CN112016147B - 一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法，使得虚拟预拼装在Revit平台中实现，并对预拼装进行精度检测。实测前，对拟实测构件选取螺栓孔中心点为拼装点并编号，对实体钢桁梁进行三维坐标测量、温度测量，然后进行数据处理、三维建模和精度检测，最后输出精度检测报告。本发明的有益效果是减少了人为操作失误，提高了施工精确性；能为预拼装提供精度检测、可装配性检测，并能给出相应修改建议；在使用过程中，对场地要求低，不产生施工废料、无噪音，有利于保护环境并减少对社会资源的占用；操作简单、快速、准确，施工人员的数量少，不需大型设备，降低了人工成本和材料设备成本。

Description

一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，具体涉及一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法。

背景技术

近些年来，我国在桥梁基础设施建设领域取得了巨大的成就。钢结构的应用为大跨度桥梁建设提供了保证，同时桥梁结构设计愈加追求新颖与构造复杂化，施工技术难度越来越大，大跨度桥梁对钢构件的加工和拼装技术的精度提出了更高的要求。

钢构件一般都是在工厂制作完成，再运输到建造现场安装组成的。为确保构件运到现场后能准确安装就位，一般需要在工厂进行实体预拼装以检验结构的可拼装性。实体预拼装不仅需要占用工厂的场地、设备，还要设置胎架，耗费大量的人力、物力，其成本很高(通常占到钢构件制造总成本的10～25％)。近年来随着计算机技术的迅速发展，为传统的实体预拼装技术带来了工艺革新的契机。人们可以借助于计算机及其相关技术在计算机环境中对实体预拼装过程进行模拟，从而辅助甚至省掉实体预拼装过程，节约成本，这个过程就叫做虚拟预拼装。

我国住建部主持编制的《建筑业10项新技术(2017版)》中对虚拟预拼装技术描述为：采用三维设计软件，将钢结构分段构件拼装点1的实测三维坐标，在计算机中模拟拼装形成分段构件的轮廓模型，与深化设计的理论模型拟合比对，检查分析加工拼装精度，得到所需修改的调整信息。经过必要校正、修改与模拟拼装，直至满足精度要求。

近年来建筑业界兴起的BIM技术也为钢结构的虚拟预拼装注入了新的内涵，BIM技术已经初步应用于建筑工程行业并彰显了其巨大的价值，而对于BIM技术与虚拟预拼装技术的结合应用仍面临一定的局限性。尽管市场上有众多的BIM平台，但尚无集成预拼装与精度检测的平台，现有BIM预拼装技术得到的测点坐标不够精确、坐标变换未考虑温度误差，且尚无在Revit平台进行二次开发进行钢桁梁虚拟预拼装和精度检测的先例。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法，使得虚拟预拼装在Revit平台中实现，并对预拼装进行精度检测。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案如下：一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法，具体步骤如下：

S1、实测前，对拟实测构件选取螺栓孔中心点为拼装点1并编号，根据拼装点1的大小和数目制作相应的孔测量工装，测点具体的选择方式如下：

S11、为减少点测量及预拼装工作量，测点选择在可以满足拼装精度要求的条件下，拼装点1不宜过多、过密。为确保拟合精度，孔群螺栓数多时增加实测点个数。

S12、实测点的选择还要考虑测站布设的影响，若测量过程中由于测量杆件形态、设备架设位置因素干扰，无法采集到某个定位点，可就近选取其他孔位，选择同行或同列的邻近螺栓孔。

S13、对于多个杆件的拼装面，优先选择其共面节点。

S14、实测钢桁梁各拼装构件2及拼装点1编号应与三维理论模型编号一致。根据测点“从左到右、从上至下”原则，按照“第一孔、第二孔…”的方式进行编号。

S2、实体钢桁梁的测量，分为三维坐标测量、温度测量；

S21、三维坐标测量：现场测量采用自由设站方式，全站仪4架设整平后，对实体测点进行数据采集。若测点较多时，需要进行搬站，为减少搬站带来的误差，在测量初始时在构件四周需布设4～5个固定标靶，其坐标在第1测站内测量，其后的每次搬站测量均使用至少3个公共标靶5进行转站，且搬站精度在1mm内才能进行下一测站的测量。

S22、温度测量：温度计放置在测量现场，记录测量前后环境温度变化值。激光点温计测量测点构件在测量三维坐标前后的温度值。

S3、进行数据处理：将全站仪4与计算机连接，导出测得的拼装点1坐标数据，若测量时段内的温差在5℃之内，直接导出至Excel，超过5℃后，对测量坐标进行温度补偿修正ΔL＝ΔT·C·L，其中ΔL为伸长量、C为温度、L为构件长度，温度修正以杆件中心为基准向杆件两端线性增长，最后将修正后的坐标按规定的格式存入Excel文件中备用。

S4、进行三维建模：利用软件，建立三维实测模型以及三维理论模型。其中，三维实测模型根据修正后的测量数据建立局部坐标模型，三维理论模型尺寸应与施工图一致。建模过程中在Revit平台中分别建立各拼装节段相应的构件族，构件族可分为拼接板3、上弦杆6、下弦杆13、斜腹杆7、竖腹杆8、上横梁9、下横梁10、上平联11、下平联12，再到项目文件中进行组装。采用多次拼装方式进行虚拟预拼装，虚拟预拼装工序与钢结构实体拼装工序保持一致。

S5、进行精度检测，通过Dynamo可视化编程节点包与自定义Python Script节点包组成的程序对输入的实测和理论坐标进行对比分析，得到钢桁梁虚拟预拼装的精度，具体检测方式如下：

S51、输入数据：包含拼装杆件的理论坐标、实测坐标、指定拼装杆件号、指定拼装点1的编号及设定拼装容许误差，拼装杆件的理论坐标通过在Revit图形界面选择拼装杆件的理论模型实现，实测坐标通过读取Excel文件获取，实测坐标数据按S3规定的格式要求存入Excel文件中。杆件号、孔编号由用户指定，需保证实体模型构件及测点编号与理论模型一致，容许误差、容许精度根据相关规定、设计要求确定。

S52、选择检测内容：程序通过“Boolean”节点使用户选择是进行精度检测还是进行可装配性检测。如果设置为“是”，则进行精度检测，含EOPA算法、平面检测、长度检测，此时需输入进行精度检测的杆件编号，运算一次智能对一个杆件做精度检测；如果为“否”，则用GPA算法进行可装配性检测，此时需要输入待拼装杆件的编号、拼装孔的编号以及允许的拼装精度。

S53、输入数据处理：程序对输入坐标进行对比分析，通过EOPA算法，寻找各螺栓孔处实测坐标与理论坐标的误差，从而判断钢结构螺栓孔加工精度；通过理论上位于同一平面上多个螺栓孔的实测坐标拟合最小二乘平面，求各螺栓孔实测坐标至该拟合平面的距离，来检测钢结构加工平面精度；通过计算钢构件上两螺栓孔的实测坐标点之间的距离，与对应的两点理论距离比对，得到钢结构几何尺寸精度。

S54、输出精度检测报告：输出内容有EOPA最优拼装矩阵、同一螺栓孔实测坐标与理论坐标值的偏差、平面检测结果和各螺栓孔中心距离，通过对比输入的容许精度误差，判断预拼装精度是否满足要求并输出精度报告。

本发明的有益效果是，相对于已有的虚拟预拼装技术和精度检测方法，本发明只需全站仪、温度计、点温计简单易用的仪器，其余工作只需在软件上进行，减少了人为操作失误，提高了施工精确性；考虑了预拼装的精度检测，能为预拼装提供精度检测、可装配性检测，并能给出相应修改建议；在使用过程中，对场地要求低，不产生施工废料、无噪音，有利于保护环境并减少对社会资源的占用；操作简单、快速、准确，施工人员的数量少，无大型设备要求，降低了人工成本和材料设备成本。

附图说明

图1是本发明的技术路线图。

图2是本发明的测点选择示意图。

图3是本发明的虚拟预拼装示意图。

图4是本发明的二次设站示意图。

图5是本发明的钢桁梁整体拼装完成后示意图。

1.拼装点，2.拼装构件，3.拼接板，4.全站仪，5.公共标靶，6.上弦杆，7.斜腹杆，8.竖腹杆，9.上横梁，10.下横梁，11.上平联，12.下平联，13.下弦杆

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明的实施例的结构和施工步骤做进一步详细说明。如图1所示，具体结构描述和施工步骤如下：

S1、如图2所示，实测前，对拟实测构件选取螺栓孔中心点为拼装点1并编号，根据拼装点1的大小和数目制作相应的孔测量工装，测点具体的选择方式如下：

S11、为减少点测量及预拼装工作量，测点选择在可以满足拼装精度要求的条件下，拼装点1不宜过多、过密。为确保拟合精度，孔群螺栓数多时增加实测点个数。

S12、实测点的选择还应考虑测站布设的影响，若测量过程中由于测量杆件形态、设备架设位置因素干扰，无法采集到某个定位点，可就近选取其他孔位，选择同行或同列的邻近螺栓孔。

S13、对于多个杆件的拼装面，优先选择其共面节点。

S14、实测钢桁梁各拼装构件2及拼装点1编号应与三维理论模型编号一致。根据测点从“从左到右、从上至下”原则，按照“第一孔、第二孔…”的方式进行编号。

S2、实体钢桁梁的测量，分为三维坐标测量、温度测量；

S21、三维坐标测量方法：现场测量采用自由设站方式，全站仪4架设整平后，对实体测点进行数据采集。若测点较多时，需要进行搬站，为减少搬站带来的误差，在测量初始时在构件四周需布设4～5个固定标靶，其坐标在第1测站内测量，其后的每次搬站测量均使用至少3个公共标靶5进行转站，且搬站精度在1mm内才能进行下一测站的测量，如图4所示。

S22、温度测量方法：温度计放置在测量现场，记录测量前后环境温度变化值。激光点温计测量测点构件在测量三维坐标前后的温度值。

S3、数据处理方法：将全站仪4与计算机连接，导出测得的拼装点1坐标数据，若测量时段内的温差在5℃之内，直接导出至Excel，超过5℃后，对测量坐标进行温度补偿修正ΔL＝ΔT·C·L，其中ΔL为伸长量、C为温度、L为构件长度，温度修正以杆件中心为基准向杆件两端线性增长，最后将修正后的坐标按下表规定的格式存入Excel文件中备用。

S4、三维建模方法，利用BIM Revit2020软件，建立三维实测模型以及三维理论模型。其中，三维实测模型根据修正后的测量数据建立局部坐标模型，三维理论模型尺寸应与施工图一致。建模过程中在Revit平台中分别建立各拼装节段相应的构件族，构件族可分为拼接板3、上弦杆6、下弦杆13、斜腹杆7、竖腹杆8、上横梁9、下横梁10、上平联11、下平联12，再到项目文件中进行组装。采用多次拼装方式进行虚拟预拼装，虚拟预拼装工序与钢结构实体拼装工序保持一致，如图3所示。

S5、精度检测方法，通过Dynamo可视化编程节点包与自定义Python Script节点包组成的程序对输入的实测和理论坐标进行对比分析，得到钢桁梁虚拟预拼装的精度，具体检测方式如下：

S51、输入数据：包含拼装杆件的理论坐标、实测坐标、指定拼装杆件号、指定拼装点1的编号及设定拼装容许误差，拼装杆件的理论坐标通过在Revit图形界面选择拼装杆件的理论模型实现，实测坐标通过读取Excel文件获取，实测坐标数据按S3规定的格式要求存入Excel文件中。杆件号、孔编号由用户指定，需保证实体模型构件及测点编号与理论模型一致，容许误差、容许精度根据相关规定、设计要求确定。

S52、选择检测内容：程序通过“Boolean”节点使用户选择是进行精度检测还是进行可装配性检测。如果设置为“是”，则进行精度检测，含EOPA算法、平面检测、长度检测，此时需输入进行精度检测的杆件编号，运算一次智能对一个杆件做精度检测；如果为“否”，则用GPA算法进行可装配性检测，此时需要输入待拼装杆件的编号、拼装孔的编号以及允许的拼装精度。

S53、输入数据处理：程序对输入坐标进行对比分析，通过EOPA算法，寻找各螺栓孔处实测坐标与理论坐标的误差，从而判断钢结构螺栓孔加工精度；通过理论上位于同一平面上多个螺栓孔的实测坐标拟合最小二乘平面，求各螺栓孔实测坐标至该拟合平面的距离，来检测钢结构加工平面精度；通过计算钢构件上两螺栓孔的实测坐标点之间的距离，与对应的两点理论距离比对，得到钢结构几何尺寸精度。

S54、输出精度检测报告：输出内容有EOPA最优拼装矩阵、同一螺栓孔实测坐标与理论坐标值的偏差、平面检测结果和各螺栓孔中心距离，通过对比输入的容许精度误差，判断预拼装精度是否满足要求并输出精度报告。

如图5所示，即为整体拼装完成后的钢桁梁。

Claims (1)

1.一种基于Revit平台的钢桁梁预拼装精度检测方法，其特征在于：具体步骤如下：

S1、实测前，对拟实测构件选取螺栓孔中心点为拼装点(1)并编号，根据拼装点(1)小和数目制作相应的孔测量工装，测点具体的选择方式如下：

S11、为减少点测量及预拼装工作量，测点选择在可以满足拼装精度要求的条件下，拼装点(1)不宜过多、过密；为确保拟合精度，孔群螺栓数多时增加实测点个数；

S12、实测点的选择还要考虑测站布设的影响，若测量过程中由于测量杆件形态、设备架设位置因素干扰，无法采集到某个定位点，可就近选取其他孔位，选择同行或同列的邻近螺栓孔；

S13、对于多个杆件的拼装面，优先选择其共面节点；

S14、实测钢桁梁各拼装构件(2)及拼装点(1)编号应与三维理论模型编号一致；根据测点“从左到右、从上至下”原则，按照“第一孔、第二孔…”的方式进行编号；

S2、实体钢桁梁的测量，分为三维坐标测量、温度测量；

S21、三维坐标测量：现场测量采用自由设站方式，全站仪(4)整平后，对实体测点进行数据采集；若测点较多时，需要进行搬站，为减少搬站带来的误差，在测量初始时在构件四周需布设4～5个固定标靶，其坐标在第1测站内测量，其后的每次搬站测量均使用至少3个公共标靶(5)转站，且搬站精度在1mm内才能进行下一测站的测量；

S22、温度测量：温度计放置在测量现场，记录测量前后环境温度变化值；激光点温计测量测点构件在测量三维坐标前后的温度值；

S3、进行数据处理：将全站仪(4)算机连接，导出测得的拼装点(1)数据，若测量时段内的温差在5℃之内，直接导出至Excel，超过5℃后，对测量坐标进行温度补偿修正ΔL＝ΔT·C·L，其中ΔL为伸长量、C为温度、L为构件长度，温度修正以杆件中心为基准向杆件两端线性增长，最后将修正后的坐标按规定的格式存入Excel文件中备用；

S4、进行三维建模：利用软件，建立三维实测模型以及三维理论模型；其中，三维实测模型根据修正后的测量数据建立局部坐标模型，三维理论模型尺寸应与施工图一致；建模过程中在Revit平台中分别建立各拼装节段相应的构件族，构件族可分为拼接板(3)、上弦杆(6)、下弦杆(13)、斜腹杆(7)、竖腹杆(8)、上横梁(9)、下横梁(10)、上平联(11)、下平联(12)，再到项目文件中进行组装；采用多次拼装方式进行虚拟预拼装，虚拟预拼装工序与钢结构实体拼装工序保持一致；

S5、进行精度检测，通过Dynamo可视化编程节点包与自定义Python Script节点包组成的程序对输入的实测和理论坐标进行对比分析，得到钢桁梁虚拟预拼装的精度，具体检测方式如下：

S51、输入数据：包含拼装杆件的理论坐标、实测坐标、指定拼装杆件号、指定拼装点(1)的编号及设定拼装容许误差，拼装杆件的理论坐标通过在Revit图形界面选择拼装杆件的理论模型实现，实测坐标通过读取Excel文件获取，实测坐标数据按S3规定的格式要求存入Excel文件中；杆件号、孔编号由用户指定，需保证实体模型构件及测点编号与理论模型一致，容许误差、容许精度根据相关规定、设计要求确定；

S52、选择检测内容：程序通过“Boolean”节点使用户选择是进行精度检测还是进行可装配性检测；如果设置为“是”，则进行精度检测，含EOPA算法、平面检测、长度检测，此时需输入进行精度检测的杆件编号，运算一次智能对一个杆件做精度检测；如果为“否”，则用GPA算法进行可装配性检测，此时需要输入待拼装杆件的编号、拼装孔的编号以及允许的拼装精度；

S53、输入数据处理：程序对输入坐标进行对比分析，通过EOPA算法，寻找各螺栓孔处实测坐标与理论坐标的误差，从而判断钢结构螺栓孔加工精度；通过理论上位于同一平面上多个螺栓孔的实测坐标拟合最小二乘平面，求各螺栓孔实测坐标至该拟合平面的距离，来检测钢结构加工平面精度；通过计算钢构件上两螺栓孔的实测坐标点之间的距离，与对应的两点理论距离比对，得到钢结构几何尺寸精度；

S54、输出精度检测报告：输出内容有EOPA最优拼装矩阵、同一螺栓孔实测坐标与理论坐标值的偏差、平面检测结果和各螺栓孔中心距离，通过对比输入的容许精度误差，判断预拼装精度是否满足要求并输出精度报告。

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