机率。

4、预制装配式地下结构拼装多点协同加载控制方法实现了基于自动化控制和装备，对预制构件实现自动实时精确测量，并基于多点协同算法实现测量的协同工作；对不同千斤顶张拉时的张拉力、张拉速度同时不同量的输出控制，并实现多点张拉点千斤顶的协同控制工作。从而提高装配质量，规避结构损坏，规避预制装配式结构长期运营的结构安全隐患。

5、基于差值控制的装配式构件拼装无级持续张拉控制方法简单可靠，适用广泛。该方法根据已完成的结构拼装历史数据建立预测方法，提前给出下一步序的控制参数，并驱动拼装设备实现无级持续张拉控制，解决了装配式构件拼装存在通讯时滞以及设备反应时间不同的问题，以及断点张拉控制方法存在的阶段张拉控制不到位或张拉过度，严重时存在结构拼装不能就位的问题。

6、基于多点协同算法的预制装配式地下结构拼装中控装备具有结构简单，操作方便，维护便捷，适用广泛的特点。中控装备采用LoRa无线通信协议，具有无线传输、通讯距离长、信号稳定、功耗低的优点；采用了主、辅液压泵站(低、高压配置)双保险设计，能够规避预制装配式地下结构自动拼装过程中出现的特殊情况而无法自动拼装就位时，能够迅速启动高压拼装装备，从而实现特殊情况下的有效拼装。同时中控装备实现对不同预制构件间的多点结构缝宽实现精确实时监测，对预制构件多点张拉控制，建立多点协同控制的算法，实现对不同千斤顶张拉时的张拉力、张拉速度同时不同量的精准输出控制，从而提高装配质量，规避结构损坏，规避预制装配式结构长期运营的结构安全隐患。

7、与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置通过传力撑筒形成带螺旋自动拧紧的功能，并与空心张拉千斤顶形成张拉联动的控制方式，能够完全替代传统在局促的空隙中旋紧预应力螺母的手工作业方式，同时，通过控制外部传导机构动力的大小，任意控制旋紧力矩或旋松力矩的大小，自动协同控制锁紧螺母的速率，克服人工作业的各种弊端，从而提高作业质量和效率。

8、预制装配式构件密封垫非线性弹性反力形心算法可实现简易快速得到不同密封垫分布形状下密封垫反力和反力形心，为千斤顶作用形心的合理调整，使得密封垫反力形心与密封垫形心重合，提供了关键技术基础，从而为实现构件拼装完成时，构件间各处密封垫压缩程度一致，构件接缝宽度一致提供了核心算法支持。。

9、基于形心跟踪和缝宽控制的预制装配式构件张拉方法实现了千斤顶作用形心的合理调整，使得密封垫反力形心与密封垫形心重合，从而实现构件拼装完成时，构件间各处密封垫压缩程度一致，构件接缝宽度一致。其应用于预制构件拼装，可提高预制构件拼装就位精度、质量和拼装效率，且简单易用，可使用计算机编程实现，方便实际应用。

10、预制装配式构件接触面摩擦力反演方法可实现现场直接测得各待拼装构件不同接触面的摩擦力，方便且适用广泛，且通过确定的不同接触面的摩擦力，可校正和优化各张拉千斤顶的张拉力，提高预制构件的拼装的精度。

11、本发明的方法可应用在如铁路和城市轨道交通车站、区间、出入口、风道等装配式结构、大型地下空间开发装配式结构、地下管线和综合管廊装配式结构、城市地下人行通道、地下行车隧道装配式结构、其他采用预制装配方式建造的类似工程，具有广泛的推广意义。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了应用本发明的预制装配式结构的示意图。

图2显示了本发明的预制装配式结构自动拼装控制装备系统的示意图。

图3显示了图1中底部中间水平块的应用示意图。

图3A显示了图1中底部中间水平块上激光测距仪的安装示意图。

图4显示了图1中左侧水平块的应用示意图。

图5显示了图1中左侧中间竖直块的应用示意图。

图6显示了图1中顶部水平块的应用示意图。

图7显示了本发明的预制装配式地下结构拼装中控装备的俯视图。

图8显示了本发明的预制装配式地下结构拼装中控装备的正视图。

图9显示了本发明的激光测距仪的结构示意图。

图10显示了本发明的激光反射板的结构示意图。

图11显示了本发明中无级持续张拉控制方法的预期线性断点张拉控制曲线。

图12显示了本发明中的实际线性断点张拉监测值曲线。

图13显示了本发明的无级持续张拉控制方法实施的实际曲线。

图14显示了本发明中的用于预制装配式结构采用预应力张拉拼装过程中使用的空心千斤顶附加装置示意图。

图15显示了本发明的一种反算橡胶密封垫各处接缝宽度的方法示意图。

图16显示了本发明形心跟踪方法示意图。

图17显示了本发明的某预制装配式构件滑动接触面摩擦力密封垫质心、密封垫非线性弹性反力形心、千斤顶荷载及构件滑动摩擦力共同形成的千斤顶作用力形心位置示意图。

具体实施方式

参见图1，显示了应用本发明的一种预制装配式结构，该结构由七个构件拼装组成，分别包含底部中间水平块A、左侧水平块B1、右侧水平块B2、左侧中间竖直块C1、右侧中间竖直块C2、顶部水平块D、顶部水平块E，通常而言，对预制装配式结构进行拼装时，从底部中间水平块A为第一块开始拼装，左侧水平块B1和右侧水平块B2为第二、第三块进行拼装，左侧中间竖直块C1和右侧中间竖直块C2为第四、第五块进行拼装，顶部水平块D和顶部水平块E为第六、第七块进行拼装，而本领域技术人员可知的是，本发明可应用在如铁路和城市轨道交通车站、区间、出入口、风道等装配式结构、大型地下空间开发装配式结构、地下管线和综合管廊装配式结构、城市地下人行通道、地下行车隧道装配式结构、其他采用预制装配方式建造的类似工程。

参见图2和图3，本发明涉及一种预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其包含预制装配式地下结构拼装中控装备9、多个拼装件上的液压千斤顶6、多个设置于拼装件上的激光测距仪1以及多个设置于目标件上的激光反射板3，各液压千斤顶6上可设有油压传感器11和锚头自锁装置13，各激光测距仪1的位置分别对应于液压千斤顶6的驱动位置，从而与对应的激光反射板3共同得到各液压千斤顶6位置处的缝宽信息。

图3至图6显示了激光测距仪、液压千斤顶以及激光反射板在图1中各构件的位置示意图，参见图3和图3A，显示了本发明的底部中间水平块A的应用示意图，图中目标件8相对固定，需要将拼装件7拼装至目标件8的对应位置，在目标件8和拼装件7上对应设置多个张拉孔4，多个张拉螺杆5的一端固定于目标件8的张拉孔，另一端贯穿拼装件7的张拉孔后连接至液压千斤顶6，从而通过多个液压千斤顶6的张拉作用，每个液压千斤顶6对应一个张拉孔4，驱动拼装件7靠近目标件8并进行拼装，各液压千斤顶上设有液压压力阀2，在目标件8的上表面对应各张拉孔4分别设置激光反射板3，在拼装件7的上表面对应各液压千斤顶6分别设置激光测距仪1，各激光测距仪1对应一个激光反射板3。

图4中显示了左侧水平块B1(右侧水平块B2结构相同)的具体应用图，在左侧水平块B1的拼装件和目标件为一类似于梯形的结构件，在左侧水平块B1的拼装件和目标件的底端上设置多个张拉孔20，左侧水平块B1的拼装件和目标件的顶端上设置至少一个张拉孔21，左侧水平块B1的拼装件较小的一端上表面设有多个激光测距仪22，左侧水平块B1的拼装件和目标件较大的一端侧表面设有多个另一激光测距仪23，左侧水平块B1的目标件对应各激光测距仪设有多个激光反射板；图5显示了左侧中间竖直块C1(右侧中间竖直块C2结构相同)的具体应用图，在左侧中间竖直块C1的拼装件和目标件的内侧设有多个张拉孔32，左侧中间竖直块C1的拼装件的外侧对应设有多个激光测距仪31，左侧中间竖直块C1的目标件对应各激光测距仪设有多个激光反射板；图6显示了顶部水平块D(顶部水平块E的结构相似)上的具体应用图，所述顶部水平块的拼装件和目标件的内侧两端和中间设有三个张拉孔41，顶部水平块D的拼装件的外侧两端设有激光测距仪42，顶部水平块的目标件对应设有两个激光反射板，顶部水平块E于顶部水平块D的设置基本相同。

其中，各油压传感器11均连接有一油压监测通信模块12，各锚头自锁紧装置13分别连接有一锚头控制通信模块14，各激光测距仪1分别连接有一激光测距通信模块10。

其中，同时参见图7和图8，所述预制装配式地下结构拼装中控装备9包括中控装备通信主机15、油量控制通信模块16、辅液压泵站91、主液压泵站92、油温传感器93、油温加热器94、电磁比例阀95、换向阀96、电磁比例溢流阀97、油温冷却风扇98、液压油箱99、手动溢流阀100和超高压电磁阀，所述液压油箱91为长方形且设置于下部，其他部件设置于液压油箱99的上表面，所述液压油箱99设有一加油口，所述主液压泵站92为预制装配式地下结构拼装的主泵站，其与电磁比例阀95、换向阀96和电磁比例溢流阀97连接组成主液压泵站系统，所述辅液压泵站91与超高压电磁阀和手动溢流阀100连接组成备用泵站系统，从而防止预制装配式地下结构拼装过程中若主液压泵站92压力不够时，通过手动溢流阀100负责调节液压泵实际输出到液压千斤顶的压力，超高压电磁阀负责输出油压到液压千斤顶向外顶出和导回液压千斤顶回落时的油液回流。

所述电磁比例阀95作为输出油量的控制阀，通过电压或电流信号控制，其直接决定液压千斤顶推进和回落速度的快慢；换向阀96作为预留阀门，以防其他阀门出现损坏或者数量不够用；电磁比例溢流阀97负责调节主液压泵站92输出到电磁比例阀95的油压，通过电压或电流信号控制。

还包含油温传感器93、油温加热器94、油温冷却风扇97，所述油温传感器93设置于液压油箱99以实时检测其内的油温，所述油温加热器94设于液压油箱99内以进行油温加热，所述油温冷却风扇97连接于液压油箱99内空间，以通过风扇对其内液压油进行降温。

其中，所述油温传感器3连接有油温监测通信模块17。

其中，所述电磁比例阀95和超高压电磁阀为多个且分别通过油管连接至多个液压千斤顶，所述中控设备通信主机15分别连接至各电磁比例阀95和超高压电磁阀，从而实现分别控制。

其中，所述油量控制通信模块16连接至各液压千斤顶以进行油量控制。

其中，所述中控设备通信主机15设于与液压油箱99的上方中间位置，其作为为预制装配式地下结构拼装中控装备的核心，其基于多点协同测量、多点协同加载与控制算法，并通过LoRa无线通信协议连接至油压监测通信模块12、锚头控制通信模块14、激光测距通信模块10、油温监测通信模块17和油量控制通信模块16，从而同步或按照一定顺序发出或回收指令，实现对预制装配式地下结构拼装过程中多点激光测距仪、油温传感器、油压传感器等数据信息的动态监测，并实现多点拼装张拉点的张拉力与张拉速率以及锚头旋紧的控制。

预制装配式地下结构拼装中控装备的油液工作温度会影响液压油及液压元件的寿命，油温的变化会引起油液的黏度变化,从而导致机械系统运动速度不稳定。油温传感器93内置温度传感器实时监测油液温度，如果油温高过预设阈值立即发送信号到内置中控系统自动开启油温冷却风扇98来冷却油液，如果油温低过预设阈值自动开启油温加热器94来加热油液；液压油箱99为辅液压泵站91(60MPa)和主液压泵站92(35MPa)的正常工作提供充足的油液。

中控装备通信主机15通过LoRa无线通信协议与油压监测通信模块12、锚头控制通信模块14、激光测距通信模块10以及内部的油温监测通信模块17和油量控制通信模块16进行无线通信，实现对距离、油温油压等数据的监测以及对激光测距、电磁比例阀、锚头自旋紧装置的远程控制。

同时参见图9，所述激光测量仪包含激光设备仓101、无线模块仓103和电池仓102三个部分，所述激光设备仓101设置于上半部分，所述激光设备仓101正面设有激光发射孔104，所述激光发射孔104的开孔内侧安装橡胶垫，激光测量设备在装备内部安装刚好挤压在橡胶垫上防止从此处漏水到装备内部。

所述无线模块仓103设置在下半部分的左侧，无线模块仓103的后面开孔供LoRa天线伸出到装备外部，在天线上方做一个倒扣的U形罩，既能防止从此处漏水，又能保护天线不被撞击。

所述电池仓102设置在下半部分的右侧，电池仓在下面设置一个滑动舱门，可以滑开舱门更换电池，同时舱门设置的下端又能防止雨水淋入。

参见图10，所述激光反射板包含安装杆105和固定于安装杆105顶部的反射板体106。

参见图14，本发明中还可包含一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，该装置是一套由内外三重筒状(圆筒)结构(钢或其他高强度不易变形金属材料制作)、位于筒内(外)的运行导槽(导轨)、传力齿轮(齿轴)、螺母卡具等机构的总成，该总成装置附加于空心千斤顶的末端(千斤顶和被张拉体之间)，与空心千斤顶可形成一个整体结构，也可采用连接装置把千斤顶和本装置固定在一起，甚至可以采用快接装置在需要时进行快速连接。

其中，三重套筒的之间的运动功能关系是：外套筒固定，用于传递张拉力和提供中间套筒移动的自由度；中间套筒可绕其中心轴在外套筒卡位装置的引导下旋转，中间套筒与外套筒之间依靠卡轨或卡销限位，不允许发生轴向移动；内套筒可在中间套筒之内沿轴向在中间套筒相关装置的引导下移动，内套筒和中间套筒之间不能产生相对旋转。

进一步的，外套筒既作为千斤顶工作时与被张拉件之间的传力结构(传递轴向力)，外套筒外部轮廓形状不限，可以为圆形或其它形状，结构尺寸(包括结构厚度和轮廓)依受力和与构件接触面条件而确定，并根据需要可以在端部设置撑脚和法兰盘。外套筒内壁为圆形，在其上设置有一道或多道引导中间筒旋转的卡轨(卡销)，卡轨(卡销)与设置于中间套筒外壁的环形卡位凹槽对应和配合，实现定向移动功能。卡轨形状可采用方形、矩形、三角形或其他多种形式，棱角处应倒角或倒圆。卡销端部为可与上述卡轨形状的圆柱、圆锥或棱台形式，并应设置倒角或倒圆。

外套筒根据制造和安装需要可以采用整体式或两片式(也可以采用多片式)组合结构。

当采用外套筒内侧卡轨为中间筒移动导向时，为方便内部卡轨制作工艺和外筒和中间筒装配，外套筒可采用对称的两片式(或多片式)结构(沿轴向对称或等分)，多片式外筒可采用外置肋螺栓拧紧方式组装。

当采用卡销方式进行内筒移动导向时，外套筒可采用一体化设计，并在中间筒有滑槽的位置，沿周圈设置一个或多个卡位销孔，通过在孔内拧入柱销的方式实现中间筒移动导向。

为实现在整体装置外部实现螺母拧紧的功能，在外套筒上设置传力齿轴安装孔，传力齿轴安装其内，传力齿轴端部设置能够与中间筒齿面实现咬合的斜齿轮，传力轴另一端设置为能够与外部动力装置(或手摇把手)传力的多角棱轴。

进一步的，中间套筒为圆形整体等壁厚的结构，其外侧设置与外套筒卡轨或卡销对应的卡位凹槽，形状与外套筒对应部件一致。中间筒的端部一圈设置与传动齿轴对应的斜齿轮，配合传动齿轴实现内筒转动。中间筒内壁设置一道或多道可引导内套筒沿轴向移动的卡轨或卡销组，卡轨或卡销的具体做法与外套筒卡轨和卡销一致，并与内套筒卡位凹槽对应。

进一步的，内套筒为圆形，外侧设置有在中间套筒卡轨或卡销引导下沿轴向移动的卡位凹槽，卡位凹槽的形状和位置与卡轨或卡销对应。内套筒除设置卡位凹槽外，其上还设置有能够卡住预应力螺母的钳制装置，该钳制装置可随内套筒沿轴向移动和转动，并具备卡紧螺母功能，随内套筒的旋转拧紧和拧松螺母。

进一步的，钳制装置与内套筒之间的传动同样采用设置于内筒内侧的卡销与设置于钳制装置表面的卡位凹槽来实现，设于内筒上的卡轨和卡销与前述卡轨和卡销的做法一致，所不同的是，为避免钳制头(钳制装置端部与螺母咬合的部分)在预应力螺母与内套筒轴线不重合时无法对正和卡入的问题，钳制装置与内套筒卡位部分并非设置为柱面形状，而是采用微弧面的球面形状，其上的短卡位凹槽也随弧面形状设置，由此当钳制装置在弧面卡位凹槽移动时可以实现钳制头在轴线上的微小偏移，方便适应内筒轴线与预应力钢筋轴线不重合时钳制头的准确卡位。为适应不同螺母直径，钳制头设计为可快速更换的快装部件，施工时可随时方便更换。

其具体实施步骤：

步骤一：张拉杆贯穿待拼装构件且和已拼装构件，各段张拉杆通过接续套筒进行连接，已拼装构件中张拉杆的两端分别已通过预应力螺母进行锁紧固定。

步骤二：千斤顶张拉杆同样通过另一接续套筒与贯穿待拼装构件的张拉杆进行连接，待锁紧固定的预应力螺母位于待拼装构件内张拉杆上(靠近千斤顶这一侧)。

步骤三：千斤顶张拉杆贯穿空心千斤顶，并将限位螺母拧到千斤顶张拉杆适当位置，使其对空心千斤顶一端进行限位。

步骤四：所述空心千斤顶和待拼装构件之间设有外套筒(功能为空心千斤顶提供施力支撑，并将力传递至待拼构件上)，当空心千斤顶工作时，千斤顶施力行程端作用在限位螺母上，使得空心千斤顶的底座反向作用在外套筒上，由此，空心千斤顶通过压紧外套筒，由于外套筒采用刚性材料，因此外套筒产生的压紧状态基本全部传递给待拼装构件，从而使得待拼装构件与已拼装构件拼装压紧到位。

步骤五：所述外套筒的一端与空心千斤顶嵌套，另一端与待拼装构件紧贴，所述外套筒为中空且内设有一能绕外套筒纵向中心轴线b轴转动的中间套筒，所述中间套筒内设有内套筒，所述内套筒能相对中间套筒沿平行b轴滑动(或固定)至待锁紧预应力螺母处(所述内套筒上还设置有能够卡住预应力螺母的钳制装置，该钳制装置可随内套筒沿轴向移动和转动，并具备卡紧预应力螺母的功能，随内套筒的旋转拧紧和拧松预应力螺母)。

步骤六：中间套筒靠近千斤顶一侧齿面与传动齿轮齿合，在外部动力装置(或手摇把手)传力下通过传动齿轮转动(沿a轴旋转)，带动中间套筒沿b轴旋转，中间套筒旋转时带动内套筒同步旋转，从而使得内套筒上的钳制装置拧紧预应力螺母，使得待拼装构件与已拼装构件之间压紧到位。

步骤七：然后松动限位螺母，退出空心千斤顶、千斤顶张拉杆和外套筒。拼装下一块待拼装构件，与前一环已拼装构件之间的紧固连接按前面依次循环。

其中，一张拉杆209贯穿待拼装构件207且和已拼装构件208内的另一张拉杆209通过一接续套筒205进行连接，已拼装构件208中张拉杆209的两端分别通过预应力螺母206进行紧固固定，一千斤顶张拉杆201同样通过另一接续套筒205连接至贯穿待拼装构件207的张拉杆209，另一预应力螺母206位于待拼装构件207内张拉杆209上并待锁紧固定，千斤顶张拉杆201贯穿空心千斤顶203，所述空心千斤顶203将待拼装构件207与已拼装构件208进行张拉紧固，一限位螺母202螺旋固定至千斤顶张拉杆201的适当位置，使其对空心千斤顶203的一端进行限位。

所述空心千斤顶203和待拼装构件207之间设有外套筒204(其为空心千斤顶提供施力支撑，并将力传递至待拼构件207上)，当空心千斤顶203工作时，千斤顶施力行程端作用在限位螺母202上，使得空心千斤顶203的底座反向作用在外套筒204上，由此，空心千斤顶203通过压紧外套筒204，由于外套筒204采用刚性材料制成，因此外套筒204产生的压紧状态基本全部传递给待拼装构件207，从而使得待拼装构件207与已拼装构件208拼装压紧到位。

所述外套筒204的一端与空心千斤顶203嵌套，另一端与待拼装构件207紧贴，所述外套筒204为中空且内设有一能绕外套筒204纵向的中心轴线b转动的中间套筒210，所述中间套筒210内设有内套筒211，所述内套筒211能相对中间套筒210周向固定且平行中心轴线b滑动，从而内套筒210可移动至待锁紧固定的预应力螺母206处，优选的是，所述内套筒211上还可设置有能够卡住待锁紧固定的预应力螺母206的钳制装置，该钳制装置可随内套筒沿轴向移动和转动，并具备卡紧预应力螺母206的功能，随内套筒的旋转拧紧和拧松待锁紧固定的预应力螺母206。

所述中间套筒210的一端可为齿面，从而与一驱动装置(优选为传动齿轮212)啮合传动，所述驱动装置的一端贯穿外套筒204，从而能在外部动力装置(或手摇把手)的传力下传动齿轮212绕轴线a转动，且通过齿面啮合带动中间套筒210沿中心轴线b旋转，所述中间套筒210旋转时带动内套筒211同步旋转，从而使得内套筒211上的钳制装置拧紧预应力螺母206，使得待拼装构件207与已拼装构件208之间压紧到位。

可选的是，所述传动齿轮212上设有扭力传感器，所述扭力传感器连接至控制系统，所述控制系统将设置预紧目标值，当控制系统读取到扭力传感器未达到目标值时，驱动装置将被指令继续拧紧螺母206，当控制系统读取到扭力传感器监测达到目标值时，驱动装置将被指令退出拧紧工作；若预紧目标值需要调升或调低，驱动装置也能相应调整其指令，从而控制拧紧力，精确实现拧紧或拧松作用。

其中，所述外套筒204的外轮廓可为图示的圆筒形，也可为方筒形等其他形式，内轮廓需为圆筒形。

且该本发明中千斤顶内螺母自动旋紧装置的具体控制方式如下：

另一预应力螺母206先初步穿进张拉杆209，空心千斤顶203与待拼装构件207之间设置外套筒204，千斤顶张拉杆201与前一张拉杆209通过接续套筒205连接到位，空心千斤顶203一端固定千斤顶张拉杆201，并用限位螺母202限位，空心千斤顶203通过压紧外套筒204，使得待拼装构件207与已拼装构件208拼装压紧到位，然后内套筒211沿中间套筒210滑动，直到内套筒211套上预应力螺母206，中间套筒210在诸如传动齿轮212的驱动装置驱动下沿旋转，同时带动内套筒211拧紧预应力螺母206，使得待拼装构件207与已拼装构件208保持整体。然后松动限位螺栓202，退出空心千斤顶203、千斤顶张拉杆201和外套筒204等。拼装下一块待拼装构件207，与前一环已拼装构件208之间的紧固连接按前面依次循环。

其中，所述外套筒204可以在端部设置撑脚和法兰盘，所述外套筒204的内壁为圆形，可在内壁设置有一道或多道引导中间套筒旋转的卡轨或卡销，卡轨或卡销与设置于中间套筒外壁的环形卡位凹槽对应和配合，实现对中间套筒的轴向定位，所述卡轨的形状可采用方形、矩形、三角形或其他多种形式，棱角处应倒角或倒圆，所述卡销可为圆柱、圆锥或棱台形式，并应设置倒角或倒圆。

其中，当外套筒204内侧设置卡轨时，为方便内部卡轨制作工艺和外筒和中间筒装配，外套筒可采用对称的两片式组合结构或多片式组合结构，两片式组合结构或多片式组合结构的外套筒204可采用外置肋螺栓拧紧方式进行组装固定。

其中，当外套筒204内侧设置卡销时，外套筒可采用整体式结构，并在中间套筒有滑槽的位置，沿周圈设置一个或多个卡位销孔，通过在孔内拧入柱销213的方式实现中间筒移动导向。

其中，为实现在整体装置外部实现螺母拧紧的功能，在外套筒上设置驱动安装孔，所述传动齿轮212的齿轴贯穿安装其内，齿轴的端部设置能够与中间套筒齿面实现咬合的斜齿轮，齿轴的另一端可设置为能够与外部动力装置(或手摇把手)传力的多角棱轴。

其中，所述中间套筒210为圆形整体等壁厚的结构，其外侧设置与外套筒的卡轨或卡销对应的卡位凹槽，形状与外套筒对应部件一致。中间套筒210的端部一圈设置与传动齿轮212对应的斜齿轮，配合传动齿轮212实现转动。

其中，所述内套筒211为圆形，其外缘设有在中间套筒210内壁上的卡轨或卡销引导下沿轴向移动的卡位滑槽，所述卡位滑槽的形状和位置与中间套筒210的卡轨或卡销对应。

其中，所述钳制装置可为独立部件，其与内套筒211之间的传动同样可采用设置于内套筒内壁的卡轨或卡销与设置于钳制装置外缘的滑动槽来实现，设于内套筒内壁的卡轨或卡销采用微弧面的球面形状，钳制装置外缘的滑动槽也为弧面形状，由此当钳制装置移动时可以实现轴线上的微小偏移，方便适应内套筒轴线与预应力钢筋轴线不重合时钳制头的准确卡位。由此，本发明的千斤顶内螺母自动旋紧装置是一套由内外三重筒状结构(各筒状结构通过钢或其他高强度不易变形金属材料制作)、位于筒内(外)的运行导槽(导轨)、传力齿轮(齿轴)、螺母卡具等机构的总成，通过空心千斤顶的末端(千斤顶和被张拉体之间)，与空心千斤顶可形成一个整体结构，也可采用连接装置把千斤顶和本装置固定在一起，甚至可以采用快接装置在需要时进行快速连接。

其中，本发明还涉及一种预制装配式结构自动拼装控制方法，具体包含如下步骤：

步骤一：将待拼装的拼装件通过龙门吊吊装到施工位置，将拼装件上预留的张拉孔逐个插入张拉螺杆并拧紧。在拼装件和目标件上分别安装激光测距仪1、激光反射板3和液压千斤顶6，通过激光测距仪3采集结构缝宽数据，液压压力阀2采集油压，并以此计算出电磁比例阀(未示出)的开合度，本发明主要是通过控制对应液压千斤顶的推进距离和推进速度来调节拼装件7和目标件8的相对姿态，不断地调节平行、往前推进、再调节平行、往前推进，推进过程中逐步放慢速度，反复执行从而达到将拼装件无损拼装到目标件位置。

对于底部中间水平块，将拼装件上预留的张拉孔逐个插入张拉螺杆并拧紧。在目标件8的上表面对应三个间隔排列的张拉孔4分别设置激光反射板3，如图3A所示，在拼装件7的上表面对应三个液压千斤顶6a、6b和6c分别设置激光测距仪，各激光测距仪1对应一个激光反射板3，其它拼装快进行拼装时同样进行类似操作。

其中，该步骤中还可包含设备预检测步骤，在设备预检测步骤步骤中，所述中控设备通信主机15通过LoRa无线通信协议向油压监测通信模块12、锚头控制通信模块14、激光测距通信模块10同步发出指令获取相对应设备状态，所述油压监测通信模块12、锚头控制通信模块14、激光测距通信模块10同步或按照一定的顺序返回各液压千斤顶6以及激光测距仪1的状态，若各液压千斤顶6以及激光测距仪1的状态显示正常，则进入油温预监测，若各液压千斤顶6以及激光测距仪1中任一状态显示异常，则启动设备保护模式，停止本次工作，等待对异常设备检修后，再重新启动设备预检测步骤；进入油温预监测后，中控设备通信主机15通过油温监测通信模块利用LoRa无线通信协议向液压站的油温传感器获取液压站的油温监测数据，若液压站的油温超出工作油温范围，启动油温保护模式，开启液压站油温加热或降温设备，并通过油温传感器反复向中控设备通信主机15发送油温数据，待油温监测数据满足工作油温要求后，中控设备通信主机15启动液压站，完成设备预检测步骤。

步骤二：确定测量参数，各测光测距仪的激光头距离拼装件的接缝边缘一定距离，确定激光头到拼装件的接缝边缘的横向偏差为l，优选为5cm，激光反射板沿平行于目标快的接缝边缘方向排列，距离目标块的接缝边缘的纵向偏差同样为l，优选为5cm，所述拼装块上各激光测距仪的激光光线平行，各激光反光板和激光光线垂直并处于同一平面；其中任意两激光测距仪的激光头之间的距离固定不变(若为底部中间水平块，可为两端的激光测距仪)，记任意两激光测距仪的激光头之间的距离为P。

步骤三：预制装配式结构拼装自动化控制，现场控制主机通过WiFi信号连接LoRa网关，通过LoRa网关依次各激光测距仪的测量指令到激光测距仪绑定的LoRa模块，并采集到各激光测距仪的测量值，从而得到所述任意两激光测距仪的测量值，测量值分别是L_a，L_c，计算出拼装件7和目标件8之间的夹角

由于激光测距仪和激光反射板距离接缝边缘各有距离l，且拼装块和目标块可能出现不平行，L_a，L_c并不能直接反映出两个激光测距仪对应位置的接缝宽度。根据夹角θ和L_a，L_c，计算出两激光测距仪对应位置的接缝宽度分别为S_a＝L_a*cosθ-2l，S_b＝L_b*cosθ-2l。再通过LoRa网关依次采集两激光测距仪对应的液压压力阀2的压力值F_a，F_c。通过两接缝宽度S_a，S_c，判断拼装件7和目标件8是否接触：

a)若未接触：综合接缝宽度S_a，S_c，接缝夹角θ计算对应液压千斤顶的推进速度V+x和V-x。通过LoRa网关将两个推进速度的数字信号发送给对应的电磁比例阀，实现对应液压千斤顶的推进控制，同时根据两液压千斤顶的推进控制按照对应距离来计算得到其它液压千斤顶的推进速度并进行推进控制，如另一液压千斤顶在该两液压千斤顶中间的化，则该另一液压千斤顶的推进速度为V。

b)若已接触：结合接缝宽度确定出橡胶垫对拼装件7的摩阻力f₁；再确定出拼装件受到的摩阻力f₂。综合F_a，F_c、f₁、f₂确定出拼装件的受力形心，从而得出需要液压千斤顶的加压顺序以及加压值，计算出系统加载模式，再将计算结果通过LoRa网关反馈给对应的电磁比例阀，实现对液压千斤顶的推进控制。

其中，在通过LoRa网关依次各激光测距仪的测量指令到激光测距仪绑定的LoRa模块并采集到各激光测距仪的测量值中，中控设备通信主机15通过LoRa无线通信协议向多个激光测距仪1的激光测距通信模块10同时发出指令以获取多个位置的结构缝宽监测数据，多个激光测距通信模块10向中控设备通信主机同步或按照一定的顺序通过LoRa无线通信协议返回多个位置的结构缝宽监测数据，所述中控设备通信主机15在一定时间内判断是否全部获取所有点位的激光测距仪1的全部数据，若任一点位的激光测距仪1的数据未返回或返回明显异常(如数据偏离理论值)，则启动通信保护模式，向激光测距通信模块10重复发出获取异常数据点位的监测数据指令或全部点位监测数据的指令，直到中控设备通信主机15获取此次多个激光测距仪的全部数据且数据无明显异常。

在液压千斤顶推进控制中，可通过LoRa无线通信协议向多个位置的油量控制模块同步输出油量控制参数，驱动多个液压千斤顶6进行各位置的张拉工作，且同时对液压千斤顶的油压实施实时监测，中控设备通信主机15通过各油量控制通信模块分别以LoRa无线通信协议实时向各油压监测通信模块获取各液压千斤顶6的油压数据，各油压监测通信模块同步或按照一定的顺序返回所有液压千斤顶的油压数据，若油压数据全部在正常范围内，则进入下一步骤，若任一油压传感器数据异常，则启动油压保护程序，暂停液压千斤顶的张拉工作并进行维护。

步骤四:重复步骤二、三，直至拼装件和目标件之间的结构接缝宽度小于预设的拼装就位接缝宽度，锁紧拼装件7和目标件8之间的张拉杆5完成拼装。

其中，锁紧可通过预制装配式地下结构拼装中控装备向各锚头控制通信模块输出螺栓旋紧信号，驱动各液压千斤顶的锚头自旋紧装置旋紧螺栓，待自旋紧装置自带传感器显示达到旋紧压力后完成锁紧。

步骤五：重复上述步骤一至六，按照底部中间水平块、左侧水平块B1、右侧水平块B2、左侧中间竖直块C1、右侧中间竖直块C2、顶部水平块D、顶部水平块E的顺序，依次完成一个整体的拼装。

其中，本发明的预制装配式结构自动拼装控制方法采用了无级持续张拉控制方法，其包括如下步骤：

步骤一：确定预期线性断点张拉控制曲线，预制装配式构件拼装为N点协同控制，图11中以N＝3为例，各预制装配式构件的N(三)个不同位置张拉点的初始结构缝宽为Y₁₀,Y₂₀,Y₃₀，并确定本次预制装配式构件的张拉过程分为n次，则完成结构拼装目标的就位结构缝宽为Y_1n,Y_2n,Y_3n，则张拉控制程序按线性等分进行曲线绘制，如图1所示；

步骤二：确定预制装配式构件拼装断点张拉控制的实际监测值，由于预制装配式构件实际张拉过程存在中控装备通信主机与液压泵站油量控制通信模块间为按一定顺序接收信息的方式，信息传递存在一定的时差(通常为200ms左右)，由于通信延时的迟滞性，实际线性断点张拉阶段控制的实际为不平滑的折线，如图12所示；

步骤三：建立线性断点张拉控制预测方法，根据前期张拉控制监测数据以及历史张拉控制数据经验建立预测方法，从而实现对下一阶段张拉控制值的预测控制，从而实现无级持续张拉控制，其包含如下子步骤：

子步骤1：预制装配式构件三个不同位置张拉点的初始结构缝宽的实测值为Y₁₀,Y₂₀,Y₃₀，千斤顶张拉力实际测值分别为Z₁₀,Z₂₀,Z₃₀,并按断点张拉方法假设本次预制装配式构件的张拉过程分为n次，则完成结构拼装目标的就位结构缝宽为Y_1n,Y_2n,Y_3n，千斤顶张拉力实际测值为Z_1n,Z_2n,Z_3n。则每次张拉控制，结构缝宽控制差值为：

千斤顶张拉力控制差值为：

子步骤二：采用指数平滑预测方法实现对预制装配式结构拼装的无级持续张拉控制：

L_t＝aY_t+(1-a)L_t-1

F_t＝bZ_t+(1-b)F_t-1

其中，

L_t为时间t的结构缝宽平滑值，即时间t+1的预测值；

F_t为时间t的千斤顶张拉力平滑值，即时间t+1的预测值；

Y_t为时间t的结构缝宽实际值；

Z_t为时间t的千斤顶张拉力实际值；

L_t-1为时间t-1的结构缝宽平滑值，即时间t的预测值；

F_t-1为时间t-1的千斤顶张拉力平滑值，即时间t的预测值；

a,b为平滑常数，其取值范围为[0,1]；

其中，实际控制过程中，以时间t以Δt＝500ms为时间间隔进行超前预测与连续控制，初始值可取前三次实际测量值，即：

同时预测值应满足以下条件：

L_t≤Y_n,F_t≤Z_n，

Y_n为结构缝宽目标控制值，Z_n为千斤顶张拉力理论目标控制值。

如图13所示。

子步骤四：实现预制装配式构件拼装无级持续张拉控制方法，利用计算机编程内置预制装配式构件拼装中控主机，根据当前时间的结构缝宽传感器、油压传感器的实际监测值，通过上述方法实现对下一个时间的结构缝宽和千斤顶张拉力的提前预测，并通过控制千斤顶的油量输出控制，实现预制装配式构件拼装的无级持续张拉控制。

其中，本发明的预制装配式结构自动拼装控制方法还可采用基于图像识别信息的预制装配式构件密封垫非线性弹性反力形心算法，参见图15，其包含如下步骤：

步骤一：得到预制装配式构件的图像，以确定预制装配式构件的构件结构外轮廓线、螺栓孔位和橡胶密封垫的位置，其中，可通过摄像设备拍摄橡胶密封垫所在预制装配式构件的平面(拼装面)，所述通过摄像设备对带有不同形状橡胶密封垫所在的不同预制装配式构件的平面，分别进行平面照片的拍摄，拍摄时应尽量保持相机成像平面与构件平面保持平行，以及构件平面的边缘与成像平面尽量保持平行。

步骤二：对得到的图像进行校正，以更好的将构件平面的图像与真实的一致，其中，校正主要可包含图像畸变和倾斜失真校正，可利用图像畸变校正算法(通常采用多项式拟合算法)和倾斜校正算法(如Hough变换方法或Fourier变换方法)对步骤一拍摄的橡胶密封垫所在的构件平面的图像进行较正处理，尽量保证橡胶密封垫所在的构件平面图像与实际情况一致。

步骤三：提取图像的关键信息，获取构件平面的构件边缘、橡胶密封垫边缘以及螺栓孔位边缘图像。其中，可使用图像处理函数edge函数对橡胶密封垫所在的构件平面图像进行图像边缘信息提取，获取构件平面的构件边缘、橡胶密封垫边缘以及螺栓孔位边缘图像。

步骤四：校正图像中构件关键信息。为减少干扰，提高精度，对步骤三识别的橡胶密封垫所在的构件平面图像的关键信息利用平板电脑手指触摸或电脑鼠标等工具标注的方法进行人工校正，获取只包括构件结构外轮廓线、橡胶密封垫以及螺栓孔位的关键图像信息，剔除其他非关键图像信息，其中可包含如下子步骤：

子步骤4.1：校正构件结构外轮廓线，对构件结构外轮廓线所在区域利用平板电脑手指触摸或电脑鼠标等工具标注全部包含结构外轮廓线的轮廓线辅助线，以辅助准确识别构件结构外轮廓线图像信息。

子步骤4.2：校正橡胶密封垫。对构件橡胶密封垫所在区域利用平板电脑手指触摸或电脑鼠标等工具标注全部包括橡胶密封垫的密封垫辅助线，以辅助准确识别橡胶密封垫图像信息。

子步骤4.3：人工校正螺栓孔位。对构件螺栓孔位所在区域利用平板电脑手指触摸或电脑鼠标等工具标注全部包括螺栓孔位的螺栓孔位辅助线，以辅助准确识别螺栓孔位图像信息。

步骤五：建立构件关键图像点的坐标集，对校正后只包含构件结构外轮廓线、橡胶密封垫以及螺栓孔位的关键信心的图像，在图像上建立坐标系，可选择图像中的任一点为原点建立坐标系，优选的可选择图像的角点作为坐标原点，建立二维平面坐标系，定义为XOY平面坐标系。利用图像处理技术建立构件结构外轮廓线图像点坐标集、螺栓孔位中心点图像点坐标集和橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集，其包含如下子步骤：

子步骤5.1：建立构件结构外轮廓线图像点坐标集303。针对图像中的构件结构外轮廓线识取最外端或最内端的边缘像素点，利用图像图幅每个像素点对应的距离信息，按X轴、Y轴顺序建立所有边缘像素点坐标集，定义为构件结构外轮廓线点坐标集Γ，同时对构件结构外轮廓线图像与实际构件尺寸对比，计算图像与实际构件尺寸比例，并换算每像素点代表的实际构件尺寸，并利用计算机数据库进行存储。

子步骤5.2：建立螺栓孔位中心点图像点坐标集301。针对图像中的螺栓孔位识取最外端或最内端的边缘像素点，由于螺栓孔位为规则形状，一般为圆形，通过图像中心点识别算法，确定螺栓孔位中心点坐标。对图片内所有螺栓孔位中心点建立坐标集，定义为螺栓孔位点坐标集Π，并利用计算机数据库进行存储。

子步骤5.3：自动建立橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集307。

由于橡胶密封垫的形状一般为有固定宽度的条状，利用图像识别技术识取橡胶密封垫图像的骨架轮廓线，并对橡胶密封垫图像的骨架轮廓线的中心线进行识别。为简化计算，识取中心线后，建立橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集，橡胶密封垫中心线按照一系列直线正方形微段组成，微段长度取与密封垫宽度等长，即微段正方形边长为橡胶密封垫宽度，假设橡胶密封垫的宽度为λ。为建立橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集，定义为橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω，具体建立方法可采用以下两种方法：

1)圆截取轴线法：

根据XOY平面坐标系，识取橡胶密封垫中心线角点为起始点，以橡胶密封垫宽度λ为半径画圆，取圆与中心线的交点，并以交点为新的圆心，以橡胶密封垫宽度λ为半径再画圆，取圆与中心线的交点，直至密封垫中心线的终点或回到起始点，按顺序记录所有交点坐标，构成橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集，定义为Ω。

2)坐标值遍历法：

根据XOY平面坐标系建立橡胶密封垫中心线的坐标集，定义为坐标集Ψ，并利用计算机数据库进行存储。由于橡胶密封垫为均质材料且有固定的宽度，假设橡胶密封垫的宽度为λ，对橡胶密封垫中心线的坐标集Ψ取子集作为橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω，取橡胶密封垫的角点Ψ_i为起始点，对邻近坐标点按邻近顺序逐个计算与起始点的绝对距离，当与起始点邻近的第n个点Ψ_i+n(n＝1,2,...,n)与起始点的绝对距离δ_n≥λ，其中，

将点Ψ_i+n记入坐标集Ψ的橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω，并将点Ψ_i+n作为新的起始点，直至遍历坐标集Ψ的所有坐标点。

若有两条或两条以上的橡胶密封垫，分别建立橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集，并利用计算机数据库进行存储。

步骤六：计算橡胶密封垫几何形心K312。

由于橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的任何一点都代表了一个正方形的橡胶密封垫微段，微段长度与密封垫宽度λ等长，正方形橡胶密封垫微段的面积均为A₀＝λ²。对橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点的坐标及面积对X轴、Y轴求面积距，从而计算橡胶密封垫的几何形心K，微段中心点坐标集Ω有n个点，几何形心K在XOY平面的坐标通过如下公式1和2计算：

步骤七：计算橡胶密封垫的反力形心K_F311。

利用激光或其他测量技术对待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面间的间距进行实时监测，当待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面完全接触后，在千斤顶张拉静止平衡状态下，通过对预制构件n个不同位置的接触面间的接缝宽度进行实时监测，获取n个待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面的接缝宽度监测值Z_i，其中i＝1,2,...,n，由于待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面都存在两条形状完全一样的橡胶密封垫，且相同位置橡胶密封垫的压缩量一致，因此，橡胶密封垫的实际压缩量为橡胶密封垫的初始厚度Z₀与实际接缝宽度实测值的1/2即

的减值，为

根据传感器监测得到n个橡胶密封垫的压缩量实测值，并在橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω对应的同一平面坐标系内建立面方程，并根据每一个点的坐标计算接缝宽度及其变形量，并按时间顺序建立动态数据库Z，以便后续每一次张拉从数据库调取使用。(也可通过在结构轮廓接缝处实际测出非共线三点位置的接缝宽度，确定密封垫的压缩平面，根据密封垫所在平面上(x_i,y_i)坐标位置信息与压缩平面上对应位置的相同的(x_i,y_i)坐标位置信息以及平面和压缩平面之间的夹角θ关系，按相似三角形法则反算确定每个密封垫中心线微段中心点(x_i,y_i)坐标对应的接缝宽度Z_i值)

(1)根据预制构件所采用的橡胶密封垫材料实验数据，建立橡胶密封垫在不同压缩量下对应的变形模量数量集E_s，并利用计算机数据库进行存储。

(2)对橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点计算橡胶密封垫的弹性反力

对所有点的弹性反力F_i对坐标系X轴，Y轴求力矩，根据合力力矩与微段力矩之和相等的原则，计算橡胶密封垫的反力形心K_F的坐标通过公式3和4得到：

其中，橡胶密封垫的反力形心是动态变化的，不同的张拉平衡状态下，橡胶密封垫的反力形心的坐标不同。

其中，本发明的的预制装配式结构自动拼装控制方法还采用一种基于形心跟踪和缝宽控制的预制装配式构件张拉方法，包括如下步骤：

步骤一：计算千斤顶张拉力的形心314。

预制构件拼装时，一般为多点协同张拉且张拉力均不同，假设张拉点数量为n个，张拉点的张拉力记为P_i，其中i＝1,2,...,n。千斤顶张拉力的形心K_P，其坐标通过公式5和6得到为：

步骤二：基于缝宽控制的预制装配式构件张拉。

如图15所示，预制构件拼装时，对每个千斤顶张拉点相对应的接触面缝宽监测点进行实时监测，获取不同千斤顶张拉点对应的接触面缝宽监测点的监测值，记为Z_i，其中i＝1,2,...,n，假设n个千斤顶张拉点对应n个接触面缝宽监测点。假设接触面缝宽监测点最终控制目标值为Z₀，采取多点协同张拉的方法，通过m次连续多次等值张拉的方法以达到最终控制目标，n个不同位置千斤顶张拉点每次张拉控制值为

其中i＝1,2,...,n。通过不同位置千斤顶张拉点需要张拉的距离换算千斤顶张拉力，并控制液压控制中心的油压与油速。

另外，预制构件千斤顶张拉孔位置的设置应尽量满足以下原则：

①一组构件仅设置一组千斤顶张拉孔时，张拉孔位应设计在橡胶密封垫几何形心位置。

②一组构件设置两组千斤顶张拉孔时，张拉孔位应设计在橡胶密封垫几何形心两侧，且在同一条直线上。

③一组构件设置三组及多组千斤顶张拉孔时，张拉孔位需围绕在橡胶密封垫几何形心位置四周布置。

步骤三：基于形心跟踪的预制装配式构件张拉。

预制构件千斤顶张拉点与接触面缝宽监测点的位置宜尽量靠近，但受各种因素制约，无法保证所有接缝宽度测点都与张拉点位置对应，通常需要利用测点实测数据来推算张拉点的接缝宽度，因此基于缝宽控制的预制装配式构件张拉可能导致张拉质量与效率问题。这种情况下，可以采用基于形心跟踪的预制装配式构件张拉方法完成拼装张拉工作。

如图16，由于千斤顶作用大小和位置不同，使得千斤顶张拉力形心314与橡胶密封垫几何形心312不重合，从而导致密封垫压缩程度不一致，使得橡胶密封垫反力形心311与橡胶密封垫几何形心312也不重合，为达到橡胶密封垫反力形心311与密封垫几何形心312重合的目标(在此状态下，密封垫各位置压缩厚度均一致，表示接缝各处缝宽一致，达到拼装理想状态。)可调整各组千斤顶张拉力，使千斤顶张拉力形心314、橡胶密封垫反力形心311以橡胶密封垫几何形心312为中心相互对称，如图中的a与a'所示位置，这样能使橡胶密封垫反力形心311产生沿311与314的连线aa'逐渐向靠近密封垫几何形心312的方向移动的趋势。当千斤顶张拉力调整后，橡胶密封垫的变形也随之变化，其反力形心311位置会产生相应变化至如b'处，通过调整千斤顶张拉力，使千斤顶张拉力形心314也相应地调整到与橡胶密封垫反力形心311位置对称的b处。通过重复上述形心跟踪的方法，橡胶密封垫反力形心311不断沿a'→b'→c'→d'逼近橡胶密封垫几何形心312位置，千斤顶张拉力形心314也不断随着密封垫反力形心311位置的变化，不断沿a→b→c→d逼近密封垫几何形心312位置，最终实现千斤顶张拉力形心314、密封垫反力形心311和密封垫几何形心312三心重合，密封垫各处压缩程度一致，构件拼接完成时，各接缝宽度相等。

在构件拼装过程中，根据图15算法实时计算橡胶密封垫的几何形心312、反力形心311以及千斤顶张拉力形心314的坐标。通过对密封垫的几何形心312、反力形心311以及千斤顶张拉力形心314的坐标进行比对，需要保障反力形心311和千斤顶张拉力形心314的坐标分布在密封垫的几何形心312的两侧，一旦反力形心311和千斤顶张拉力形心314的坐标分布在密封垫的几何形心312的同侧，可通过计算机程序自动提醒，通过程序自动优化调整或人工调整，以保证能够准确且高质量地完成拼装。

其中，本发明的的预制装配式结构自动拼装控制方法还采用一种构件接触面摩擦力反演方法，如图17所示，包括如下步骤：

步骤一：通过前述方法来通过图像信息识别橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω与构件螺栓孔位中心坐标集Π。

步骤二：确定千斤顶张拉力合力，针对不同千斤顶张拉静止平衡状态下，通过对张拉千斤顶的张拉力进行实时监测，获取n个不同千斤顶的张拉力P_i，其中i＝1,2,...,n，由此可获得千斤顶张拉力合力

步骤三：确定橡胶密封垫反力合力及反力形心。

(1)根据预制构件所采用的橡胶密封垫材料实验数据，建立橡胶密封垫在不同压缩量下对应的变形模量数量集E_s，并利用计算机数据库进行存储。

(2)对橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点计算橡胶密封垫的弹性反力

从而获得橡胶密封垫的反力合力值

(3)对所有点的弹性反力F_i对坐标系X轴，Y轴求力矩，根据合力力矩与微段力矩之和相等的原则，同样通过上述公式3和4计算橡胶密封垫的反力形心K_F的坐标：

步骤四：确定摩擦力合力。摩擦力合力等于千斤顶张拉力合力与橡胶密封垫反力合力的差值

其中m指预制构件不同接触面的数量。

步骤五：计算确定预制构件不同接触面的摩擦力。假设预制构件需要计算摩擦力的接触面为m个，不同接触面的摩擦力为f_i，其中i＝1，2，...，m。根据不同千斤顶张拉静止平衡状态下，通过对张拉千斤顶的张拉力和橡胶密封垫的实际压缩量进行多次实时监测，满足建立m个平衡方案，以坐标系原点建立m个平衡方程如公式7：

其中，x_Pi，y_Pi分别为对应一个静态平衡状态下，不同张拉千斤顶中心点对应的x，y坐标值。

其中x_E，y_E为橡胶密封垫的反力形心对应的x，y坐标值。

其中x_fi，y_fi为构件不同接触面的摩擦力合力作用点的x，y坐标值。

通过上述平衡方程，求得预制构件不同接触面的摩擦力f_i，其中i＝1，2，...，m。

上述所述方程组至多可解出3组不同接触面位置平行于千斤顶施力方向的最大静摩擦力f₁、f₂、f₃(如果该构件存在3组不同接触面位置的最大静摩擦力)，若该构件如图17所示，仅存在2组不同接触面位置的最大静摩擦力(近似为滑动摩擦力)9-1和9-2，仅需方程组中的两组方程，即可求得f₁、f₂。但若该构件存在3组以上的不同接触面位置，则必然存在3组以上不同的最大静摩擦力即m大于3，需要建立多个的静止平衡状态，并建立平衡方程，直到达到平衡公式达到m个。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (14)

1.一种预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其包含预制装配式地下结构拼装中控装备、多个拼装件上的液压千斤顶、多个设置于拼装件上的激光测距仪以及多个设置于目标件上的激光反射板，其特征在于：

在目标件和拼装件上对应设置多个张拉孔，多个张拉螺杆的一端固定于目标件的张拉孔，另一端贯穿拼装件的张拉孔后连接至液压千斤顶，每个液压千斤顶对应一个张拉孔，在目标件的上表面对应各张拉孔分别设置激光反射板，在拼装件的上表面对应各液压千斤顶分别设置激光测距仪，各激光测距仪对应一个激光反射板，各液压千斤顶上设有油压传感器和锚头自锁装置，各激光测距仪的位置分别对应于液压千斤顶的驱动位置，从而与对应的激光反射板共同得到各液压千斤顶位置处的缝宽信息。

2.如权利要求1所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：各油压传感器均连接有一油压监测通信模块，各锚头自锁紧装置分别连接有一锚头控制通信模块，各激光测距仪分别连接有一激光测距通信模块，各通信模块连接至预制装配式地下结构拼装中控装备，所述预制装配式地下结构拼装中控装备还设有油量控制通信模块。

3.如权利要求1或2所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：所述预制装配式地下结构拼装中控装备包括中控装备通信主机、辅液压泵站、主液压泵站、油温传感器、油温加热器、电磁比例阀、换向阀、电磁比例溢流阀、油温冷却风扇、液压油箱、手动溢流阀和超高压电磁阀，所述液压油箱为长方形且设置于下部，所述主液压泵站与电磁比例阀、换向阀和电磁比例溢流阀连接组成主液压泵站系统，所述辅液压泵站与超高压电磁阀和手动溢流阀连接组成备用泵站系统。

4.如权利要求3所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：还包含油温传感器、油温加热器、油温冷却风扇，所述油温传感器设置于液压油箱以实时检测其内的油温，所述油温加热器设于液压油箱内以进行油温加热，所述油温冷却风扇连接于液压油箱内空间以进行降温。

5.如权利要求4所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：所述油温传感器连接有油温监测通信模块，中控装备通信主机通过LoRa无线通信协议与油压监测通信模块、锚头控制通信模块、激光测距通信模块以及内部的油温监测通信模块和油量控制通信模块进行无线通信，实现对距离、油温油压等数据的监测以及对激光测距、电磁比例阀、锚头自旋紧装置的远程控制。

6.如权利要求1所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：包含一种与空心千斤顶配合的预应力钢筋螺母自动旋紧装置，该装置为内外三重套筒状结构，附加于空心千斤顶的末端，与空心千斤顶可形成一个整体结构，三重套筒的之间的运动功能关系是：外套筒固定，用于传递张拉力和提供中间套筒移动的自由度；中间套筒可绕其中心轴在外套筒卡位装置的引导下旋转，中间套筒与外套筒之间依靠卡轨或卡销限位，不允许发生轴向移动；内套筒可在中间套筒之内沿轴向在中间套筒相关装置的引导下移动，内套筒和中间套筒之间不能产生相对旋转。

7.一种预制装配式结构自动拼装控制方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：将待拼装的拼装件运送至施工位置，将拼装件上预留的张拉孔逐个插入张拉螺杆并拧紧，在拼装件和目标件上分别安装激光测距仪、激光反射板和液压千斤顶；

步骤二：确定测量参数，各测光测距仪的激光头到拼装件的接缝边缘的横向偏差为l，激光反射板距离目标块的接缝边缘的纵向偏差同样为l，其中任意两激光测距仪的激光头之间的距离固定不变且为P；

步骤三：预制装配式结构拼装自动化控制，现场控制主机通过WiFi信号连接LoRa网关，通过LoRa网关依次各激光测距仪的测量指令到激光测距仪绑定的LoRa模块，并采集到各激光测距仪的测量值，从而得到所述任意两激光测距仪的测量值，测量值分别是L_a，L_c，计算出拼装件7和目标件8之间的夹角

根据夹角θ和L_a，L_c，计算出两激光测距仪对应位置的接缝宽度分别为S_a＝L_a*cosθ-2l，S_b＝L_b*cosθ-2l，再通过LoRa网关依次采集两激光测距仪对应的液压压力阀的压力值F_a，F_c，通过两接缝宽度S_a，S_c，判断拼装件7和目标件8是否接触：

a)若未接触：综合接缝宽度S_a，S_c，接缝夹角θ计算对应液压千斤顶的推进速度V+x和V-x，通过LoRa网关将两个推进速度的数字信号发送给对应的电磁比例阀，实现对应液压千斤顶的推进控制，同时根据两液压千斤顶的推进控制按照对应距离来计算得到其它液压千斤顶的推进速度并进行推进控制；

b)若已接触：结合接缝宽度确定出拼装件的受力型心，实现对液压千斤顶的推进控制；

步骤四:重复步骤二、三，直至拼装件和目标件之间的结构接缝宽度小于预设的拼装就位接缝宽度，锁紧拼装件和目标件之间的张拉杆完成拼装。

8.如权利要求7所述的预制装配式结构自动拼装控制方法，其特征在于：步骤一中还包含设备预检测步骤，在设备预检测步骤步骤中，所述中控设备通信主机通过LoRa无线通信协议向油压监测通信模块、锚头控制通信模块、激光测距通信模块同步发出指令获取相对应设备状态，得到各液压千斤顶以及激光测距仪的状态，若显示正常则进入油温预监测，若任一状态显示异常，则启动设备保护模式，停止本次工作，等待对异常设备检修后，再重新启动设备预检测步骤。

9.如权利要求7所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：采用无级持续张拉控制方法，其包括如下步骤：

步骤一：确定预期线性断点张拉控制曲线，预制装配式构件拼装为N点协同控制，以N＝3，各预制装配式构件的N个不同位置张拉点的初始结构缝宽为Y₁₀,Y₂₀,Y₃₀，并确定本次预制装配式构件的张拉过程分为n次，则完成结构拼装目标的就位结构缝宽为Y_1n,Y_2n,Y_3n，则张拉控制程序按线性等分进行曲线绘制；

步骤二：确定预制装配式构件拼装断点张拉控制的实际监测值，由于通信延时的迟滞性，实际线性断点张拉阶段控制的实际为不平滑的折线；

步骤三：建立线性断点张拉控制预测方法，根据前期张拉控制监测数据以及历史张拉控制数据经验建立预测方法，从而实现对下一阶段张拉控制值的预测控制，从而实现无级持续张拉控制。

10.如权利要求7所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：采用基于图像识别信息的预制装配式构件密封垫非线性弹性反力形心算法，其包含如下步骤：

步骤一：得到预制装配式构件的图像，以确定预制装配式构件的构件结构外轮廓线、螺栓孔位和橡胶密封垫的位置；

步骤二：对得到的图像进行校正，以更好的保持构件平面的图像与真实的一致；

步骤三：提取图像的关键信息，获取构件平面的构件边缘、橡胶密封垫边缘以及螺栓孔位边缘图像；

步骤四：校正图像中构件关键信息；

步骤五：建立构件关键图像点的坐标集，对校正后只包含构件结构外轮廓线、橡胶密封垫以及螺栓孔位的关键信心的图像，在图像上建立坐标系，建立二维平面坐标系，定义为XOY平面坐标系，建立构件结构外轮廓线图像点坐标集、螺栓孔位中心点图像点坐标集和橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集；

步骤六：计算橡胶密封垫几何形心K，橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的任何一点都代表了一个正方形的橡胶密封垫微段，微段长度与密封垫宽度λ等长，正方形橡胶密封垫微段的面积均为A₀＝λ²，对橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点的坐标及面积对X轴、Y轴求面积距，从而计算橡胶密封垫的几何形心K，微段中心点坐标集Ω有n个点，几何形心K在XOY平面的坐标通过如下公式1和2计算：

步骤七：计算橡胶密封垫的反力形心K_F。

11.如权利要求10所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：步骤七中，待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面完全接触后，获取n个待拼装预制构件与已拼装预制构件接触面的接缝宽度监测值Z_i，其中i＝1,2,...,n，橡胶密封垫的实际压缩量为橡胶密封垫凸出于构件拼装平面的初始厚度Z₀与实际接缝宽度实测值的1/2即

的减值，为

根据监测得到的n个橡胶密封垫的压缩量实测值，并在橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω对应的同一平面坐标系内建立面方程，并根据每一个点的坐标计算接缝宽度及其变形量，并按时间顺序建立动态数据库Z，建立橡胶密封垫在不同压缩量下对应的变形模量数量集E_s，橡胶密封垫中心线微段中心点坐标集Ω的所有点计算橡胶密封垫的弹性反力

对所有点的弹性反力F_i对坐标系X轴，Y轴求力矩，根据合力力矩与微段力矩之和相等的原则，计算橡胶密封垫的反力形心K_F的坐标通过公式3和4得到：

12.如权利要求7所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：还采用一种基于形心跟踪和缝宽控制的预制装配式构件张拉方法，包括如下步骤：

步骤一：计算千斤顶张拉力的形心；

千斤顶张拉力的形心K_P，其坐标算法为公式5和6：

步骤二：基于缝宽控制的预制装配式构件张拉；

对每个千斤顶张拉点相对应的接触面缝宽监测点进行实时监测，获取不同千斤顶张拉点对应的接触面缝宽监测点的监测值，记为Z_i，其中i＝1,2,...,n，假设n个千斤顶张拉点对应n个接触面缝宽监测点，假设接触面缝宽监测点最终控制目标值为Z₀，采取多点协同张拉的方法，通过m次连续多次等值张拉的方法以达到最终控制目标，n个不同位置千斤顶张拉点每次张拉控制值为

其中i＝1,2,...,n，通过不同位置千斤顶张拉点需要张拉的距离换算千斤顶张拉力，并控制液压控制中心的油压与油速；

步骤三：基于形心跟踪的预制装配式构件张拉。

13.如权利要求12所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：预制构件千斤顶张拉孔位置的设置应满足以下原则：

①一组构件仅设置一组千斤顶张拉孔时，张拉孔位应在橡胶密封垫几何形心位置；

②一组构件设置两组千斤顶张拉孔时，张拉孔位应在橡胶密封垫几何形心两侧，且在同一条直线上；

③一组构件设置三组及多组千斤顶张拉孔时，张拉孔位需围绕在橡胶密封垫几何形心位置四周布置。

14.如权利要求7所述的预制装配式结构自动拼装控制装备系统，其特征在于：还包含基于形心跟踪和缝宽控制的预制装配式构件张拉方法，其特征在于：由于千斤顶作用大小和位置不同，使得千斤顶张拉力形心与橡胶密封垫几何形心不重合，从而导致密封垫压缩程度不一致，使得橡胶密封垫反力形心与橡胶密封垫几何形心也不重合，为达到橡胶密封垫反力形心与密封垫几何形心重合的目标，调整各组千斤顶张拉力，使千斤顶张拉力形心、橡胶密封垫反力形心以橡胶密封垫几何形心为中心相互对称，使橡胶密封垫反力形心产生逐渐向靠近密封垫几何形心的方向移动的趋，使千斤顶张拉力形心也相应地调整到与橡胶密封垫反力形心位置对称。

步骤八：反演得到预制装配式构件接触面摩擦力的步骤，先确定摩擦力合力，所述摩擦力合力等于千斤顶张拉力合力与橡胶密封垫反力合力的差值

其中m指预制构件不同接触面的数量，然后计算确定预制构件不同接触面的摩擦力法，预制构件需要计算摩擦力的接触面为m个，不同接触面的摩擦力为f_i，其中i＝1,2,...,m，根据不同千斤顶张拉静止平衡状态下，通过对张拉千斤顶的张拉力和橡胶密封垫的实际压缩量进行多次实时监测，满足建立m个平衡状态，以坐标系原点建立m个平衡方程如下公式7：

其中，x_Pi，y_Pi分别为对应一个静态平衡状态下，不同张拉千斤顶中心点对应的x,y坐标值，

其中x_E,y_E为橡胶密封垫的反力形心对应的x,y坐标值，

其中x_fi,y_fi为构件不同接触面的摩擦力合力作用点的x,y坐标值，

通过上述平衡方程，求得预制构件不同接触面的摩擦力f_i,其中i＝1,2,...,m。

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