CN114036611B - 一种混凝土布料机及其混凝土浇筑路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土布料机及其混凝土浇筑路径规划方法，以提升混凝土浇筑自动化水平。该方法包括：读取并解析建筑主体结构施工图，生成建筑主体结构三维立体模型；在建筑主体结构施工区域内对混凝土布料机的放置位置进行规划，使得混凝土布料机的浇筑范围或混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖建筑主体结构施工区域；分别在混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域内：对建筑主体结构三维立体模型中隶属于本施工区域内的各个浇筑结构件进行网格剖分，先按混凝土浇筑施工工艺确定不同类型浇筑结构件间的浇筑顺序，再确定网格间的浇筑顺序，网格的垂直中心点为浇筑点位，点位浇筑量根据网格体积和混凝土流动性进行设定。

Description

一种混凝土布料机及其混凝土浇筑路径规划方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，更具体地说，涉及一种混凝土布料机及其混凝土浇筑路径规划方法。

背景技术

目前混凝土布料机大多为半自动化的机械装置，混凝土布料机的放置位置、浇筑点位和点位浇筑量都是现场施工人员凭经验判断和监控，人工成本高，浇筑质量不可控，浇筑状态反馈不及时，造成混凝土括平工作量增大和混凝土浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种混凝土布料机及其混凝土浇筑路径规划方法，以提升混凝土浇筑的自动化水平，代替人工对混凝土布料机的放置位置、浇筑点位和点位浇筑量进行判断和监控。

一种混凝土浇筑路径规划方法，包括：

读取并解析建筑主体结构施工图，生成建筑主体结构三维立体模型；

根据所述建筑主体结构三维立体模型确定建筑主体结构施工区域，在所述建筑主体结构施工区域内对混凝土布料机的放置位置进行规划，使得混凝土布料机的浇筑范围或混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域；

分别在混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域内：对所述建筑主体结构三维立体模型中隶属于本施工区域内的各个浇筑结构件进行网格剖分，浇筑结构件的网格剖分间隔标准取决于浇筑结构件的尺寸和新拌混凝土的和易性；先按混凝土浇筑施工工艺确定不同类型浇筑结构件间的浇筑顺序，再对同一浇筑结构件的各个网格进行顺序编号，作为网格间的浇筑顺序，网格的垂直中心点为浇筑点位，点位浇筑量根据网格体积和混凝土流动性进行设定。

可选的，所述读取并解析建筑主体结构施工图，生成建筑主体结构的三维立体模型，包括：

读取建筑主体结构施工图，解析得到建筑主体结构的尺寸、坐标、形状和浇筑结构件；

在以自动和/或人工形式对所述浇筑结构件进行分类标识后，基于所述建筑主体结构施工图生成建筑主体结构的三维立体模型。

可选的，当需要混凝土布料机分多次移机时，所述对混凝土布料机的放置位置进行规划，包括：

确定能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域的矩形区域；

确定所述混凝土布料机的浇筑范围的内接矩形；

在所述矩形区域内按照从左到右、由上到下的顺序依次划分出多个所述内接矩形；其中，若最后一列内接矩形和最后一行内接矩形的外边会超过所述矩形区域，则将最后一列内接矩形和最后一行内接矩形的外边与所述矩形区域的外边对齐，出现的内边重叠区域只归属于在前划分出的内接矩形；

将划分出的各个内接矩形的中心点，作为混凝土布料机在本内接矩形内的放置位置，划分出的各个内接矩形分别覆盖了混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域；若当前确定的放置位置不能放置混凝土布料机，再微调混凝土布料机的放置位置。

可选的，若当前确定的放置位置有障碍物或与建筑外框的距离小于安全间距，则判定当前确定的放置位置不能放置混凝土布料机。

可选的，所述在所述建筑主体结构三维立体模型所覆盖的平面区域内，对混凝土布料机的放置位置进行规划，使得混凝土布料机的浇筑范围或混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖所述平面区域之后，还包括：

提示模板施工人员对混凝土布料机的放置位置提前做好模板支撑体系加固。

可选的，所述点位浇筑量根据网格体积和混凝土流动性进行设定，包括：

同一浇筑结构件的起始若干个浇筑点位的点位浇筑量均大于网格体积，结束若干个浇筑点位的点位浇筑量均小于网格体积，剩余的中间浇筑点位的点位浇筑量均等于网格体积。

可选的，同一浇筑结构件的起始浇筑点位的点位浇筑量设置为网格体积的1.5倍，结束浇筑点位的点位浇筑量设置为网格体积的0.5倍。

一种混凝土布料机，包括：混凝土输送泵、混凝土布料机、流量计和控制器；所述控制器上存储有程序，所述程序运行时执行上述公开的任一种混凝土浇筑路径规划方法。

从上述的技术方案可以看出，本发明首先对混凝土布料机的放置位置进行规划，然后分别在混凝土布料机的每个浇筑范围内，对浇筑结构件进行网格剖分和顺序编号，作为网格间的浇筑顺序，网格的垂直中心点为浇筑点位，网格的体积为点位浇筑量。本发明提升了混凝土浇筑的自动化水平，代替人工对混凝土布料机的放置位置、浇筑点位和点位浇筑量进行判断和监控，免除了人工判断和监控时存在的诸多弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种混凝土浇筑路径规划方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种对混凝土布料机的放置位置进行分区规划的方法流程图；

图3为建筑主体结构施工区域以及能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域的矩形区域示意图；

图4为混凝土布料机的浇筑范围的内接矩形示意图；

图5为图3所示矩形区域的分区示意图；

图6为墙、板分层示意图；

图7为墙/柱、梁、板内的网格剖分示意图；

图8为墙/柱内的网格编号示意图；

图9为梁内的网格编号示意图；

图10为板内的网格编号示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例公开了一种混凝土浇筑路径规划方法，包括：

步骤S01：读取并解析建筑主体结构施工图，生成建筑主体结构三维立体模型。

具体的，在混凝土布料机开展施工作业前，先由人工将建筑主体结构施工图(CAD二维平面图)导入到混凝土布料机的浇筑路径规划系统中，然后浇筑路径规划系统读取并自动解析建筑主体结构的尺寸、坐标、形状、浇筑结构件等信息，由人工在浇筑路径规划系统中对所述浇筑结构件进行分类标识和/或由浇筑路径规划系统自动对所述浇筑结构件进行分类标识，例如对房建结构混凝土工程进行分类标识，可分为剪力墙、柱、梁、板、楼梯、电梯井等。在分类标识完成后，浇筑路径规划系统利用计算机图形处理技术，基于建筑主体结构施工图对应的平法标注信息自动生成建筑主体结构三维立体模型。

步骤S02：根据所述建筑主体结构三维立体模型确定建筑主体结构施工区域，在所述建筑主体结构施工区域内对混凝土布料机的放置位置进行规划，使得混凝土布料机的浇筑范围或混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域。

具体的，目前公路桥梁混凝土工程、机场港口混凝土工程、房建结构混凝土工程等建设用的钢筋混凝土大都采用现浇方式，即先建造内部的钢筋网，然后在钢筋网的外围搭建模板，再向钢筋网和模板之间的空隙中浇筑混凝土，依靠硬化混凝土与钢材形成的一体化结构，实现建筑物的承载和抗震能力。在所述模板下面由脚手架体系进行支撑，混凝土布料机属于重型机械设备，在开展施工作业前，模板施工人员需要规划好混凝土布料机的放置位置，并对混凝土布料机的放置位置提前做好模板支撑体系加固。

混凝土布料机的浇筑范围(即混凝土布料机的臂架最大可达半径旋转360°的覆盖范围)可能不能一次性全覆盖整个建筑主体结构施工区域，此时需要让混凝土布料机分多次移机浇筑施工，所以在施工前浇筑路径规划系统需要结合混凝土布料机的浇筑范围，在建筑主体结构施工区域内(即建筑主体结构三维立体模型的水平投影的最外围圈出的平面区域)对混凝土布料机的放置位置进行分区规划，以使得混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域。当然，当混凝土布料机的浇筑范围能够一次性全覆盖整个建筑主体结构施工区域时，仅需规划出混凝土布料机的一个放置位置，而无需对混凝土布料机的放置位置进行分区规划。混凝土布料机的放置位置规划以既能保证建筑主体结构施工区域被全覆盖，又能最大限度减少机器的移动次数为最佳。在对混凝土布料机的放置位置规划完成后，可主动提示模板施工人员对混凝土布料机的放置位置提前做好模板支撑体系加固。

其中，对混凝土布料机的放置位置进行分区规划的具体方法例如图2所示，包括下述步骤S021～步骤S024，具体描述如下：

步骤S021：确定能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域的矩形区域。

举个例子，所述矩形区域例如为图3中的虚线框，其内部多边形为所述建筑主体结构施工区域。

步骤S022：确定所述混凝土布料机的浇筑范围的内接矩形，例如图4所示。

步骤S023：在所述矩形区域内按照从左到右、由上到下的顺序依次划分出多个所述内接矩形，其中，若最后一列内接矩形和最后一行内接矩形的外边会超过所述矩形区域，则将最后一列内接矩形和最后一行内接矩形的外边与所述矩形区域的外边对齐，出现的内边重叠区域只归属于在前划分出的内接矩形。

举个例子，例如按照所述步骤S023在图3所示矩形区域内最终划分出了图5所示的六个区域，分别称为区域1～区域6，则区域4与区域1的重叠区域只归属于区域1，区域5与区域2的重叠区域只归属于区域2，区域6与区域3的重叠区域只归属于区域3，区域3与区域2的重叠区域只归属于区域2，区域5与区域6的重叠区域只归属于区域5。

步骤S024：将规划好的各个内接矩形的中心点，作为混凝土布料机在本内接矩形内的放置位置，划分出的各个矩形分别覆盖了混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域；若当前确定的放置位置不能放置混凝土布料机，再微调混凝土布料机的放置位置。

具体的，机械臂布料机的放置位置，需要避开诸如电梯井、楼梯和卫生间等不能放置的位置，具体可通过建筑主体结构施工区域中电梯井、楼梯和卫生间等的区域坐标进行对比判断，同时与建筑外框留有一定的安全间距(例如3m的安全间隔)。也即是说，若当前确定的放置位置有障碍物或与建筑外框的距离小于安全间距，则判定当前确定的放置位置不能放置混凝土布料机，需适当微调混凝土布料机的放置位置。

步骤S03：分别在混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域内：对所述建筑主体结构三维立体模型中隶属于本施工区域内的各个浇筑结构件进行网格剖分，浇筑结构件的网格剖分间隔标准取决于浇筑结构件的尺寸和新拌混凝土的和易性；先按混凝土浇筑施工工艺确定不同类型浇筑结构件间的浇筑顺序，再对同一浇筑结构件的各个网格进行顺序编号，作为网格间的浇筑顺序，网格的垂直中心点为浇筑点位，点位浇筑量根据网格体积和混凝土流动性进行设定。

具体的，根据浇筑结构件的类型对所述建筑主体结构的三维立体模型进行拆解，形成剪力墙、柱、梁、板等不同类型的浇筑结构件，按混凝土浇筑施工工艺进行浇筑施工次序规划，一般是先浇筑剪力墙和柱，再浇筑梁，再浇筑板，最后浇筑其它(楼梯、特殊结构等)。又由于一个浇筑结构件往往很大，如果只在一个浇筑点位浇筑混凝土，由于混凝土流动性的问题，混凝土不会像水一样自动填充满这个浇筑结构件，所以要将拆解后的浇筑结构件切分成多个网格，一个网格为一个浇注点位。网格切大了混凝土不会像水一样自动填充满这个网格，切太小混凝土布料机的机械臂运动频繁启停，施工效率低，所以要有一套切分的标准，浇筑结构件的网格剖分间隔标准取决于浇筑结构件的尺寸和新拌混凝土的和易性设计浇筑结构件的网格剖分间隔标准。

由于剪力墙和柱的高度一般较大(2.8m以上)，一次性浇筑会导致模板结构内应力大于模板承载力，容易出现模板崩裂，导致混凝土流出模板，同时受新拌混凝土自身流动性的影响，浇筑高度太高，浇筑时间长，混凝土流动扩展面积大，不容易控制浇筑质量，导致堆积不均匀。因此，可以以高度1m～1.2m为标准区间进行剪力墙和柱均分切分，对剪力墙和柱进行分层多次浇筑。例如图6中示出的一个混凝土布料机浇筑范围内，包含剪力墙(简称墙)、柱、梁、板等不同类型的浇筑结构件，将墙和板都均分为三层，进行分层多次浇筑。

新拌混凝土具有和易性，又叫工作性，是一项综合性和衡量新拌混凝土质量优劣的重要指标，主要包括流动性、黏聚性、保水性。坍落度是混凝土和易性的测定方法与指标，通过预先对新拌混凝土坍落度试验，为后续网格剖分及路径规划提供参考价值。在某一实际应用场景下，新拌混凝土坍落度与工作性实验数据例如表1所示。

表1

级别	坍落度(mm)	应用场景	扩展度(mm)	Tv/s
					T1	<160	桥梁和公路	<550	5.8～12.5
T2	160～180	桥梁和公路	550～600	7.7～10.3
					T3	180～200	高层房建	600～700	7～10.5
T4	>200	中低层房建	>700	5～9.8

网格剖分的间距大小决定浇筑点位坐标，受新拌混凝土运输到施工现场的自身性能(流动性)影响，不同粘度的混凝土在浇筑后的流动水平有很大不同，浇筑结构件网格剖分后的结构形态、体积、浇筑时间、高度都会导致混凝土浇筑的流动扩展形态不同，影响最后的浇筑质量，粘度越大，浇筑后扩散面积越小，浇注点位越密集；坍落度越小，越要加快浇筑的速度。

基于此，对于不同类型的浇筑结构件，设定不同的网格剖分间隔标准，进行均匀切分，该间隔标准例如表2所示：

表2

类型	长/间隔(m)	宽(m)	高(m)
				剪力墙、柱	1～1.2	/	1～1.2
梁	0.6～0.8	/	/
				板	0.6～0.8	0.6～0.8	/
其它	0.6～0.8	0.6～0.8	1～1.2

例如图7所示，图7中的左下图为墙/柱的网格剖分示意图，左上图为左下图的平面图；中下图为梁的网格剖分示意图，中上图为中下图的平面图；右下图为板的网格剖分示意图，右上图为右下图的平面图。

对浇筑区域内的建筑主体结构的三维立体结构件进行均分网格剖分，网格的垂直中心点为浇筑点位。在对一建筑结构件网格剖分后，结合新拌混凝土的和易性(即粘度越大，浇筑后扩散面积越小，点位的位置越密集)，以该建筑结构件的总浇筑量(总体积)为控制标准，每个网格达到浇筑路径内的混凝土堆积均匀，不溢出为目的，对不同建筑结构件进行网格体点位路径和浇筑量规划。对于任一个建筑结构件内每个网格，如果点位浇筑量按网格体积一个个浇注，由于混凝土流动性，每个网格体积假设是1L，浇注1L，实际上因为混凝土流到了旁边网格范围内，第一个格子并没有1L，这个需要看网格混凝土能流动的方向，如果浇筑的是板面，它往周边相邻的网格流动，墙往左右两个方向流动，柱没有流动，梁正常往一个方向，交叉连接点部分根据情况可流动多个方向，所以针对不同的类型不同结构情况有不同的补偿措施，总之点位浇筑量是要根据网格体积和混凝土流动性进行设定。例如，同一浇筑结构件的起始若干个浇筑点位的点位浇筑量均大于网格体积，结束若干个浇筑点位的点位浇筑量均大于网格体积，剩余的中间浇筑点位的点位浇筑量均等于网格体积。

以某墙/柱为例，如图8所示：高度按分层进行切分，长度按间隔标准切分，按网格序号进行浇筑，考虑到新拌混凝土的流动性，起始点位按网格体积1.5倍进行浇筑，中间点位以网格体积为浇筑量，结束点位按网格体体积0.5倍进行浇筑。图8中斜线是混凝土浇筑后堆积的形态，如从右到左浇筑时混凝土会往左边流动。

以某梁为例，如图9所示：梁的特点是由多个长方体连接在一起的复杂结构体，基于机械臂工作有效区域分区后，对应梁也切分成了多个，按每个分区后的梁结构体进行网格剖分。具体步骤分为两个步骤：一、首先把连接在一起的长方体切断，形成一个个长方体。二、高度按设计标准不做切分，一般不会超过1m，长度按间隔标准切分，并按先外围再内部的方式进行网格顺序浇筑，外围形成闭环连通结构体，内部对一通、二通、三通或四通连接点进行长方体切分，并形成一个外框结构体和多个长方体，依据网格进行顺序编号，并按顺序浇筑，起始点位按网格体积1.5倍进行浇筑，中间点位按网格体积正常浇筑，结束点位按网格体积0.5倍进行浇筑。图9中斜线是混凝土浇注后堆积的形态，如从左到右浇注，则混凝土会往右边流动。

以某板为例，如图10所示：板高度一般在10cm，基于混凝土流体性质，网格切分相对密集，第一排点位按网格体积1.5倍进行浇筑，中间点位按网格体积正常浇筑，最后一排点位按网格体积0.5倍进行浇筑。

与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种混凝土布料机，包括：混凝土输送泵、混凝土布料机、流量计和控制器；所述控制器上存储有程序，所述程序运行时执行上述公开的任一种混凝土浇筑路径规划方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的混凝土布料机的控制器而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种混凝土浇筑路径规划方法，其特征在于，包括：

读取并解析建筑主体结构施工图，生成建筑主体结构三维立体模型；

根据所述建筑主体结构三维立体模型确定建筑主体结构施工区域，在所述建筑主体结构施工区域内对混凝土布料机的放置位置进行规划，使得混凝土布料机的浇筑范围或混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域；

分别在混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域内：对所述建筑主体结构三维立体模型中隶属于本施工区域内的各个浇筑结构件进行网格剖分，浇筑结构件的网格剖分间隔标准取决于浇筑结构件的尺寸和新拌混凝土的和易性；先按混凝土浇筑施工工艺确定不同类型浇筑结构件间的浇筑顺序，再对同一浇筑结构件的各个网格进行顺序编号，作为网格间的浇筑顺序，网格的垂直中心点为浇筑点位，点位浇筑量根据网格体积和混凝土流动性进行设定；

其中，当需要混凝土布料机分多次移机时，所述对混凝土布料机的放置位置进行规划，包括：确定能够完全覆盖所述建筑主体结构施工区域的矩形区域；确定所述混凝土布料机的浇筑范围的内接矩形；在所述矩形区域内按照从左到右、由上到下的顺序依次划分出多个所述内接矩形；其中，若最后一列内接矩形和最后一行内接矩形的外边会超过所述矩形区域，则将最后一列内接矩形和最后一行内接矩形的外边与所述矩形区域的外边对齐，出现的内边重叠区域只归属于在前划分出的内接矩形；将划分出的各个内接矩形的中心点，作为混凝土布料机在本内接矩形内的放置位置，划分出的各个内接矩形分别覆盖了混凝土布料机放置于相应位置时所需负责的施工区域；若当前确定的放置位置不能放置混凝土布料机，再微调混凝土布料机的放置位置。

2.根据权利要求1所述的混凝土浇筑路径规划方法，其特征在于，所述读取并解析建筑主体结构施工图，生成建筑主体结构的三维立体模型，包括：

读取建筑主体结构施工图，解析得到建筑主体结构的尺寸、坐标、形状和浇筑结构件；

在以自动和/或人工形式对所述浇筑结构件进行分类标识后，基于所述建筑主体结构施工图生成建筑主体结构的三维立体模型。

3.根据权利要求1所述的混凝土浇筑路径规划方法，其特征在于，若当前确定的放置位置有障碍物或与建筑外框的距离小于安全间距，则判定当前确定的放置位置不能放置混凝土布料机。

4.根据权利要求1所述的混凝土浇筑路径规划方法，其特征在于，所述在所述建筑主体结构三维立体模型所覆盖的平面区域内，对混凝土布料机的放置位置进行规划，使得混凝土布料机的浇筑范围或混凝土布料机分多次移机后总的浇筑范围能够完全覆盖所述平面区域之后，还包括：

提示模板施工人员对混凝土布料机的放置位置提前做好模板支撑体系加固。

5.根据权利要求1所述的混凝土浇筑路径规划方法，其特征在于，所述点位浇筑量根据网格体积和混凝土流动性进行设定，包括：

同一浇筑结构件的起始若干个浇筑点位的点位浇筑量均大于网格体积，结束若干个浇筑点位的点位浇筑量均小于网格体积，剩余的中间浇筑点位的点位浇筑量均等于网格体积。

6.根据权利要求5所述的混凝土浇筑路径规划方法，其特征在于，同一浇筑结构件的起始浇筑点位的点位浇筑量设置为网格体积的1.5倍，结束浇筑点位的点位浇筑量设置为网格体积的0.5倍。

7.一种混凝土布料机，其特征在于，包括：混凝土输送泵、混凝土布料机、流量计和控制器；所述控制器上存储有程序，所述程序运行时执行权利要求1-6中任一项所述的混凝土浇筑路径规划方法。