CN111677294B - 基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法 - Google Patents

基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111677294B
CN111677294B CN202010588971.8A CN202010588971A CN111677294B CN 111677294 B CN111677294 B CN 111677294B CN 202010588971 A CN202010588971 A CN 202010588971A CN 111677294 B CN111677294 B CN 111677294B
Authority
CN
China
Prior art keywords
construction
steel structure
model
design
digital twinning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010588971.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111677294A (zh
Inventor
刘占省
史国梁
王京京
张安山
蒋安桐
刘子圣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN202010588971.8A priority Critical patent/CN111677294B/zh
Publication of CN111677294A publication Critical patent/CN111677294A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111677294B publication Critical patent/CN111677294B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/14—Conveying or assembling building elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/24—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of metal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38—Connections for building structures in general
    • E04B1/58—Connections for building structures in general of bar-shaped building elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，在钢结构施工之前利用Revit进行结构建模，得到结构模型；将结构模型导入Ansys进行力学性能分析，计算通过后，对复杂节点制作详细的施工动画。在施工过程中严格按照Revit建立的模型进行，并由三维扫描仪对每个施工步骤及时记录，形成点云数据逆建模同设计模型对比，并对结构实体作调整，保证施工同设计的一致性。拼装完成后的每个连接节点均布置光线传感器，通过传感器的数据图像及时排查施工质量问题。这样从设计到施工，监测各阶段均实现虚拟现实的相互映射达到数字孪生，提高施工的质量和效率。本发明为解决复杂钢结构拼装施工质量欠佳，节点工艺冗杂等问题。本发明可以适应于钢结构梁、柱的安装。

Description

基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及利用数字孪生技术优化钢结构的智能安装施工工艺。
背景技术
钢结构梁、柱安装工艺对钢结构的施工质量有很大的影响，传统的安装工艺有焊接、螺栓连接、铆钉连接等方法，这些传统方法均没有同智能化设备相关联，而且这些方法均存在缺点和不足：
焊接会产生光污染、噪音污染不利于构建绿色工地。对疲劳较敏感，当一些较大截面和构件较厚较大时，焊缝必须多次施焊，在操作上多消耗材料，容易引起构件产生很大的收缩应力和收缩变形，当构件上动荷载很大时，由于焊缝的刚度较大，而不能经常保证结构均匀工作，可能产生局部新的超应力，容易使结构产生残余应力和残余变形，影响钢材的承载力、刚度和使用性能。
螺栓连接若不结合智能技术会因开孔对构件截面产生一定的削弱，而且被连接的构件需要相互搭接或另加品装板、角钢等构件，因而相对耗材较多、构造较繁，遇到节点众多、工艺复杂的施工会大大降低拼装效率和质量。
铆接工艺复杂，制造费工费料，且劳动强度高，已基本被焊接和高强螺栓所取代。
针对以上传统钢结构安装方法的问题，提出利用高强度螺栓并结合智能设备而形成的数字孪生技术加以规避。
发明内容
本发明为了解决现有钢结构梁、柱安装施工质量欠佳，工艺冗杂的问题，进而提出一种基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法(数字孪生思路见附图1)，由此技术可以实现现实物理世界同虚拟数字空间的一一映射。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：在钢结构施工之前利用Revit进行结构建模，得到结构模型；将结构模型导入Ansys进行力学性能分析，计算通过后，对复杂节点制作详细的施工动画，将施工过程对施工工人作详尽的技术交底，并让工人用VR眼镜整体了解结构构造。在施工过程中严格按照Revit建立的模型进行，并由三维扫描仪对每个施工步骤及时记录，形成点云数据逆建模同设计模型对比，并对结构实体作调整，保证施工同设计的一致性。拼装完成后的每个连接节点均布置光线传感器，通过传感器的数据图像及时排查施工质量问题，做出整改。这样从设计到施工，监测各阶段均实现虚拟现实的相互映射达到数字孪生，提高了施工的质量和效率。
利用Revit进行结构建模，建模时创建好族，实现协同设计，提高设计效率，综合分析建筑物的性能，而且制作施工动画，提高技术交底的效率，进行深化设计能提高施工效率。
将结构模型导入Ansys进行力学性能分析，对结构进行有限元分析，可以保证结构受力的合理性，可以深入判断结构的应力应变是否符合现行规范要求，保证设计的准确性和结构的安全。
利用VR眼镜做技术交底，将分析后的模型同VR设备相连，让施工工人佩戴VR眼镜准确观看结构的构造和复杂节点的施工工艺，提高了工人对结构施工的理解，从而提高施工效率，实现了安装设计阶段的数字孪生。
利用三维扫描仪把控每个拼装步骤的施工质量，每施工一步就利用三维扫描监测构件的空间位置，垂直度等几何要素，生成点云数据由逆建模生成结构模型，再同设计结构模型对比，及时发现施工偏差等质量问题，从而进行调整，整改通过之后进行问题存档，之后发生类似情况可尽快准确的修正，确保每一步的现实结构同设计模型的一致性，提高了施工质量，实现了拼装施工过程的数字孪生。
利用光线传感器实时监测安装过程中结构的受力性能，通过接收器探测出这种损耗发生的位置、程度，从而确定出结构损伤的位置，实现远程实时监测。这样将传感器的数据可视化及时排查质量问题实现了监测数据的实时显示及预警，实现了拼装监测阶段的数字孪生。
基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法包括钢梁、钢柱、高强螺栓形成的框架，配有建模、分析等软件的计算机，三维扫描仪、光线传感器、VR眼镜等智能设备。
在施工之前利用Revit进行结构建模，将结构模型导入Ansys进行力学性能分析，计算通过后，对复杂节点制作详细的施工动画(见附图2)，将施工过程对施工工人作详尽的技术交底，并让工人用VR眼镜整体了解结构构造。在施工过程中严格按照Revit建模进行，并由三维扫描仪对每个施工步骤及时记录形成点云数据逆建模同设计模型对比并对结构实体作调整保证施工同设计的一致性(拼装流程见附图3)。拼装完成后的每个连接节点均布置光线传感器，通过传感器的数据图像及时排查施工质量问题，做出整改(问题排查流程见附图4)。这样从设计到施工，监测各阶段均实现虚拟现实的相互映射达到数字孪生，提高了施工的质量和效率。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
本发明利用Revit建模，可以实现协同设计提高了设计效率，而且可以制作施工动画，提高了技术交底的效率。
本发明利用VR眼镜可以是施工工人身临其境的把握施工工艺，提高了工人对结构施工的理解，从而提高施工效率，实现了拼装设计阶段的数字孪生。
本发明利用三维扫描仪把控每个拼装步骤的施工质量，确保每一步的现实结构同设计模型的一致性，提高了施工质量，实现了拼装施工过程的数字孪生。
本发明利用光纤传感器，这种传感器利用光作为信息的载体，用光纤作为传递信息的介质，当待测区域受到外因的扰动，则光信号传播到此处就会产生较大的损失，通过接收器就可以探测出这种损耗发生的位置、程度，从而确定出结构损伤的位置，实现远程实时监测。
本发明将传感器的数据导入智能显示平台，这样可以将传感器的数据可视化，及时排查质量问题，实现监测数据的实时显示及预警，实现拼装监测阶段的数字孪生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1孪生安装思路图。
图2复杂节点施工动画截图。
图3拼装流程图。
图4问题整改流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施方式所述基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法包括钢梁、钢柱、高强螺栓形成的框架，配有建模、分析等软件的计算机，三维扫描仪、光线传感器、VR眼镜等智能设备。
步骤一：利用Revit进行结构建模；
步骤二：将结构模型导入Ansys进行力学性能分析；
步骤三：计算通过后，对复杂节点制作详细的施工动画，将施工过程对施工工人作详尽的技术交底；
步骤四：施工工人用VR眼镜观看结构模型，深刻把握结构构造；
步骤五：在施工过程中严格按照Revit建模进行，并由三维扫描仪对每个施工步骤及时记录，形成点云数据逆建模，同设计模型对比并对结构实体作调整保证施工同设计的一致性，及时发现问题进行调整；
步骤六：安装完成后的每个连接节点均布置光纤传感器，通过传感器数据和规范要求参数对比及时排查施工质量问题，做出整改。
本实施方式中智能拼装方法的工作原理：
步骤一中，利用Revit建模，可以实现协同设计，有效避免管线碰撞提高了设计效率，可以综合分析建筑物的性能，而且可以制作施工动画，提高了技术交底的效率。
步骤二中，将结构模型导入Ansys进行力学性能分析，这样分析可以深入判断结构的应力应变是否符合现行规范要求，保证设计的准确性和结构的安全。
步骤三、四中，利用VR眼镜可以是施工工人身临其境的把握施工工艺，提高了工人对结构施工的理解，从而提高施工效率，实现了安装设计阶段的数字孪生。
步骤五中，利用三维扫描仪把控每个拼装步骤的施工质量，确保每一步的现实结构同设计模型的一致性，提高了施工质量，实现了安装施工过程的数字孪生。步骤六中，利用光线传感器，这种传感器利用光作为信息的载体，用光纤作为传递信息的介质，当待测区域受到外因的扰动，则光信号传播到此处就会产生较大的损失，通过接收器就可以探测出这种损耗发生的位置、程度，从而确定出结构损伤的位置，实现远程实时监测。这样可以将传感器的数据可视化及时排查质量问题实现了监测数据的实时显示及预警，实现了拼装监测阶段的数字孪生。
综上所述，本发明指出的基于数字孪生技术的钢结构拼装方法，特别采用了钢梁、钢柱、高强螺栓形成的框架，配有建模、分析等软件的计算机，三维扫描仪、光线传感器、VR眼镜等智能设备，各种技术优势互补解决了传统钢结构拼装的不足，切实做到了对钢结构梁、柱的优化安装。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：在钢结构施工之前利用Revit进行钢结构建模，得到钢结构模型；将钢结构模型导入Ansys进行力学性能分析，计算通过后，对钢结构节点制作施工动画，将施工过程通过VR眼镜对钢结构过程进行技术交底；在施工过程中严格按照Revit建立的模型进行，并由三维扫描仪对每个钢结构安装施工步骤及时记录，形成点云数据逆建模同设计模型对比，并对钢结构实体安装进行调整，保证施工同设计的一致性；钢结构实体拼装完成后的每个连接节点均布置光线传感器，通过传感器的数据图像及时排查施工质量问题，做出整改；从设计到施工，监测各阶段均实现虚拟现实的相互映射达到数字孪生，提高钢结构安装施工的质量和效率。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：利用Revit进行结构建模，建模时创建好族，实现协同设计。
3.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：将钢结构模型导入Ansys进行力学性能分析，对结构进行有限元分析，保证结构受力的合理性，深入判断结构的应力应变是否符合现行规范要求，保证设计的准确性和结构的安全。
4.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：利用VR眼镜进行技术交底，将分析后的模型同VR设备相连，通过VR眼镜观看钢结构的构造和复杂节点的施工工艺，实现安装设计阶段的数字孪生。
5.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：利用三维扫描仪把控每个拼装步骤的施工质量，每施工一步就利用三维扫描监测构件的空间位置，垂直度几何要素，生成点云数据由逆建模生成结构模型，再同设计钢结构模型对比，及时发现施工偏质量问题，从而进行调整，整改通过之后进行问题存档，之后发生类似情况可尽快准确的并修正，实现拼装施工过程的数字孪生。
6.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法，其特征在于：利用光线传感器实时监测安装过程中结构的受力性能，通过接收器探测出这种损耗发生的位置、程度，从而确定出结构损伤的位置，实现远程实时监测；将传感器的数据可视化及时排查质量问题实现监测数据的实时显示及预警，实现拼装监测阶段的数字孪生。
CN202010588971.8A 2020-06-24 2020-06-24 基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法 Active CN111677294B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010588971.8A CN111677294B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010588971.8A CN111677294B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111677294A CN111677294A (zh) 2020-09-18
CN111677294B true CN111677294B (zh) 2022-04-22

Family

ID=72456564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010588971.8A Active CN111677294B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111677294B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112305989B (zh) * 2020-11-04 2023-09-29 山东淄博环宇桥梁模板有限公司 节段预制拼装梁模板自动调整控制系统及控制方法
CN112287447B (zh) * 2020-11-06 2021-12-14 大唐环境产业集团股份有限公司 钢结构框架结构智能优化系统及方法
CN112699436A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 北京城建集团有限责任公司 基于三维激光扫描建模的建筑结构逆向工程分析方法
CN114002332B (zh) * 2021-09-29 2023-07-25 西安交通大学 一种结构损伤监测预警方法及结构完整性数字孪生系统
CN115977251A (zh) * 2021-10-14 2023-04-18 广东省第一建筑工程有限公司 一种大跨度钢结构施工方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110608683A (zh) * 2019-08-06 2019-12-24 同济大学 一种激光扫描仪与bim结合的大尺寸建筑构件质量评估方法
CN110990934A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 北京工业大学 基于数字孪生的装配式雨篷梁方法
CN111143922A (zh) * 2019-12-16 2020-05-12 中国建筑第八工程局有限公司 基于多平台结构地层数字孪生建模方法及系统
CN111161410A (zh) * 2019-12-30 2020-05-15 中国矿业大学(北京) 一种矿井数字孪生模型及其构建方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110608683A (zh) * 2019-08-06 2019-12-24 同济大学 一种激光扫描仪与bim结合的大尺寸建筑构件质量评估方法
CN111143922A (zh) * 2019-12-16 2020-05-12 中国建筑第八工程局有限公司 基于多平台结构地层数字孪生建模方法及系统
CN110990934A (zh) * 2019-12-23 2020-04-10 北京工业大学 基于数字孪生的装配式雨篷梁方法
CN111161410A (zh) * 2019-12-30 2020-05-15 中国矿业大学(北京) 一种矿井数字孪生模型及其构建方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111677294A (zh) 2020-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111677294B (zh) 基于数字孪生技术的钢结构智能安装方法
CN106354950B (zh) 一种钢结构预拼装方法及系统
CN110008591B (zh) 一种基于bim的连续刚构桥施工管理控制方法
CN106940751B (zh) 一种基于船舶的远程信息自动采集传输系统
CN107292947A (zh) 基于三维扫描及逆向建模的建筑钢结构数字化预拼装方法
CN107742045B (zh) 一种风力发电机组吊装吊具的强度有限元计算方法
CN103015537A (zh) 一种装配式钢结构体系的梁柱节点连接装置
Dong et al. Real‐time prediction method of fatigue life of bridge crane structure based on digital twin
CN111625971B (zh) 一种装配式混凝土桥梁预制构件拼装方法
CN115587784A (zh) 一种应用于钢结构数字化加工制造的bim方法
CN110909399A (zh) 一种钢结构虚拟预拼装方法
Zhou et al. Accurate virtual trial assembly method of prefabricated steel components using terrestrial laser scanning
CN104652617A (zh) 一种多高层装配式钢结构体系的梁柱节点连接装置
CN115977401A (zh) 一种钢结构高空安装方法
CN111506951A (zh) 一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法
CN113513173A (zh) 一种大型异型钢结构累积连续预拼装施工方法
KR102527539B1 (ko) 강구조 프리팹 디지털 가조립 시스템 및 방법
CN110348145B (zh) 一种基于bim技术建设隧道的施工方法
CN104652828A (zh) 重型钢结构铸钢节点高空散装施工方法
JP2019169016A (ja) 施工工程最適化システム
CN115075116A (zh) 无背索斜拉桥空间角度钢塔线型控制方法
Ji et al. Factors influencing sleeve grouting quality for prefabricated building: an interpretive structural modeling approach
CN205444990U (zh) 大跨度全预制站台雨棚架
CN114737768A (zh) 一种基于bim技术的钢结构安装施工工艺
CN114139256A (zh) 一种基于bim技术以实现支吊架快速安装的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant