CN111062069B - 适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，属于建筑设计施工领域。该辅助施工方法包括如下步骤：对土建完成的大型场馆内部进行空间测绘，生成点云模型；将点云模型与BIM模型整合，确定偏差位置逆向建模；整合现场数据与装饰模型解决现场与装饰面层的碰撞问题；正向深化设计调整与其他专业的协调问题；深化完成复杂异形装饰面的整体基层表皮，对基层表皮进行单元块划分并编号，利用软件进行点位输出及三维线框模型输出，工厂加工并验证，运输至现场按编号安装完成。本发明为大型场馆内部复杂异形装饰面的数字化建造辅助施工方法，具有设计精度高，应对多种复杂装饰面造型，达到满足多种装饰材料配合完美和施工高效的优点。

Description

适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工 方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别涉及到适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法。

背景技术

在现在的建筑施工领域中，通过BIM模型与数字化建造系统结合，建筑中的许多构件均可以异地加工，直接运到建筑施工现场，装配到建筑中（例如GRG、弧形吊顶铝板等）。通过数字化建造，可以自动完成建筑物构件的预制，这些通过工厂精密机械技术制造出来的构件不仅降低了建造误差，并且大幅度提高构件制造的生产率，使得整个建筑建造的工期缩短并且容易掌控。

目前大多通过三维扫描技术与自动全站仪提取现场数据，保证现场数据信息准确，再进行三维深化，分块提取信息直接进行工厂数控加工，再现场安装完成整个构件的施工。

对于复杂异形装饰面的建筑物，特别涉及到飘带类带有艺术造型的构筑物，目前是数字化辅助设计，加上数控加工等技术，直接基层和饰面一体化完成，再进行现场直接组装完成的。但对于大型场馆内部木饰面飘带而言，其需要求较多且严格，不仅仅是外形精度要求高，还需要保证满足声学要求和外观流畅无缝等。基于此，我们无法通过一种材料直接装配式组装来实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法。本发明大型场馆内部复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法要能够做到避免碰撞或安装空间不足等造成的安装问题，提高生产效率和精度，有效管控安装的进程，确保工程施工质量。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，复杂多曲构件为复杂异形装饰面，该复杂异形装饰面包括单元装配式的基层和整体式的艺术面层，该方法包括如下步骤：

第一步，对土建施工完成的大型场馆内部进行空间测绘，利用三维扫描仪进行现场扫描测绘，将测绘数据信息处理整合生成点云模型；

第二步，将生成的点云模型与该大型场馆内部的BIM模型整合，确认偏差位置再逆向建模，形成轻量化实体网格面的三维模型；

第三步，通过现场数据与原设计精装模型整合，解决现场与异形装饰面的整体基层表皮的碰撞问题；

第四步，依据现场数据与原设计精装模型进行正向深化设计，调整与包括音箱、喇叭、灯具和机电在内的其他专业的协调问题；

第五步，对重点区域进行深化、调整，保证各个区域装饰面的精确度及基层的安装空间，重点区域包括耳光室位置、显示屏位置以及楼座侧面位置等；

第六步，对木饰面飘带的整体基层表皮进行单元块划分，保证每个单元块的分块形式达到加工、运输及现场安装的要求；

第七步，采用参数化软件Grasshopper进行单元块四点点位信息输出，对输出的每个单元块进行编号，同时提取单元块边缘线并导出三维线框模型；

第八步，在工厂内利用编号完成的三维线框模型加工出各个单元块，并进行预拼装验证；

第九步，将完成的单元块运输至大型场馆工地现场，按照编号顺序拼装形成基层，组成基层后，现场完成配重并进行整体面层铺设，完成复杂异形装饰面的制作。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述的复杂异形装饰面为一个大型木饰面飘带，该木饰面飘带包括单元装配式的基层和整体式的艺术面层，该艺术面层外部为木皮层。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述第一步的三维扫描设备为FARO Focus3D X330，在现场通过采用标靶球的形式采集数据，利用配套的FARO SCENCE 全方位3D点云处理和管理工具直接读取上述三维扫描设备的扫描数据，做优化拼接等处理。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述第二步中将拼接完的点云模型与原有的大型场馆内部的结构BIM模型整合，确认现场结构与原BIM结构模型的偏差，采用Navisworks软件进行整合，点云模型格式输出为.rcp格式，结构模型输出为.rvt格式，均整合到Navisworks中采用“审阅”中的测量工作进行检测。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述第二步中逆向建模是指通过三维激光扫描技术对已真实存在的物体进行扫描，获得该物体的空间几何信息， 将几何信息进行降燥、抽稀和拼接处理，然后再将已处理整合的数据导入逆向工程软件Geomagic Wrap中，通过其继续优化点云数据，并拼装成面，生成.stl格式文件，再将.stl格式文件导入到Rhino软件中进行基层表皮深化工作。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述第三步中，所述的整合是将逆向模型与装饰模型进行坐标统一，了解饰面与现场结构的空间关系，是否存在硬碰撞或安装空间不足等问题。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述的第五步中的深化、调整时依据精装设计模型、逆向模型和平面红线定位图，了解设计师的意图与理念，并与项目工程师讨论调整方式，其具体过程为：先确认面层与结构的空间关系，再了解饰面与结构的收口关系，根据平面图红线位置确定灯槽内口线在结构空间中的平面位置，垂直拉伸成曲面。通过原设计精装模型底口曲面边缘线，投影至红线拉伸曲面上。确定灯槽内口线的空间位置。根据灯槽内口线依次调整阴阳角曲线的进出位置，保证整体比例关系同原设计模型一致。然后上下线条依次拟合成顺滑的曲面，最终确定整体基层表皮。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，所述的第五步重点区域中的楼座侧面，保证侧面木饰面的进出关系不会影响过道空间，舞台两侧用于投摄灯光的耳光室位置满足灯具安装及灯光照射不被木饰面所遮挡。

基于上述技术方案，本发明专利适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法与现有技术相比，通过实践应用取得了如下技术效果：

1.本发明专利的数字化辅助施工方法结合大型场馆的内部结构要求，针对于复杂异形装饰面特别是大尺寸木饰面飘带的外观和性能要求，采用先现场扫描并逆向建模的形式，再结合结构组成要求，利用计算机设计出适合的基层曲面并进行单元块划分，再对单元块进行工厂加工和现场安装，最后再将整体艺术面层制作出来，从而保证木饰面飘带的结构性能和声学艺术要求。

2.本发明的数字化建造辅助方法中，先采用三维扫描仪对现场进行三维数据采集，再与原有的BIM模型整合，确认偏差，再利用相应的专业软件完成逆向模型创建，作为装饰模型的基础，在逆向建模后进行深化、调整，从而保证各个区域装饰面的精确度及基层的安装空间，使得后续施工更为精确、合理。

3.本发明的数字化建造辅助方法中，针对于大规格的复杂异形装饰面比如木饰面飘带的实际要求，采用划分基层单元块工厂加工及现场安装面层的传统方式，但是对于艺术面层现场安装的工艺，充分利用了计算机数字化辅助设计的优势，先确保基层的单元块划分准确无误，便于生产和安装，再对艺术面层后续安装，艺术面层中的石膏板、木板条、双层五厘板以及木皮层，保证其重量要求，满足声学要求，木板条、双层五厘板满足线条流畅无缝，木皮层则保证其艺术效果和外形美观。

附图说明

图1是本发明大型场馆内部复杂异形装饰面的数字化建造辅助施工方法的流程示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其实现方式和施工流程，但不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明是适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，作为大型场馆内部复杂异形装饰面的数字化建造辅助施工方法，不仅可用于木饰面飘带的制作，同时满足其他的装饰面材料。只需要增加相对应的面部基层，保证装饰面的平整度即可，如乳胶漆、墙纸、铝板等都可通用。此发明主要阐述单元装配式基层的创建过程，整体式的面层可以采用不同材料进行制作达到不同的装饰效果。

我们以常用的大型木饰面飘带的数字化设计和制造安装来具体阐述本发明专利的应用过程。大型场馆内设有装饰用的大型木饰面飘带，木饰面飘带包括单元装配式的基层和整体式的艺术面层，该艺术面层外部为木皮层。对于具有木饰面飘带的大型场馆来说，要求保证木饰面飘带的造型要求，还要求保证场馆的配重要求，从声学角度则要求采用厚实材料制作，大多传统的单一材质无法满足配重要求，同时要求造型一体化，不要有拼缝，必须采用表面一体化的制作方法。基于此，采用了全新的结构体系，即单元装配式基层和整体性的艺术表皮。其中，基层包括有金属框架结构和穿孔金属板，背附条状石膏板、面层则有木板条、双层五厘板和木皮层，木皮层采用整体铺设的方式，根据飘带的方向，各个角度指接，使木皮本身纹理与曲面协调一致，增强外观的整体性。

为了实现上述设计，本发明采用数字化建造辅助施工措施来提高效率和施工质量，该方法包括如下步骤：

第一步，对土建施工完成的大型场馆内部进行空间测绘，利用三维扫描仪进行现场扫描测绘，将测绘点生成点云模型。实践中采用的三维扫描设备为FARO Focus3D X330，在现场采用标靶球的形式采集数据，利用配套的FARO SCENCE 全方位3D点云处理和管理工具直接读取上述三维扫描设备的扫描数据，做优化拼接等处理。

第二步，将生成的点云模型与该大型场馆内部的BIM结构模型整合，确认偏差再逆向建模，形成轻量化实体网格面的三维模型。将第一步中拼接完的点云模型与原有的大型场馆内部的BIM模型整合，确认现场结构与原BIM结构模型的偏差，采用Navisworks软件进行整合。点云模型格式输出为.rcp格式，结构模型输出为.rvt格式，两种格式均整合输入到Navisworks软件中，在Navisworks软件内采用“审阅”中的测量工作进行测量，确认偏差位置。逆向建模是指，通过三维激光扫描技术对已真实存在的物体进行扫描，获得该物体的空间几何信息，将几何信息进行降燥、抽稀和拼接处理，然后再将已处理整合的数据导入逆向工程软件Geomagic Wrap中，通过其继续优化点云数据，并拼装成面，生成.stl格式文件，将.stl格式文件导入到Rhino软件中进行饰面深化工作。最后形成实体网格面的三维模型，用于整合、剖切及出图等直观操作。

第三步，通过现场数据与原设计精装模型整合，解决现场与装饰面层的碰撞问题；这里的整合是将逆向模型与装饰模型进行坐标统一，了解饰面与现场结构的空间关系，是否存在硬碰撞或安装空间不足等问题。

第四步，依据现场数据与原设计精装模型进行正向深化设计，正向深化是将各专业模型整合到模型中，专业模型包括音箱、喇叭、灯具等机电相关的设备、管道模型，从而调整与包括音箱、喇叭、灯具及机电在内的其他专业的协调问题。

第五步，对重点区域进行深化、调整，保证各个区域装饰面的精确度及基层的安装空间，重点区域包括耳光室位置、显示屏位置以及楼座侧面位置。

第六步，对木饰面飘带的整体基层表皮进行单元块划分，保证每个单元块的分块形式达到加工、运输及现场安装的要求。基层表皮主要用于控制整个造型的精确度，工厂加工也是直接加工至基层表皮，而木装饰面即指整体性的艺术表皮。完成基层表皮安装后，在现场直接进行整体表皮铺设。在现场，背附石膏板用于达到配重要求、木条板固定，再敷两层五厘板，最后再进行木皮层粘贴。

第七步，采用参数化软件Grasshopper进行单元块四点点位信息输出，对输出的每个单元块进行编号，同时提取单元块边缘线并导出三维线框模型；

第八步，在工厂内利用编号完成的三维线框模型加工出各个单元块，并进行预拼装验证；

第九步，将完成的单元块运输至大型场馆工地现场，按照编号顺序拼装形成基层，组成基层后，现场完成配重并进行整体面层铺设。完成木饰面飘带。

在本发明适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法中，对重点区域进行深化、调整时依据精装模型、逆向模型和平面红线图，了解设计师的意图与理念，并与项目工程方讨论调整方式。其具体过程为：

1. 先确认面层与结构的空间关系；

2. 再了解饰面与结构的收口关系；

3. 根据平面图红线位置确定灯槽内口线在结构空间中的平面位置，垂直拉伸成曲面；

4. 通过原设计精装模型底口曲面边缘线，投影至红线拉伸曲面上。确定灯槽内口线的空间位置；

5. 根据灯槽内口线依次调整阴阳角曲线的进出位置，保证整体比例关系同原设计模型一致。

6. 然后上下线条依次拟合成顺滑的曲面；

通过上述深化操作，最终确定整体饰面。

在重点区域中，耳光室位于舞台两侧用于投射灯光的位置，显示屏是LED显示器的位置，而二楼的楼座侧面，需要保证侧面木饰面的进出关系不会影响过道空间。

在上述第二步中，逆向建模目的如下：点云数据虽然能够呈现三维场景效果，但是从视觉上来说仍然与实体存在一定差异，三维模型相对于点云数据，更容易被赋予属性信息，从而能够有更广泛的应用。三维模型较于点云模型能够载入更多的平台，点云模型数据量过大，逆向模型会大大缩小文件大小，便于后期与其他专业的模型整合及操作。逆向建模方式很多，但是针对不同的应用需求，逆向建模的方式也有所不同，并不是所有的点云数据都需要精细化的转化为曲面模型。针对大型场馆的异形装饰构件而言，由于场馆过大，工期又紧等特点。我们摈弃以点云数据为基础的直接粗略式及精细参照式的逆向建模方式，采用基于点云的直接建模方式进行多边形模型转换，并未深入进行多边形细化及曲面转换。

以木饰面飘带的实际需求为例产生所做的逆向建模处理，此方法在满足深化需求同时，大大减少了人力，提高了效率。即将通过FARO SCENCE拼接完成的点云数据.pts格式输入Geomagic Wrap逆向设计软件中进行点云处理、多边形化（进行智能化方式进行去燥、采样、封装处理），再进生成.stl格式的过程。通过这样的处理，即可以满足项目的实际需求。.stl格式文件可以载入到大多三维软件平台中，特别是Rhino软件，可直接用于饰面后期的深化处理等工作。同时，实体模型便于整合、剖切及出图等直观操作。对于周期较长，现场数据运用于多种复杂饰面构造、饰面与结构空间不足或紧张的情况下，我们需要对项目进行曲面阶段处理。对模型进行进一步的修补并曲面化。增强现场数据的准备与完整性。

本发明专利的数字化辅助施工方法结合大型场馆的内部结构要求，针对于大尺寸木饰面飘带的外观和性能要求，采用先现场扫描并逆向建模的形式设计，再结合结构组成要求，利用计算机设计出适合的单元块，再对单元块进行工厂加工和现场安装，然后再将艺术面层制作出来，从而保证木饰面飘带的结构性能和声学艺术要求。

本发明的数字化建造辅助方法中，针对于大规格复杂异形装饰面的实际要求，采用基层划分单元块工厂加工及现场整体艺术面层的安装方式，充分利用了计算机数字化辅助设计的优势，先确保基层的单元块划分准确无误，便于生产和安装，再对艺术面层后续安装，艺术面层中的石膏板、木板条、双层五厘板以及木皮层，保证其重量要求，满足声学要求，木板条、双层五厘板满足线条流程无缝，木皮层则保证其艺术效果和外形美观。

Claims (7)

1.适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，该复杂多曲构件为复杂异形装饰面，其结构包括单元装配式的基层和整体式的艺术面层，该方法包括如下步骤：

第一步，对土建施工完成的大型场馆内部进行空间测绘，利用三维扫描仪进行现场扫描测绘，将测绘点生成点云模型；

第二步，将生成的点云模型与该大型场馆内部的BIM结构模型整合，确认偏差位置再逆向建模，形成轻量化实体网格面的三维模型；

第三步，通过现场数据与原设计精装模型整合，解决现场与复杂异形装饰面的整体基层表皮的碰撞问题；

第四步，依据现场数据与原设计精装模型进行正向深化设计，调整包括音箱、喇叭、灯具和机电在内的相关设备与其他专业的协调问题；

第五步，对重点区域进行深化、调整，保证各个区域装饰面的精确度及基层的安装空间，重点区域包括耳光室位置、显示屏位置以及楼座侧面位置； 深化、调整时依据原设计精装模型、逆向模型和平面红线图，了解设计师的意图与理念，并与项目工程师讨论调整方式，其具体过程为：先确认面层与结构的空间关系，再了解装饰面与结构的收口关系，根据平面红线图位置确定灯槽内口线在结构空间中的平面位置，垂直拉伸成曲面，通过原设计精装模型底口曲面边缘线，投影至红线拉伸曲面上，确定灯槽内口线的空间位置，根据灯槽内口线依次调整阴阳角曲线的进出位置，保证整体比例关系同原设计模型一致，然后上下线条依次拟合成顺滑的曲面，最终确定整体基层表皮；

第六步，对复杂异形装饰面的整体基层表皮进行单元块划分，保证每个单元块的分块形式达到加工、运输及现场安装的要求；

第七步，采用参数化软件Grasshopper进行单元块四点点位信息输出，对输出的每个单元块进行编号，同时提取单元块曲面边缘线并导出三维线框模型；

第八步，在工厂内利用编号完成的三维线框模型加工出各个单元块，并进行预拼装验证；

第九步，将完成的单元块运输至大型场馆工地现场，按照编号顺序拼装形成基层表皮，组成基层后，现场完成配重并进行整体面层铺设，完成复杂异形装饰面的制作。

2.根据权利要求1所述的适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，所述的复杂异形装饰面为一个大型木饰面飘带，该木饰面飘带包括单元装配式的基层和整体式的艺术面层，该艺术面层外部为木皮层。

3.根据权利要求1所述的适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，所述第一步的三维扫描设备为FARO Focus 3D X330，在现场通过采用标靶球的形式采集数据，利用配套的FARO SCENCE 全方位3D点云处理和管理工具直接读取上述三维扫描设备的扫描数据，做优化拼接处理。

4.根据权利要求1所述的适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，所述第二步中将生成的点云模型与该大型场馆内部的BIM结构模型整合，确认现场结构与原BIM结构模型的偏差，采用Navisworks软件进行整合，点云模型格式输出为.rcp格式，BIM结构模型输出为.rvt格式，均整合到Navisworks中采用“审阅”中的测量工作进行检测。

5.根据权利要求1所述的适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，所述第二步中逆向建模是指通过三维激光扫描技术对已真实存在的物体进行扫描，获得该物体的空间几何信息，将几何信息进行降燥、抽稀和拼接处理，然后再将已处理整合的数据导入逆向工程软件Geomagic Wrap中，通过其继续优化点云数据，并拼装成面，生成.stl格式文件，将.stl格式文件导入到Rhino软件中进行基层表皮深化工作。

6.根据权利要求1所述的适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，所述第三步中，所述的整合是将逆向模型与原设计精装模型进行坐标统一，了解异形装饰面与现场结构的空间关系，是否存在硬碰撞或安装空间不足问题。

7.根据权利要求1所述的适用于建筑装饰工程复杂多曲构件的数字化建造辅助施工方法，其特征在于，所述的第五步中的重点区域楼座侧面，保证侧面木饰面的进出关系不会影响过道空间，舞台两侧用于投射灯光的耳光室位置满足灯具安装及灯光照射不被木饰面所遮挡。

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