CN112883461A - 大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度ar检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，该异形石材饰面为固定在基层钢架上的倒喇叭形结构，由多块双曲面石材面板拼接实现，该数字化施工方法包括建模、优化、计算解决碰撞、力学计算、排版分块、石材加工、钢架安装和石材安装步骤。本发明的数字化施工方法充分利用BIM技术，针对于特定的异形石材饰面项目，将数字化技术应用到项目中，针对性地优化钢架的模拟和实际安装实现步骤，具有基材钢架安装精准无误、石材加工精准无误，石材板块吊装安装精准无误和整个施工过程可控精确的优点。

Description

大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法

技术领域

本发明涉及建筑数字化，特别涉及到大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法。

背景技术

现在工程建造中，特别是设计到大型的公共工程，往往大量地使用BIM建造技术。通过BIM技术在公共工程中的应用，可以实现施工步骤的可控，施工参数的精确预知和施工质量的保证，减少了材料的浪费和时间的浪费，可以说建筑数字化正成为未来建筑行业发展的必备条件。

针对于一些大型场馆，特别是重要应用场合会涉及到石材饰面，石材饰面给人以恢弘大气、质感硬朗和庄严稳重的视觉效果。目前常见的建筑石材饰面往往都是平板石材，将平板石材挂到基层架子上拼接成为平面造型，或者是在平板石材基础上加工出花纹以及造型后再以干挂石材的方式进行施工。在一些特殊场合中，现在出现了曲面石材造型或双曲面石材造型的异形结构，通过异形结构设计可以提高建筑的活泼性，更有造型美。再对大型曲面造型利用石材来实现，这就需要对石材加工和安装提出了更高的要求。第一石材加工要尺寸精确，确保安装后拼接无缝隙，实现石材的一体感，第二石材安装要精确，确保安装时不会出现高低起伏和大的缝隙，确保施工质量和施工效果，第三要考虑成本因素，包括加工成本和运输成本等。对于异形石材饰面结构而言，精确牢固的基层钢架施工时石材挂靠的基础，若达到石材饰面安装的精确度和稳定性，需要将基层钢架的制作和安装做到尺寸和位置都精确无误，还得保证其结构的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中异形石材饰面的施工难点，提供一种石材饰面的数字化施工方法。本发明的施工方法要能够对大型石材饰面进行精准分件和精准安装，精确实施石材安装基础的基层钢架的设计和施工，确保大型双曲面石材饰面的安装、生产和安装施工精准可控，确保安装质量和安装效果。

为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，该异形石材饰面为固定在基层钢架上的倒喇叭形结构，由多块双曲面石材面板拼接实现，其特征在于，该数字化施工方法包括如下步骤：

第一步，利用BIM软件对该大型场馆进行项目建模，先用土建图纸，再结合现场扫描的点云模型，结合装饰设计图纸，建立该项目的装饰模型，其中包括有钢架模型和面板模型；

第二步，对装饰模型进行优化，将大型场馆内的机电管线模型与装饰模型叠加，找出模型碰撞点，优化调整钢架模型和面板模型以实现空间避让；

第三步，利用钢架模型对基层钢架进行力学计算，找出不利点以优化钢架的强度和刚度，不利点是力学性能欠缺的结构区域或结构点，优化钢架主要是调整钢管的粗细规格来实现；

第四步，确定基层钢架与石材面板的连接方式，对石材面板和基层钢架的连接施工进行过程模拟，选择合适的连接方案，明确最优方案，该最优方案的因素包括安全性、可调节性和经济性；

第五步，基层钢架安装前放线，将装饰模型中的定位信息批量导入到全站仪中，对现场进行精确三维测量，为现场安装提供基准，将装饰模型中安装点位数据实体化，对现场进行精确的定位、划线和定点；

第六步，钢架安装，利用确定的位置点进行安装，安装完成后进行准确性校验，利用前面的钢架模型导入至AR设备中，在AR软件中明确定位点，每个点都能产生一个对应的二维码，每个大的区域至少需要一个二维码，现场对定位点贴上二维码，完成AR模型空间与实际空间定位一致，利用AR显示出钢架模型，并利用摄像头采集实际钢架构造，通过钢架模型和实体钢架影像自动匹配，从而判断实际钢架与设计钢架的对应程度，从而判断钢架的安装准确性，若出现不对应则反馈问题，导出整改单，直到实体钢架与模型设计钢架保持一致；

第七步，现场挂装板块至钢架上，每块都有对应的编号，利用全站仪定点安装，逐步从下到上安装直至全部安装完成。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，还包括第八步，石材饰面的检查验收，石材饰面全部安装完毕后，利用AR设备进行验证验收，AR设备中输入有生成的理论面板模型，出现偏差时出现报警信号，并标识出现偏差的位置。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的异形石材饰面由多块双曲面石材和单曲面石材以及平面石材拼接而成，整体呈现带有四棱角的倒喇叭形状，转角位置使用双曲面石材，弧面位置采用单曲面石材，平面位置采用平面石材。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的基层钢架由主龙骨、横龙骨和吊杆连接组成，所述的主龙骨由镀锌方管定型拉弯加工而成，横龙骨作为副龙骨用铝合金圆管现场制作而成，利用弯圆机根据BIM模型中弧长和参数加工。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的主龙骨由定型的镀锌方管制成，通过将主龙骨设计成为桁架结构，利用桁架结构兼作为转换层。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的主龙骨与副龙骨通过转接件固定连接，转接件与主龙骨利用不锈钢螺栓连接，副龙骨与转接件利用抱箍连接件连接固定。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的吊杆上端与建筑上后置埋板或钢梁焊接固定，吊杆的下端与主龙骨通过连接杆固定。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，模型碰撞主要情形包括吊挂龙骨与机电管道的碰撞、暖通出风口过低与石材主龙骨碰撞以及机电管道的实际安装位置与理论位置不符。

基于上述技术方案，本发明的数字化施工方法应用在大型场馆内双曲面石材饰面生产和施工中取得了如下技术效果：

1.本发明的数字化施工方法通过BIM技术的应用，先将装饰模型做出来，在优化设计装饰模型以后，利用力学模拟计算的方式对基层钢架进行模拟计算，从而确定基层钢架稳定性和可靠性更为贴近或高于实际需要，确保项目施工以及后续使用过程中的安全性，从基层上提供石材饰面的稳定性。

2.本发明的数字化施工方法中专门针对于面板模型的石材饰面进行排版和分件，利用专门软件和具体查件的应用，确保分件后的每块石材都具有明确的规格参数，以及安装位置参数，再通过一次性地参数输出，准确定义好组成石材饰面的每一块双曲面面板，做到排版科学、加工精确可靠和经济性统一。

3.本发明的数字化施工方法，在基层钢架安装时充分利用数字化技术，将按照位置点确定并划线，使得每个位置的安装位置和安装形式都精确到位，确保钢架的安装质量和安装精准度，再通过吊装安装到位，安装完成后再利用AR设备进行数字化验收检测，确保基层钢架的安装精准无误。

4.本发明的数字化施工方法在每一块石材吊装安装时都依照模型参数进行，由于加工准确，位置信息确定，安装过程顺利可行，通过从下而上的安装过程，完成整个倒喇叭形石材饰面造型的施工，施工效率高，质量有保证。

5.本发明的数字化施工方法在整个石材饰面安装完成后，再一次利用AR设备进行验收，发现问题及时找出提出整改，确保安装施工质量符合设计要求。

附图说明

图1是本发明大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法的流程示意图。

图2是本发明实施例中异形石材饰面的造型结构示意图。

图3是本发明实施例中基层钢架的整体安装示意图。

图4是本发明实施例中基层钢架的安装截面示意图。

图5是本发明实施例中分块石材与基材钢架的连接示意图。

图6是本发明实施例中石材饰面拼装过程的状态示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明大型场馆内异形石材饰面的数字化施工过程进行进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其数字化设计、结构组成和施工过程，但不能以此本发明的保护范围。

先请看图1，图1是本发明大型场馆内钢架结构施工精度的数字化施工及AR检测方法的流程示意图。由图可知，本发明的是大型场馆内钢架结构施工精度的数字化施工及AR检测方法，具体应用在具有双曲面石材造型的石材饰面，该异形石材饰面为固定在基层钢架上的倒喇叭形结构，由多块双曲面石材面板拼接实现。对于该石材饰面而言，在装饰石材最高处为石材天花，并且拥有空间最大的连续弧长，并且拱高最大处都是异形石材，而墙面和顶面也是连续弧面。实施例中的石材面板约1700块，其中双曲面石材面积达到800平方米。如果将这些复杂结构的装饰面和石材精准安装到位，并且保证后续使用的安全可靠性，其基层的钢架结构尤为重要。该钢架结构设计和施工方法包括如下步骤：

第一步，利用BIM软件对该大型场馆进行项目建模，先用土建图纸，再结合现场扫描生成的点云模型，结合装饰设计图纸，建立该项目的装饰模型，其中所建立的装饰模型中包括有钢架模型和面板模型，数字化操作关键的一点就是根据土建完成的现场施工情形进行再次扫描建模，再将理论模型与实际模型进行叠加比对后建立装饰模型，实施例中建立的模型如图2所示，图中显示了装饰模型的整体轮廓，该整体轮廓为下面小、向上逐渐延伸增大的喇叭状结构，体现了犹如新芽向上生长壮大的生机与活力。

第二步，对装饰模型进行优化，将大型场馆内的机电管线模型与装饰模型叠加，找出模型碰撞点，优化调整钢架模型和面板模型以实现空间避让，模型碰撞主要情形包括吊挂龙骨与机电管道的碰撞、暖通出风口过低与石材主龙骨碰撞以及机电管道的实际安装位置与理论位置不符等三种情形，而实现空间避让主要是调整钢架模型的尺寸来实现。

第三步，利用钢架模型对基层钢架进行力学计算，找出不利点以优化钢架的强度和刚度，不利点是力学性能欠缺的结构区域或结构点，优化钢架主要是调整钢管的粗细规格来实现，通过数字化模拟和计算，使得部分位置的钢管粗细进行调整，增加了部分龙骨的刚度，从而使得整体的稳定性得到增加。根据计算，主龙骨选择100×50×5mm的矩形管，其根据石材拼缝的1.1米间距均匀布置，吊杆则选择50×50×5mm的方案，其沿主龙骨方向进行布置。

第四步，确定基层钢架与石材面板的连接方式，对石材面板和基层钢架的连接施工进行过程模拟，选择合适的连接方案，明确最优方案，该最优方案的因素包括安全性、可调节性和经济性，实施例中选择的方案为图5所示，异形石材饰面的成型装饰板为薄片石材5复合蜂窝铝板4，薄片石材5与蜂窝铝板4之前除了粘结剂还设有连接加固背栓6，该薄片石材复合蜂窝铝板通过后面抱箍与后面圆形的副龙骨2进行连接，实现其可前后左右的调节性，保证安装精度和安全性。

第五步，基层钢架安装前放线，将装饰模型中的定位信息批量导入到全站仪中，对现场进行精确三维测量，为现场安装提供基准，将装饰模型中安装点位数据实体化，对现场进行精确的定位、划线和定点，通过虚拟空间转换为实体空间的点、线和定位面，从而保证了整体钢架施工和安装的精度。

第六步，钢架安装，利用确定的位置点进行安装，安装后的结构如图3和图4所示，图中由主龙骨1和副龙骨2组成钢架主体框架，结构中边缘设有支撑整体的六根黑色粗柱子为支撑圆柱0。主龙骨1连接在吊杆3下方，弯折的副龙骨2上连接加工成型的异形石材饰面，该异形石材饰面包括有蜂窝铝板4与薄片石材5。安装完成后进行准确性校验，利用前面的钢架模型导入至AR设备中，在AR软件中明确定位点，每个点都能产生一个对应的二维码，每个大的区域至少需要一个二维码，现场对定位点贴上二维码，完成AR模型空间与实际空间定位一致，利用AR显示出钢架模型，并利用摄像头采集实际钢架构造，通过钢架模型和实体钢架影像自动匹配，从而判断实际钢架与设计钢架的对应程度，从而判断钢架的安装准确性，若出现不对应则反馈问题，导出整改单，直到实体钢架与模型设计钢架保持一致。

第七步，现场挂装板块至钢架上，每块都有对应的编号，利用全站仪定点安装，逐步从下到上安装直至全部安装完成。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的异形石材饰面由多块双曲面石材和单曲面石材以及平面石材拼接而成，整体呈现带有四棱角的倒喇叭形状，转角位置使用双曲面石材，弧面位置采用单曲面石材，平面位置采用平面石材。如图5所示，异形石材饰面的成型装饰板称为薄片石材复合蜂窝铝板，其表层为异形的薄片石材5，在薄片石材5后面设有玻璃纤维补强布，背部为雕刻为同样接触面的蜂窝铝板4，在薄片石材5与蜂窝铝板4之间设有胶粘层，并利用不锈钢螺栓作为加固背栓6来进一步固定薄片石材5和蜂窝铝板4。在异形石材饰面与副龙骨2连接后，需要连接紧密不能出错导致跌落，故而增加了一份防止跌落的保险绳，即为附图5中的防托构件7。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，所述的基层钢架由主龙骨1、横龙骨和吊杆3连接组成主体框架，所述的主龙骨1由镀锌方管定型拉弯加工而成，横龙骨作为副龙骨2用铝合金圆管现场制作而成，利用弯圆机根据BIM模型中弧长和参数加工。所述的主龙骨1由定型的镀锌方管制成，将主龙骨1做成了桁架结构，引入桁架方案，可以增加跨度和顶部空间，减少吊杆3的数量以避让风管，并且还能够增加挠度，这样主龙骨1构成的桁架结构还可以兼作为转换层。为了进一步增加安装的可靠性和安全性，在主龙骨1采用桁架结构的同时，在主龙骨1之间还增加了桁架次架。所述的主龙骨1与副龙骨2通过转接件固定连接，转接件与主龙骨1利用不锈钢螺栓连接，副龙骨2与转接件利用抱箍连接件连接固定。所述的吊杆3上端与建筑上后置埋板或钢梁焊接固定，吊杆3的下端与主龙骨1通过连接杆固定。

在本发明一种大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法中，在基层钢架安装完成以后，在基层钢架上在安装上异形装饰石材，安装过程示意如图6所示，在石材饰面安装完成以后，还包括第八步，石材饰面的检查验收，石材饰面全部安装完毕后，利用AR设备进行验证验收，AR设备中输入有生成的理论面板模型，出现偏差时出现报警信号，并标识出现偏差的位置。

毫无疑问，以上只是本发明专利大型场馆内异形石材饰面安装的一种实现方式，还可以有其他的结构类型和实现步骤。总而言之，本发明的保护范围还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。

Claims (7)

1.大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，该异形石材饰面为固定在基层钢架上的倒喇叭形结构，由多块双曲面石材面板拼接实现，其特征在于，该数字化施工方法包括如下步骤：

第一步，利用BIM软件对该大型场馆进行项目建模，先用土建图纸，再结合现场扫描的点云模型，结合装饰设计图纸，建立该项目的装饰模型，其中包括有钢架模型和面板模型；

第二步，对装饰模型进行优化，将大型场馆内的机电管线模型与装饰模型叠加，找出模型碰撞点，优化调整钢架模型和面板模型以实现空间避让；

第三步，利用钢架模型对基层钢架进行力学计算，找出不利点以优化钢架的强度和刚度，不利点是力学性能欠缺的结构区域或结构点，优化钢架主要是调整钢管的粗细规格来实现；

第四步，确定基层钢架与石材面板的连接方式，对石材面板和基层钢架的连接施工进行过程模拟，选择合适的连接方案，明确最优方案，该最优方案的因素包括安全性、可调节性和经济性；

第五步，基层钢架安装前放线，将装饰模型中的定位信息批量导入到全站仪中，对现场进行精确三维测量，为现场安装提供基准，将装饰模型中安装点位数据实体化，对现场进行精确的定位、划线和定点；

第六步，钢架安装，利用确定的位置点进行安装，安装完成后采用AR设备进行准确性校验，将前面的钢架模型导入至AR设备中，在AR软件中明确定位点，每个点都能产生一个对应的二维码，每个大的区域至少需要一个二维码，现场对定位点贴上二维码，完成AR模型空间与实际空间定位一致，利用AR设备显示出钢架模型，并利用摄像头采集实际钢架构造，通过钢架模型和实体钢架影像自动匹配，从而判断实际钢架与设计钢架的对应程度，从而判断钢架的安装准确性，若出现不对应则反馈问题，导出整改单，直到实体钢架与模型设计钢架保持一致。

2.根据权利要求1所述的大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，所述的异形石材饰面由多块双曲面石材和单曲面石材以及平面石材拼接而成，整体呈现带有四棱角的倒喇叭形状，转角位置使用双曲面石材，弧面位置采用单曲面石材，平面位置采用平面石材。

3.根据权利要求2所述的大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，所述的基层钢架由主龙骨、横龙骨和吊杆连接组成，所述的主龙骨由镀锌方管定型拉弯加工而成，横龙骨作为副龙骨用铝合金圆管现场制作而成，利用弯圆机根据BIM模型中弧长和参数加工。

4.根据权利要求3所述的大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，所述的主龙骨由定型的镀锌方管制成，主龙骨采用桁架结构，该桁架结构兼作为转换层。

5.根据权利要求3所述的大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，所述的主龙骨与副龙骨通过转接件固定连接，转接件与主龙骨利用不锈钢螺栓连接，副龙骨与转接件利用抱箍连接件连接固定。

6.根据权利要求3所述的大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，所述的吊杆上端与建筑上后置埋板或钢梁焊接固定，吊杆的下端与主龙骨通过连接杆固定。

7.根据权利要求1所述的大型场馆内钢架结构的数字化施工及施工精度AR检测方法，其特征在于，所述第二步中模型碰撞主要情形包括吊挂龙骨与机电管道的碰撞、暖通出风口过低与石材主龙骨碰撞以及机电管道的实际安装位置与理论位置不符。

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