CN111709074A - 一种基于bim技术智能控制大空间异形曲面的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，涉及BIM应用技术领域，其技术方案要点包括以下步骤：S1、对施工完成的土建现场主体结构三维激光扫描,获取现场结构点云模型数据；S2、对获取的现场结构点云模型数据进行处理分析，根据点云模型数据利用BIM软件对现场结构逆向建模，根据现场土建点云模型优化空间异形曲面装饰BIM模型。本发明通过对土建工程进行三维扫描，不需要人工现场进行埋点测量，可高效、高精度地测量出已施工完成的土建工程，快速得到准确、直观的施工偏差分析结果，并利用放线机器人的放样及现场实时监测指导安装，实时调整，避免误差的累积，提高了装饰施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及BIM应用技术领域，更具体地说它一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法。
背景技术
随着建筑工程BIM技术及计算机仪器科技的不断发展和普及应用，建筑师对大空间异型结构设计的追求，大空间异型建筑结构越来普遍。如何高质量、高标准的完成这类难度高的施工任务是呈现整体建筑效果的关键成败。
装饰工程在主体结构施工时根据施工图放置预埋件，而土建工程施工不可避免的会存在施工误差，传统的方法是利用全站仪测量出每一个埋件的位置，当埋件偏差过大时，修改连接件与主体结构的链接方式，当偏差使得装饰系统安装空间不足时需要局部或整体调整装饰设计方案。但由于埋件测量点数量太多，重新测量再建模或者依靠测量进行材料加工会耗费大量的人力物力，且由于现场操作误差累计，装饰施工的精度控制难度极大，工期相对较长，因此传统方法对于空间异形装饰曲面工程不适用。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明的目的在于提供一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其优点在于通过对土建工程进行三维扫描，不需要人工现场进行埋点测量，可高效、高精度地测量出已施工完成的土建工程，快速得到准确、直观的施工偏差分析结果，并利用放线机器人的放样及现场实时监测指导安装，实时调整，避免误差的累积，提高了装饰施工效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，包括以下步骤：
S1、对施工完成的土建现场主体结构三维激光扫描,获取现场结构点云模型数据；
S2、对获取的现场结构点云模型数据进行处理分析，根据点云模型数据利用BIM软件对现场结构逆向建模，根据现场土建点云模型优化空间异形曲面装饰BIM模型；
S3、将大空间异形曲面模型与现场结构模型合并检查；
S4、根据现场结构模型调整优化异形曲面BIM模型选取关键控制点；
S5、根据优化后异形曲面BIM模型提取板块及骨架加工图，并生成安装装饰的施工数据；
S6、将优化后的异形曲面BIM模型导入放线机器人平板电脑；
S7、利用放线机器人现场智能放线，完成异形曲面骨架及面板空间定位；
S8、现场骨架安装，骨架安装完成后再利用三维扫描仪对现场骨架的整体扫描，再经扫描获取的点云模型与原骨架模型对比分析，对超出安装偏差范围的估计进行二次骨架调整；
S9、现场采用棱镜法指导曲面面板定位安装，放线机器人现场实时智能检测，对偏差板块实时调整；
S10、对现场整体异形曲面三维激光扫描,获取现场整体异形曲面点云数据；
S11、将获取的异形曲面点云数据与异形曲面BIM模型进行对比，并给出出检测报告；
S12、根据异形曲面点云数据利用BIM软件逆向建模生成现场竣工模型；
S13、施工完成。
作为本发明进一步的方案：所述所述三维激光扫描实施过程包括以下步骤：
布置控制标靶：预先在已施工完成的土建工程上放置平面控制标靶，作为平面控制标靶加密控制网，需让仪器看到足够多的控制点，根据已施工完成土建工程的体量大小、外观形状以及施工场地条件布置若干三维扫描测量点，在每个测站范围内的建筑物上设置3个～4个标靶；
布置拼接球：三维扫描仪各测站测量的点云数据拼接，每个相连测站点间应布置不少于3个公共拼接球，且3个拼接球不能在一条直线上；
现场扫描获取点云数据：根据项目需求设定三维扫描仪的质量和分辨率，依次将三维扫描仪架设在选定的测量点上进行扫描，并形成测量闭环，每一测量点的扫描结果为带有空间坐标和物体真实颜色的点云模型和对应的全景照片，各个测量点测量所得的数据构成三维扫描数据。
作为本发明再进一步的方案：对所述获取的现场结构点云模型数据处理分析包括以下步骤：
拼接模型：将各测站点云模型导入Trimble RealWorks中采用绝对坐标系下的点云通过拼接球拼接方法，将各测站三维扫描所得点云模型拼接成一个整体；
降噪裁剪：将拼接完成的点云模型进行降噪，根据工程所需参考对象，对降噪后的点云模型进行筛选裁剪，可以具体根据点云模型的真彩色和全景照片将不属于已施工完成的土建工程的噪点删除；
点云提取等过程：主要提取楼板面、结构梁及装饰骨架在土建工程中的预埋件点云模型，进行抽细处理，转化为犀牛读取格式数据导出。
作为本发明再进一步的方案：所述异形曲面骨架及面板空间定位通过采用激光打点法和棱镜法结合完成放样。
作为本发明再进一步的方案：所述优化空间异形曲面装饰BIM模型的过程包括埋件校对、装饰骨架优化调整、装饰完成面表皮优化调整。
作为本发明再进一步的方案：所述提取板块及骨架加工图的过程为在Rhino环境下运行Grasshospper下单装饰骨架和下单异形曲面装饰面板，自动编号出图。
作为本发明再进一步的方案：所述施工数据至少包括：空间异形曲面装饰系统完成面，装饰龙骨及连接件的控制点空间坐标，每条装饰龙骨的控制点包含两端点的空间坐标，每块异形曲面板板块的控制点包含该板块的四个角。
作为本发明再进一步的方案：所述放线机器人现场放线前需选定位置，位置选定应满足观察3个以上标靶点。
作为本发明再进一步的方案：将所述施工数据导入到放线机器人时导入过程坐标应统一。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、直接通过对土建工程进行三维扫描，获取三维扫描数据，不需要人工现场进行埋点测量，可高效、高精度地测量出已施工完成的土建工程，快速得到准确、直观的施工偏差分析结果；
2、利用放线机器人的棱镜追踪直接放样空间点、准确快速，且利用放线机器人的放样及现场实时监测指导安装，实时调整，避免误差的累积；为空间异形曲面装饰系统的施工提供可靠依据，保证了空间异形曲面装饰系统施工地顺利进行，节省了工期和成本，提高了装饰施工效率；
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的使用方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，包括以下步骤：
S1、对施工完成的土建现场主体结构三维激光扫描,获取现场结构点云模型数据；
S2、对获取的现场结构点云模型数据进行处理分析，根据点云模型数据利用BIM软件对现场结构逆向建模，根据现场土建点云模型优化空间异形曲面装饰BIM模型；
S3、将大空间异形曲面模型与现场结构模型合并检查；
S4、根据现场结构模型调整优化异形曲面BIM模型选取关键控制点；
S5、根据优化后异形曲面BIM模型提取板块及骨架加工图，并生成安装装饰的施工数据；
S6、将优化后的异形曲面BIM模型导入放线机器人平板电脑；
S7、利用放线机器人现场智能放线，完成异形曲面骨架及面板空间定位；
S8、现场骨架安装，骨架安装完成后再利用三维扫描仪对现场骨架的整体扫描，再经扫描获取的点云模型与原骨架模型对比分析，对超出安装偏差范围的估计进行二次骨架调整；
S9、现场采用棱镜法指导曲面面板定位安装，放线机器人现场实时智能检测，对偏差板块实时调整，在确定放线机器人仪器位置后，采用棱镜法指导曲面面板板块定位安装，在棱镜的追踪模式下直接点击平板电脑中的曲面板块放样点控制点，通过对追踪棱镜，在平板电脑中实时显示追踪棱镜位置偏差，指导棱镜在空间的移动位置，直观性强、效率高；当在平板电脑中显示偏差为零时，确定放样控制点的定位，完成此点空间放样，通过每块曲面板块四个角点的空间定位初步固定安装曲面板块；每块曲面板块安装完成后再利用放线机器人激光打点的模式快速打点板块四个角点控制点，在移动设备平板电脑中直观显示安装偏差情况，根据平板电脑中直观显示安装偏差做板块的微调最终完成板块的固定安装；
S10、对现场整体异形曲面三维激光扫描,获取现场整体异形曲面点云数据；
S11、将获取的异形曲面点云数据与异形曲面BIM模型进行对比，并给出出检测报告；
S12、根据异形曲面点云数据利用BIM软件逆向建模生成现场竣工模型；
S13、施工完成。
进一步的，三维激光扫描实施过程包括以下步骤：
布置控制标靶：预先在已施工完成的土建工程上放置平面控制标靶，作为平面控制标靶加密控制网，需让仪器看到足够多的控制点，根据已施工完成土建工程的体量大小、外观形状以及施工场地条件布置若干三维扫描测量点，在每个测站范围内的建筑物(一般设计在两、柱)上设置3个～4个标靶，标靶的作用有两方面：标靶起到在控制网中的空间坐标，为后期放线机器人现场确定坐标系，另外则是辅助三维空间点云数据拼接成整体模型，在现场扫描时有效拼接球不足情况起到补充作用。
布置拼接球：三维扫描仪各测站测量的点云数据拼接，每个相连测站点间应布置不少于3个公共拼接球，且3个拼接球不能在一条直线上；
现场扫描获取点云数据：根据项目需求设定三维扫描仪的质量和分辨率，依次将三维扫描仪架设在选定的测量点上进行扫描，并形成测量闭环，每一测量点的扫描结果为带有空间坐标和物体真实颜色的点云模型和对应的全景照片，各个测量点测量所得的数据构成三维扫描数据。
再进一步的，对获取的现场结构点云模型数据处理分析包括以下步骤：
拼接模型：将各测站点云模型导入Trimble RealWorks中采用绝对坐标系下的点云通过拼接球拼接方法，将各测站三维扫描所得点云模型拼接成一个整体；
降噪裁剪：将拼接完成的点云模型进行降噪，根据工程所需参考对象，对降噪后的点云模型进行筛选裁剪，可以具体根据点云模型的真彩色和全景照片将不属于已施工完成的土建工程的噪点删除；
点云提取等过程，主要提取楼板面、结构梁及装饰骨架在土建工程中的预埋件点云模型，进行抽细处理，转化为犀牛读取格式数据导出。
再进一步的，异形曲面骨架及面板空间定位通过采用激光打点法和棱镜法结合完成放样，激光打点主要是用埋件与连接件的连接部位，在确定放线机器人仪器位置后，直接在放线机器人移动设备PAD中点击照准放样点，放线机器人智能激光投射到预埋件上，进行标志定位，完成连接件的定位；棱镜法用在空间骨架的定位，棱镜的追踪模式下直接在移动设备PAD中点击骨架放样点追踪棱镜，在PAD中实时显示追踪棱镜位置偏差，指导棱镜在空间的移动位置，直观性强、效率高；当在PAD中显示偏差为零时，确定定位点，完成此点空间放样。
再进一步的，优化空间异形曲面装饰BIM模型的过程包括埋件校对、装饰骨架优化调整、装饰完成面表皮优化调整，装饰工程在主体结构施工时根据施工图放置预埋件，而土建工程施工不可避免的会存在施工误差，因此在Rhino环境下Grasshospper(犀牛参数化插件)对现场扫描获取的预埋件点云与装饰BIM模型中每个预埋件快速对比分析，根据设计设定一定的限制，直接得出哪些预埋件需要补充调整、哪些需要修改连接件与主体结构的链接方式、哪些需要调整骨架位置、哪些是在允许范围之内，快速直观判断进行调整，而传统的方法是利用全站仪测量出每一个埋件的位置，耗用大量的人力物力、工期。
需注意的是，点云模型导入原装饰、土建BIM模型中应统一坐标系：统一坐标系具体做法：通过对准扫获取的描模型中三个标靶点在原结构、装饰BIM模型坐标值一致。标靶点在原结构装饰坐标值可以通过两种方式获取，一则利用全站仪测出标靶在控制网中的空间坐标确定统一坐标系，一则也可以直接将标靶粘贴到引入的已知坐标控制点。
根据导入的现场点云模型与原土建、装饰对比分析，根据偏差分析结果，对空间异形曲面装饰系统的设计方案进行修改。在不影响装饰整体外观效果的情况下允许对装饰方案局部修改，否则对装饰方案进行整体修改，并将修改反映到空间异形曲面装饰系统的BIM模型上。并生成相应的修改后的装饰BIM模型，包含空间异形曲面装饰系统完成面，装饰龙骨。
再进一步的，提取板块及骨架加工图的过程为在Rhino环境下运行Grasshospper下单装饰骨架和下单异形曲面装饰面板，自动编号出图。
再进一步的，施工数据至少包括：空间异形曲面装饰系统完成面，装饰龙骨及连接件的控制点空间坐标，每条装饰龙骨的控制点包含两端点的空间坐标，每块异形曲面板板块的控制点包含该板块的四个角。
再进一步的，放线机器人现场放线前需选定位置，位置选定应满足观察3个以上标靶点，同时尽可能有利的地面放样点；选定放线机器人位置后，架立仪器，信道和网络同号情况下，通过蓝牙连接平板与放线仪器；调平放线机器人；采集导入平板中的3个标靶点与现场对应标靶通过激光照准来确定放线机器人的位置(现场坐标系)。
再进一步的，将施工数据导入到放线机器人时导入过程坐标应统一。
本发明的工作原理是：首先对施工完成的土建现场主体结构三维激光扫描,获取现场结构点云模型数据，对获取的现场结构点云模型数据进行处理分析，根据点云模型数据利用BIM软件对现场结构逆向建模，根据现场土建点云模型优化空间异形曲面装饰BIM模型，并将大空间异形曲面模型与现场结构模型合并检查，根据现场结构模型调整优化异形曲面BIM模型选取关键控制点，再根据优化后异形曲面BIM模型提取板块及骨架加工图，并生成安装装饰的施工数据，然后将优化后的异形曲面BIM模型导入放线机器人平板电脑，利用放线机器人现场智能放线，完成异形曲面骨架及面板空间定位，现场骨架安装，骨架安装完成后再利用三维扫描仪对现场骨架的整体扫描，再经扫描获取的点云模型与原骨架模型对比分析，对超出安装偏差范围的估计进行二次骨架调整，现场采用棱镜法指导曲面面板定位安装，放线机器人现场实时智能检测，对偏差板块实时调整，紧接着对现场整体异形曲面三维激光扫描,获取现场整体异形曲面点云数据，将获取的异形曲面点云数据与异形曲面BIM模型进行对比，并给出出检测报告，根据异形曲面点云数据利用BIM软件逆向建模生成现场竣工模型，即可完成整个施工过程。
以上的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对施工完成的土建现场主体结构三维激光扫描,获取现场结构点云模型数据；
S2、对获取的现场结构点云模型数据进行处理分析，根据点云模型数据利用BIM软件对现场结构逆向建模，根据现场土建点云模型优化空间异形曲面装饰BIM模型；
S3、将大空间异形曲面模型与现场结构模型合并检查；
S4、根据现场结构模型调整优化异形曲面BIM模型选取关键控制点；
S5、根据优化后异形曲面BIM模型提取板块及骨架加工图，并生成安装装饰的施工数据；
S6、将优化后的异形曲面BIM模型导入放线机器人平板电脑；
S7、利用放线机器人现场智能放线，完成异形曲面骨架及面板空间定位；
S8、现场骨架安装，骨架安装完成后再利用三维扫描仪对现场骨架的整体扫描，再经扫描获取的点云模型与原骨架模型对比分析，对超出安装偏差范围的估计进行二次骨架调整；
S9、现场采用棱镜法指导曲面面板定位安装，放线机器人现场实时智能检测，对偏差板块实时调整；
S10、对现场整体异形曲面三维激光扫描,获取现场整体异形曲面点云数据；
S11、将获取的异形曲面点云数据与异形曲面BIM模型进行对比，并给出出检测报告；
S12、根据异形曲面点云数据利用BIM软件逆向建模生成现场竣工模型；
S13、施工完成。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，所述三维激光扫描实施过程包括以下步骤：
布置控制标靶：预先在已施工完成的土建工程上放置平面控制标靶，作为平面控制标靶加密控制网，需让仪器看到足够多的控制点，根据已施工完成土建工程的体量大小、外观形状以及施工场地条件布置若干三维扫描测量点，在每个测站范围内的建筑物上设置3个～4个标靶；
布置拼接球：三维扫描仪各测站测量的点云数据拼接，每个相连测站点间应布置不少于3个公共拼接球，且3个拼接球不能在一条直线上；
现场扫描获取点云数据：根据项目需求设定三维扫描仪的质量和分辨率，依次将三维扫描仪架设在选定的测量点上进行扫描，并形成测量闭环，每一测量点的扫描结果为带有空间坐标和物体真实颜色的点云模型和对应的全景照片，各个测量点测量所得的数据构成三维扫描数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，对所述获取的现场结构点云模型数据处理分析包括以下步骤：
拼接模型：将各测站点云模型导入Trimble RealWorks中采用绝对坐标系下的点云通过拼接球拼接方法，将各测站三维扫描所得点云模型拼接成一个整体；
降噪裁剪：将拼接完成的点云模型进行降噪，根据工程所需参考对象，对降噪后的点云模型进行筛选裁剪，可以具体根据点云模型的真彩色和全景照片将不属于已施工完成的土建工程的噪点删除；
点云提取等过程：主要提取楼板面、结构梁及装饰骨架在土建工程中的预埋件点云模型，进行抽细处理，转化为犀牛读取格式数据导出。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，所述异形曲面骨架及面板空间定位通过采用激光打点法和棱镜法结合完成放样。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，所述优化空间异形曲面装饰BIM模型的过程包括埋件校对、装饰骨架优化调整、装饰完成面表皮优化调整。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，所述提取板块及骨架加工图的过程为在Rhino环境下运行Grasshospper下单装饰骨架和下单异形曲面装饰面板，自动编号出图。
7.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，所述施工数据至少包括：空间异形曲面装饰系统完成面，装饰龙骨及连接件的控制点空间坐标，每条装饰龙骨的控制点包含两端点的空间坐标，每块异形曲面板板块的控制点包含该板块的四个角。
8.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，所述放线机器人现场放线前需选定位置，位置选定应满足观察3个以上标靶点。
9.根据权利要求7所述的一种基于BIM技术智能控制大空间异形曲面的施工方法，其特征在于，将所述施工数据导入到放线机器人时导入过程坐标应统一。
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