CN112376919A

CN112376919A - 一种装配式建筑数字化自动吊装方法

Info

Publication number: CN112376919A
Application number: CN202011203183.9A
Authority: CN
Inventors: 朱毅敏; 徐磊; 王泽宇; 何梓阳
Original assignee: Shanghai Construction No 1 Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Construction No 1 Group Co Ltd
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2021-02-19

Abstract

本申请公开了一种装配式建筑数字化自动吊装方法，运用BIM技术，实现数据模型与施工现场的信息对照，建立BIM云平台，实现对施工过程的远程管理；通过对构件进行分类堆放，并借助计算机算法优化施工过程中装配式构件的吊装顺序，实现吊装过程的快速化、高效化，节省吊装时间；通过对施工机具的改造，实现吊装过程的无人化、自动化；通过传感器系统，实现大型施工机械设备与装配式构件之间的精准对位，保障后续精确、可靠的吊装连接；通过集成5G基站，辅助BIM云平台，实现对施工现场机械设备以及构件材料的实时定位、监管与控制；实现机具设备与BIM云平台之间信息流的高效传输；实现信息及时同步，方便施工人员的管理。

Description

一种装配式建筑数字化自动吊装方法

技术领域

本申请涉及建筑施工技术领域，尤其是涉及一种装配式建筑数字化自动吊装方法。

背景技术

当今时代处于建筑行业向数字化建造、信息化建造探索的转型阶段，随着工业和科技的不断进步与发展，建筑行业开始引入工业化、信息化的方式辅助工程建设。在传统的施工方式中，大部分的工作由施工人员手动操作执行，需要耗费大量的人力物力，且需要大量的时间来完成。未来的施工自动化、无人化是整个建筑建造工业化的探索方向。

发明内容

为了提高建筑施工自动化，提高施工效率，本申请提供一种装配式建筑数字化自动吊装方法。

本申请提供的一种装配式建筑数字化自动吊装方法采用如下的技术方案：

1）BIM云平台将所需施工装配式构件的信息送对应的生产厂家进行生产，装配式构件的信息包括结构图纸、构件编号、传感器型号、传感器安装位置、RFID有源芯片型号、RFID有源芯片安装位置以及构件送达时间、位置；完成装配式构件生产后将构件参数和构件输送信息入录到RFID有源芯片，同时将信息送回BIM云平台，得到BIM云平台确认后，按位置信息安装传感器和RFID有源芯片；

2）BIM云平台将配套装配式构件的运输箱信息，发送给运输箱厂家进行运输箱制备，制备后运输箱内有识别对应构件RFID芯片的自动扫描设备、给塔吊定位导向的传感器以及箱体外的RFID有源芯片；

3）将步骤1）生产的装配式构件放入对应的步骤2）制备后运输箱内，运输箱识别构件RFID芯片后，将读取的构件编号和输送信息自动录入到箱体外RFID有源芯片，同时生产厂家将构件的装箱信息送回BIM云平台；

4）按输送信息将装有装配式构件的运输箱送到对应的施工现场堆放点，施工现场堆放点接收后更新信息送回BIM云平台；

5）BIM云平台实时接收建筑施工区的信息，根据施工区进度、塔吊、构件的坐标位置信息，调用算法，根据塔吊高度、吊臂与构件堆放场地的方位角，自动计算塔吊运行轨迹；通过算法优选出最优的吊装顺序；针对构件结构在吊装中设计的固定紧固点及构件重量，给出吊装抓力；最终得出吊装方案输出；

6）塔吊接收步骤5）BIM云平台给出的吊装方案，自动对构件进行寻踪，自动进行吊装，将构件吊入定位的施工区，完成吊装，施工区更新构件RFID芯片数据同时信息送回BIM云平台。

通过采用上述技术方案，通过一种合理有序、高效规划的方式，录入构件信息，可以实现对构件的后期追踪。借助计算机算法优化施工过程中装配式构件的吊装顺序，实现吊装过程的快速化、高效化，能够节省吊装时间，进一步节省成本。

优选的：所述步骤2）装配式构件运输箱内分类设有数个卡槽，卡槽与所装装配式构件契合；卡槽内设有导向传感器，导向传感器与吊钩上的位置传感器自动匹配。

通过采用上述技术方案，通过传感器系统，实现大型施工机械设备与装配式构件之间的精准对位，保障后续精确、可靠的吊装连接，也即保障了施工过程的安全。

优选的：所述步骤2）装配式构件运输箱各卡槽设有自动推出装置。

通过采用上述技术方案，通过对施工机具的改造，实现吊装过程的无人化、自动化，节省了人力财力。

优选的：所述步骤6）塔吊的吊钩为夹具式爪型结构，吊钩上装备有位置传感器、应力传感器和摄像装备。

通过采用上述技术方案，实现吊装时实时监测，保证高效情况下的安全性。

综上所述装配式建筑数字化自动吊装方法，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

（1）通过互联网技术和BIM云平台，能够以可视化的方式实现对装配式建筑施工过程（主要是塔吊吊装过程）的远程管理，提高了施工管理效率，并且在一定程度上保证了吊装过程的安全；

（2）通过一种合理有序、高效规划的方式，录入构件信息，可以实现对构件的后期追踪。借助计算机算法优化施工过程中装配式构件的吊装顺序，实现吊装过程的快速化、高效化，能够节省吊装时间，进一步节省成本；

（3）通过对施工机具的改造，实现吊装过程的无人化、自动化，缩短工期，很大程度上节省了人力财力，是一种从传统施工到智慧建造的探索；

（4）通过传感器系统，实现大型施工机械设备与装配式构件之间的精准对位，保障后续精确、可靠的吊装连接，也即保障了施工过程的安全；

（5）通过集成5G基站，辅助BIM云平台，实现机具设备与BIM云平台之间信息流的高效传输，一定程度上提高了自动化吊装过程的效率，确保了吊装过程的安全。

附图说明

图1为装配式建筑数字化自动吊装方法实施示意图。

附图标记：1、BIM云平台；2、构件生产厂家；3、装配式构件；4、运输箱；5、施工现场堆放点；6、施工区；7、塔吊。

具体实施方式

通过对现有施工装备的改造实现部分未来的施工自动化、无人化，降低成本，缩短工期，实现对建筑建造工业化的探索。研发BIM信息云平台，能够实现对施工现场信息的远程管理，提高管理效率。借助5G通信技术以及互联网技术，可以实现装配式构件、自动化施工机具以及云平台之间的物联通信。

通过研发新的施工装备，如装配式构件运输箱；以及改造现有的施工机具，如塔吊等，能够实现构件与施工机具的智能感知，具体表现为通过RFID技术读取构件信息并上传至云端匹配，通过多点定位传感器实现装配式构件与构件运输箱的匹配，实现塔吊吊钩与运输箱内构件的位置定位以及吊装过程中的对接。

借助BIM云平台可以实现对施工现场大型施工机具以及装配式构件的实时监测，通过相应的计算机算法可以实现对吊装过程的模拟，实时计算、自动引导塔吊将构件从堆放点吊装至就位点。

以下结合全部附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种装配式建筑数字化自动吊装方法。

一、参照图1，装配式建筑数字化自动吊装方法具体实现包括如下步骤：

1）BIM云平台1将所需的施工装配式构件3的信息（结构图纸、构件编号、传感器型号、传感器安装位置、RFID有源芯片型号、RFID有源芯片安装位置以及构件送达时间、位置）送入对应的生产厂家2，生产厂家2根据信息安排图纸生产，完成装配式构件3生产后将构件参数和构件输送信息入录到RFID有源芯片，同时将信息送回BIM云平台1，得到BIM云平台1确认后，按位置信息安装传感器和RFID有源芯片；

2）BIM云平台1研发配套的装配式构件3的运输箱，发送给运输箱厂家制备后送装配式构件生产厂家，或直接发装配式构件生产厂家进行制备，制备后运输箱4内有识别构件RFID芯片的自动扫描设备、给塔吊定位导向的传感器以及箱体外的RFID有源芯片；

3）将步骤1）生产的装配式构件3放入对应的步骤2）制备后运输箱4内，运输箱识别构件RFID芯片后，将读取的构件编号和输送信息自动录入到箱体外RFID有源芯片，同时生产厂家将构件的装箱信息送回BIM云平台1；

4）按输送信息将装有装配式构件3的运输箱4送到对应的施工现场堆放点5，施工现场堆放点5接收后更新信息送回BIM云平台1；

5）BIM云平台1实时接收建筑施工区的信息，根据施工区6进度、塔吊7、构件等的坐标位置信息，调用算法，根据塔吊高度、吊臂与构件堆放场地的方位角，自动计算最合理的塔吊运行轨迹，实现吊钩到构件的自动寻踪；通过算法优选出最优的吊装顺序，实现吊装过程的高效化，节省吊装时间；针对构件结构在吊装中设计的固定紧固点及构件重量，给出吊装抓力；

6）塔吊7接收步骤5）BIM云平台1给出的吊装方案（吊装顺序、塔吊运行轨迹、运输箱中识别信息等），自动对构件进行寻踪，自动进行吊装，将构件吊入定位的施工区，完成吊装，施工区更新构件RFID芯片数据同时信息送回BIM云平台。

二、对施工机具的研发与改造：

吊钩根据装配式构件的特征进行改造，外形为夹具式爪型结构，可通过内部机械结构进行伸缩以适应不同形状的构件，且伸缩后具有足够的刚度。吊钩上装备有位置传感器、应力传感器和摄像装备，施工时用来监测吊钩是否与构件达成可靠连接，以及监测在吊运过程中构件是否保持平稳。

装配式构件出厂时按统一规格装入自主研发的装配式构件运输箱。运输箱内分类设有数个卡槽，与装配式构件精确契合。卡槽内设有导向传感器，其传感器与吊钩上的位置传感器自动匹配，以实现吊钩与运输箱卡槽精准定位，到位后收紧卡接由运输箱自动推送的装配式构件，应力传感器测的应力达到设定的应力后起吊，按设定轨迹进行空中运输，直到到达施工区。

每个装配式构件表面附有RFID芯片，统一生产时输入具体构件信息，运输箱卡槽内有自动识别装置，对每次放入卡槽的构件自动采集信息传输至云端。

三、吊装方案

根据吊钩、构件、就位点在云端实时同步的信息，在云端智能规划吊装方案，并将吊装方案指令传输回运输箱与吊钩。运输箱进场后进入自动化吊装阶段。通过云端指令，吊钩自动寻找构件位置，按照规划后的吊装方案，伸缩至与当前卡槽匹配的形状，实现与卡槽内构件的外形契合。吊钩上多点定位传感器与运输箱卡槽内多点导向定位传感器自动匹配且装设有摄像头，实时扫描构件图像至云端技术人员屏幕前，当精确定位传感器匹配失败时，云端技术人员可以发出指令对吊钩位置及方向进行人工微调。

装配式构件运输箱各卡槽设有自动推出装置。当吊钩与卡槽传感器匹配完成后，降落至卡槽上方，各定位点一一重合。云端对其定位检验通过后，卡槽内自动推出装置将构件推送至吊钩内。推送完毕后，吊钩收缩，当吊钩与构件达成可靠连接时，应力传感器示数应达到设计数值，视为吊钩已夹紧构件，待云端从吊钩摄像头观察确认连接安全可靠之后方可起吊，按照既定指令进行吊装。在构件吊装运输的过程中，吊钩根据其上应力传感器的实时数据自动调整平衡，确保构件在吊装过程中保持平稳。

到达构件就位点以后，现场施工人员发出调整指令，引导装配式构件精准定位，云端通过传感器和摄像头确认无误后，吊钩接受云端指令，通过变形释放构件，进入下一步施工工序。构件吊运卸载过程中，云端监控人员应及时处理传感器及摄像头反馈的异常情况，必要时采取应急制动，防止造成现场施工人员的伤亡。

四、通过集成5G基站，保障机具设备与BIM云平台之间信息流的高效传输。5G通信具有低时延、高速率、容量大等特点，能够满足物联网通信的要求。在首层以及塔吊位置处各布置一个5G基站，以确保人工指令的准确传递、确保施工机械及时有效地做出反应或进行调整。当超高层的高度较高时、数据传输量大、中间存在屏蔽情况时，需在中间楼层增加5G基站。

通过互联网技术将BIM云平台的信息由服务器传输至技术人员及信息贡献人员。实现信息及时同步，方便施工人员的管理。流程如下：施工现场机具设备按照预先设定进行作业→反馈信息至BIM云平台→技术管理人员通过手机app或PC端获取信息→技术管理人员发送调整指令至BIM云平台→BIM云平台传递指令至施工设备→施工设备进行调整。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种装配式建筑数字化自动吊装方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种装配式建筑数字化自动吊装方法，其特征在于，所述步骤2）装配式构件运输箱内分类设有数个卡槽，卡槽与所装装配式构件契合；卡槽内设有导向传感器，导向传感器与吊钩上的位置传感器自动匹配。

3.根据权利要求2所述的一种装配式建筑数字化自动吊装方法，其特征在于，所述步骤2）装配式构件运输箱各卡槽设有自动推出装置。

4.根据权利要求2所述的一种装配式建筑数字化自动吊装方法，其特征在于，所述步骤6）塔吊的吊钩为夹具式爪型结构，吊钩上装备有位置传感器、应力传感器和摄像装备。