CN112501966A - 一种基于bim模型的检测反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM模型的检测反馈装置，主要涉及BIM技术领域。包括行进模块、发射模块、测量模块；所述行进模块用于以匀速沿铁轨行进，所述发射模块安装在行进模块上，包括固定在行进模块上的第一激光发射器，以及通过后云台安装的第二激光发射器，测量模块安装在行进模块上且位于发射模块的前方，通过前云台安装有激光信号捕捉板，所述激光信号捕捉板用于捕捉发射模块发射的第一激光信号和第二激光信号。本发明的有益效果在于：它能够全自动的完成铁轨线路的端面情况检测和数据获取，获得高效率、高精度、高覆盖的轨端起伏情况数据。

Description

一种基于BIM模型的检测反馈装置

技术领域

本发明涉及BIM技术领域，具体是一种基于BIM模型的检测反馈装置。

背景技术

BIM(Building Information Modeling)是指创建并利用信息模型对工程项目的设计、建造和运维全过程进行管理和优化的过程、方法和技术。

基于BIM技术的信息模型，可以实现工程的虚拟化设计、可视化决策、协同化建造、透明化管理，将极大地提升工程决策、规划、勘察、设计、施工和运营管理的水平，减少失误，缩短工期，提高工程质量和投资效益。

铁路工程投资庞大、专业多、技术复杂、建设周期长、参与方众多。BIM于铁路方面的应用至关重要，对于铁路的优质设计、高标准施工建设、智慧运营都具有重要的意义。

其中，铁轨的施工，以及在运营中的维护，都是BIM应用的重要领域。随着铁路速度的不断提高，对于铁轨的施工质量也提出了更高的要求。在对铁轨的质量要求和维护重点中，保持铁轨表面的平直度是重要的项目之一。为了保证在高速下行车平稳，轨端平直度就非常重要。

在现有的BIM与铁路结合的技术中，大部分在初期(动工前)建立了BIM模型后，在后期的建设中、验收中乃至运营中，却由于铁路沿线太长，仅仅依靠人工难以实现的数据的采集反馈瓶颈，

然而，具体施工过程中，难免与模型构件有一定出入，缺失了对真实数据的检测反馈，就丧失了调整的机会。同时在运营中，随着使用铁轨的表面会出现明显的凹陷(经常刹车减速位置等)，故现有的维护要求也是要定期检测平直度，但是现有条件和技术下，是使用人工现场测量，只能针对个别路段进行测量，不但获得数据非常少，不足以匹配对整条铁路模型进行管理的数据支持基础，而且精确度还受限于操作者的水平，存在大幅的拨动，无论数据量还是质量都难以支持对BIM模型的持续维护。而造成BIM无法真正的发挥其功能。

故如何在建设及运营中，针对铁轨平直度实现足够数据的采集及反馈，是行业研究的缺失及重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM模型的检测反馈装置，它能够全自动的完成铁轨线路的端面情况检测和数据获取，获得高效率、高精度、高覆盖的轨端起伏情况数据。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

包括行进模块、发射模块、测量模块；

所述行进模块用于以匀速沿铁轨行进，

所述发射模块安装在行进模块上，包括固定在行进模块上的安装座，所述安装座上固定安装有固定杆，所述固定杆的长度方向与行进的前后方向相一致，所述固定杆的前端安装有向前发射的第一激光发射器，所述固定杆向后延伸且后端固定安装有立架，所述立架的顶部安装固定有带电动稳定器的后云台，在后云台上安装有安装杆，所述安装杆的中部设有L型的安装架，所述安装架的底端安装有向前发射信号的第二激光发射器，第一激光发射器发射的为第一激光信号，所述第二激光发射器发射的为第二激光信号，所述第二激光发射器位于第一激光发射器的正上方，二者在静止条件下上下对应；

所述测量模块安装在行进模块上且位于发射模块的前方，包括固定在行进模块前侧的延伸杆，所述延伸杆的前端固定安装有带有电动稳定器的前云台，所述前云台上安装有激光信号捕捉板，所述激光信号捕捉板用于捕捉发射模块发射的第一激光信号和第二激光信号。

所述行进模块包括车体，所述车体的顶部端面为安装面，所述车体的左右两侧分别对称的安装有前支撑臂和后支撑臂，所述前支撑臂和后支撑臂前后对称，所述前支撑臂向前延伸，所述后支撑臂向后延伸，所述前支撑臂上设置有通过电机驱动的转轴，所述后支撑臂上安装有通过电机驱动的转轴，所述转轴上安装有行进轮，所述行进轮的周面设置于铁轨宽度相适应的配合槽。

所述行进轮的配合槽内设置防滑垫，所述防滑垫为橡胶垫圈且表面设有防滑凹凸纹理。

在所述前支撑臂和后支撑臂的底端固定有内挡板，所述内挡板位于行进轮的内侧，所述内挡板为与行进轮同轴的扇形板，所述内挡板上沿其圆心环形阵列有弹性导向机构，所述弹性导向机构包括安装片、伸缩套、伸缩管、滚珠座、滚珠件、螺旋弹簧，所述安装片用于通过螺钉安装固定在内挡板上，所述伸缩套的一端与安装片固定连接，所述伸缩套的另一端与伸缩管沿其深度方向滑动配合，所述螺旋弹簧安装在伸缩管和伸缩套内，所述滚珠座固定在伸缩管远离安装片的外端，所述滚珠座的外侧端面设有球形腔，所述滚珠件在滚珠座的球形腔内自由转动。

具体应用时包括对起伏的判断方法：

数据定义：激光信号捕捉板上捕捉的第一激光信号的照射点P1；

激光信号捕捉板上捕捉的第二激光信号的照射点P2；

第一激光信号与第二激光信号的垂直上下距离为d0；

P1和P2之间的动态垂直距离d；

静止状态下第一激光信号与第二激光信号的垂直距离为d0；

判断方法为：d-d0＝dx

当dx＝0表示铁轨端面无起伏，铁轨平直度为最理想状态；

当dx<0，表示铁轨端面为上扬的坡面；

当dx>0，表示铁轨端面为下倾的坡面。

具体应用时包括对起伏量的数据获得方法：

在激光信号捕捉板上捕捉的第一激光信号的照射点P1；激光信号捕捉板上捕捉的第二激光信号的照射点P2的情况下，设置所述检测反馈装置每行进1m内，所述激光信号捕捉板记录n次P1和P2之间的垂直距离di，使用以下公式计算，获得在单位行进行程内的铁轨端面起伏量的单位长度内平均值：

n:行进每米行程的数据记录次数；

di：每次记录的P1和P2之间的距离；

d0：静止条件下第一激光信号与第二激光信号的垂直距离。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过本装置所获得的数据，基于BIM模型进行数据检测和反馈，能够全自动的完成铁轨线路的端面情况检测和数据获取，检测过程不依赖人工进行，从而为实现长距离乃至全路段的高效检测提供了可行的方案，同时所获得的数据高效，准确，相比现有方法能够获得较大程度的精度提高。在本装置的辅助下，能够在铁路建设中为施工提供有力的反馈依据，及时获得铁轨端面的情况，从而给施工人员及时补救和调整的机会，有助于获得高质量标准的铁轨。同时助力验收，让部分数据不再依赖人工，且大大提高速度和检测范围，相关数据的获得更加精准高效全面。在运营中能够实现长距离乃至全路线的定时检测，反馈的数据能够为智慧运营提供有力的数据支撑，及时反馈轨道端面的起伏情况，从而指导运维团队进行及时的维护和调整(打磨、垫高等)，实现对铁路运营安全的有力护航。

附图说明

附图1是本发明的整体示意图。

附图2是本发明的整体示意图。

附图3是本发明的侧面示意图。

附图4是本发明内挡板的示意图。

附图中所示标号：

1、车体；2、安装面；3、前支撑臂；4、后支撑臂；5、行进轮；6、配合槽；7、内挡板；8、弹性导向机构；9、安装片；10、伸缩套；11、伸缩管；12、滚珠件；13、安装座；14、固定杆；15、第一激光发射器；16、立架；17、后云台；18、安装架；19、安装杆；20、第二激光发射器；21、延伸杆；22、前云台；23、激光信号捕捉板。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

本方案用于在铁轨施工中，验收中，后期使用中对铁轨端面平直度进行全自动的检测反馈，具体结构包括：

包括行进模块、发射模块、测量模块；

本示例中，所述发射模块和测量模块都安装在行进模块上，不局限与本示例，可以将发射模块和测量模块分别安装在不同的行进模块上，然后通过一前一后(测量模块在前用于接收发射模块的信号)保持同速度沿着铁轨行进，从而在二者距离不变的基础上，实现与本示例相同的效果。

1)行进模块

所述行进模块包括车体1，所述车体1的顶部端面为安装面2，所述车体1的左右两侧分别对称的安装有前支撑臂3和后支撑臂4，所述前支撑臂3和后支撑臂4前后对称，所述前支撑臂3向前延伸，所述后支撑臂4向后延伸，一方面能够让本车体1骑跨在一定长度的铁轨上，行进较为稳定，另一方面也能够获得前后距离较远的支撑点，而这两个在铁轨上的支撑点则为两个测量点，之间的距离就是测量间距。

所述前支撑臂3上设置有通过电机驱动的转轴，所述后支撑臂4上安装有通过电机驱动的转轴，由于铁轨比较光滑，通过前后同时驱动能够获得更好的前进动力。所述转轴上安装有行进轮5，所述行进轮5的周面设置于铁轨宽度相适应的配合槽6，所述配合槽6为沿着行进轮5周面延伸的环形槽，从而使得行进轮5形成工字型的转轮结构。能够较好的骑跨在铁轨上。

为了进一步的保持行进中与铁轨的配适度，在所述前支撑臂3和后支撑臂4的底端固定有内挡板7，所述内挡板7位于行进轮5的内侧，所述内挡板7为与行进轮5同轴的扇形板，所述内挡板7上沿其圆心环形阵列有6组弹性导向机构8，所述弹性导向机构8包括安装片9、伸缩套10、伸缩管11、滚珠座、滚珠件12、螺旋弹簧，所述安装片9用于通过螺钉安装固定在内挡板7上，所述伸缩套10的一端与安装片9固定连接，所述伸缩套10的另一端与伸缩管11沿其深度方向滑动配合，所述螺旋弹簧安装在伸缩管11和伸缩套10内，所述螺旋弹簧的外端固定在伸缩管11的外端，所述螺旋弹簧的内端固定在伸缩套10(与安装片9相邻的)内端，所述螺旋弹簧具有将伸缩管11远离伸缩套10的弹性力，所述滚珠座固定在伸缩管11远离安装片9的外端，所述滚珠座的外侧端面设有球形腔，所述滚珠件12在滚珠座的球形腔内自由转动，且滚珠的部分球冠暴露在球形腔的外部，从而以此暴露部位为与钢轨内侧端面的接触点，既能够配合行进实现与轨道内端面的无损动力接触，通过螺旋弹簧能够在接触上具有一定的弹性适应，并通过整体内挡板7结合与导轨内端面的弹性滚珠点位接触实现在行进中本车体1相对导轨居中稳定骑跨的有力辅助。

2)发射模块

所述发射模块用于发射可被测量模块所捕捉的光信号，具体组件包括固定在车体1安装面2上的安装座13，所述安装座13居中固定位于车体1相邻后支撑臂4的后侧，所述安装座13上固定安装有固定杆14，所述固定杆14的延伸方向为前后方向，所述固定杆14的前端安装有向前发射的第一激光发射器15，所述固定杆14的前端位于固定座上方，同样位于车体1的后部，所述固定杆14向后延伸且后端固定安装有立架16，所述立架16的顶部安装固定有带电动稳定器的后云台17，三轴增稳技术能够在运动中实现极好的防震和自平衡的作用，在后云台17上安装有安装杆19，所述安装杆19的中部设有L型的安装架18，所述安装架18的底端安装有向前发射信号的第二激光发射器20，所述第二激光发射器20位于第一激光发射器15的正上方，二者在静止条件下上下对应。

通过上述结构，第一激光发射器15由于固定在车体1上，当前后的行进轮5所接触的位置存在一定的高度差的时候，则固定杆14随着必然存在倾斜，从而让发射的第一激光信号为与水平面存在夹角的倾斜光束。

而第二激光发射器20由于后云台17的增稳效果，能够保持第二激光信号为水平向前的光束。从而与光束上下动态变化的第一激光信号形成夹角。可以间接反映出两个测试点X1和X2之间的平直度情况。

3)测量模块

位于发射模块的前方，用于捕捉发射模块发射的第一激光信号和第二激光信号。

包括固定在车体1前侧的延伸杆21，所述延伸杆21能够进一步的让接受与发射的位置远离。通过物理条件放大角度变化。

所述延伸杆21向前延伸，所述延伸杆21的前端固定安装有前云台22，所述前云台22上也带有电动稳定器，所述前云台22上安装有激光信号捕捉板23，所述激光信号捕捉板23与第一激光发射器15和第二激光发射器20前后冲齐，且为直立平面，所述激光信号捕捉板23的捕捉面上能够捕捉来自于第一激光信号和第二激光信号的照射点，从而持续而自动的记录两个捕捉点之间的距离。通过距离变化反应第一激光信号与第二激光信号的夹角变化。进而实现对起伏情况的量的数据模型建立。

基于上述装置进行轨道测量，采用的方法如下：

具体接触铁轨的组件为行进轮，定义安装在前支撑臂上行进轮的周面底端的与铁轨端面的接触点位为前测试点X1，定义安装在后支撑臂上行进轮的周面底端的与铁轨端面的接触点位为后测试点X2。

第一激光发射器发射的为第一激光信号，所述第二激光发射器发射的为第二激光信号，当装置为静止状态下，第一激光信号与第二激光信号的垂直上下距离为d0。

激光信号捕捉板上捕捉的第一激光信号的照射点P1；

激光信号捕捉板上捕捉的第二激光信号的照射点P2；

P1和P2之间的动态垂直距离d；

通过以下公式进行对于平直度的起伏判断：

d-d0＝dx 公式(1)

当dx＝0表示铁轨端面，第一激光信号和第二激光信号上下水平无夹角，铁轨平直度为最理想状态；

当dx<0，表示X1位置相比X2位置高，铁轨端面为上扬的坡面；

当dx>0，表示X1位置相比X2位置低，铁轨端面为下倾的坡面；

结合dx以及激光信号捕捉板与第一激光发射器之间的距离，可精确获得每个测试节点上的倾斜角度数值(可根据需要设定每n秒钟记录一次数据)，并结合行进速度和行进时间，可以获得在单位距离内(国标为1m距离范围区间)，获得单位距离内轨端的上翘和下弯的平均数值，从而判断是否符合行业规定。

公式(2)如下但不局限：

n:每米距离设定激光信号捕捉板记录n次数数据；

di：每次记录的P1和P2之间的距离；

d0：静止条件下第一激光信号与第二激光信号的垂直距离；

通过上述公式(2)，能够进一步计算并获得精确的1m单位距离内的轨端起伏变化量，结合公式(1)的上翘或下坡的起伏方向判断，从而获得对单位距离内的轨端起伏变化的准确数据模型。

同时还可通过设置阈值来进行单点位坡度变化的预警，设置一个报警阈值dx’，当|dx|>dx’的时候，触发警报或者红色数据显示，提示此位置存在小距离范围内的坡度较大起伏，很可能存在严重的端面缺陷(凹陷或异物)。

|d-d0|>dx’ 公式(3)

通过本装置所获得的数据，基于BIM模型进行数据检测和反馈，能够全自动的完成铁轨线路的端面情况检测和数据获取，检测过程不依赖人工进行，从而为实现长距离乃至全路段的高效检测提供了可行的方案，同时所获得的数据高效，准确，相比现有方法能够获得较大程度的精度提高。在本装置的辅助下，能够在铁路建设中为施工提供有力的反馈依据，及时获得铁轨端面的情况，从而给施工人员及时补救和调整的机会，有助于获得高质量标准的铁轨。同时助力验收，让部分数据不再依赖人工，且大大提高速度和检测范围，相关数据的获得更加精准高效全面。在运营中能够实现长距离乃至全路线的定时检测，反馈的数据能够为智慧运营提供有力的数据支撑，及时反馈轨道端面的起伏情况，从而指导运维团队进行及时的维护和调整(打磨、垫高等)，实现对铁路运营安全的有力护航。

Claims (6)

1.一种基于BIM模型的检测反馈装置，其特征在于，包括行进模块、发射模块、测量模块；

所述行进模块用于以匀速沿铁轨行进，

所述发射模块安装在行进模块上，包括固定在行进模块上的安装座，所述安装座上固定安装有固定杆，所述固定杆的长度方向与行进的前后方向相一致，所述固定杆的前端安装有向前发射的第一激光发射器，所述固定杆向后延伸且后端固定安装有立架，所述立架的顶部安装固定有带电动稳定器的后云台，在后云台上安装有安装杆，所述安装杆的中部设有L型的安装架，所述安装架的底端安装有向前发射信号的第二激光发射器，第一激光发射器发射的为第一激光信号，所述第二激光发射器发射的为第二激光信号，所述第二激光发射器位于第一激光发射器的正上方，二者在静止条件下上下对应；

所述测量模块安装在行进模块上且位于发射模块的前方，包括固定在行进模块前侧的延伸杆，所述延伸杆的前端固定安装有带有电动稳定器的前云台，所述前云台上安装有激光信号捕捉板，所述激光信号捕捉板用于捕捉发射模块发射的第一激光信号和第二激光信号。

2.根据权利要求1所述一种基于BIM模型的检测反馈装置，其特征在于，所述行进模块包括车体，所述车体的顶部端面为安装面，所述车体的左右两侧分别对称的安装有前支撑臂和后支撑臂，所述前支撑臂和后支撑臂前后对称，所述前支撑臂向前延伸，所述后支撑臂向后延伸，所述前支撑臂上设置有通过电机驱动的转轴，所述后支撑臂上安装有通过电机驱动的转轴，所述转轴上安装有行进轮，所述行进轮的周面设置于铁轨宽度相适应的配合槽。

3.根据权利要求2所述一种基于BIM模型的检测反馈装置，其特征在于，所述行进轮的配合槽内设置防滑垫，所述防滑垫为橡胶垫圈且表面设有防滑凹凸纹理。

4.根据权利要求2所述一种基于BIM模型的检测反馈装置，其特征在于，在所述前支撑臂和后支撑臂的底端固定有内挡板，所述内挡板位于行进轮的内侧，所述内挡板为与行进轮同轴的扇形板，所述内挡板上沿其圆心环形阵列有弹性导向机构，所述弹性导向机构包括安装片、伸缩套、伸缩管、滚珠座、滚珠件、螺旋弹簧，所述安装片用于通过螺钉安装固定在内挡板上，所述伸缩套的一端与安装片固定连接，所述伸缩套的另一端与伸缩管沿其深度方向滑动配合，所述螺旋弹簧安装在伸缩管和伸缩套内，所述滚珠座固定在伸缩管远离安装片的外端，所述滚珠座的外侧端面设有球形腔，所述滚珠件在滚珠座的球形腔内自由转动。

5.根据权利要求1所述一种基于BIM模型的检测反馈装置，其特征在于，具体应用时包括对起伏的判断方法：

数据定义：激光信号捕捉板上捕捉的第一激光信号的照射点P1；

激光信号捕捉板上捕捉的第二激光信号的照射点P2；

第一激光信号与第二激光信号的垂直上下距离为d0；

P1和P2之间的动态垂直距离d；

静止状态下第一激光信号与第二激光信号的垂直距离为d0；

判断方法为：d-d0＝dx

当dx＝0表示铁轨端面无起伏，铁轨平直度为最理想状态；

当dx<0，表示铁轨端面为上扬的坡面；

当dx>0，表示铁轨端面为下倾的坡面。

6.根据权利要求1所述一种基于BIM模型的检测反馈装置，其特征在于，具体应用时包括对起伏量的数据获得方法：

在激光信号捕捉板上捕捉的第一激光信号的照射点P1；激光信号捕捉板上捕捉的第二激光信号的照射点P2的情况下，设置所述检测反馈装置每行进1m内，所述激光信号捕捉板记录n次P1和P2之间的垂直距离di，使用以下公式计算，获得在单位行进行程内的铁轨端面起伏量的单位长度内平均值：

n:行进每米行程的数据记录次数；

di：每次记录的P1和P2之间的距离；

d0：静止条件下第一激光信号与第二激光信号的垂直距离。

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