CN117284942A - 一种模块化建筑的施工装备系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化建筑的施工装备系统包括，地面吊车、模块垂直运输装置和全自动多自由度模块化建造平台；地面吊车，用于将建筑模块从运输车上转移到模块垂直运输装置；模块垂直运输装置包括垂直运输轨道与模块放置平台；垂直运输轨道以拼接的方式沿模块化建筑高度方向延伸，并固定在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的一侧；模块放置平台设置在所述垂直运输轨道上，并沿垂直运输轨道上下往复运动；模块放置平台，用于承载建筑模块并将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；全自动多自由度模块化建造平台，用于在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块。本发明减少了高空作业人员数量，提升了模块化建筑施工效率。

Description

一种模块化建筑的施工装备系统及施工方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑结构施工技术领域，特别是指一种模块化建筑的施工装备系统及施工方法。

背景技术

现代建筑领域中，模块化建筑已成为一种热点和趋势。模块化建筑的集成度高、标准化程度高，相较于传统现浇建筑和基于预制构件的装配式建筑，其施工周期更短、施工质量更稳定，进一步提高了建筑的建造效率和施工质量。模块划分主要根据建筑户型来确定，模块化建筑适用于公寓、住宅、酒店、宿舍、办公等各类建筑，随着建筑工业化的发展，模块化建筑的应用越来越广泛。

但目前在进行模块吊装过程中，吊装设备还是采用传统的塔式起重机，吊装效率低，安装定位精度难以保障，需要大量高空作业人员，而且起吊过程还容易受到天气情况的影响。现有的模块吊装设备和施工方法不能充分发挥模块化建筑的施工效率优势，还会增加施工安全风险。

如中国发明专利申请CN108518075A公开的一种模块化建筑吊装系统及其吊装方法、中国发明专利申请CN108569629A公开的一种自升式高层模块化建筑吊装设备及施工方法、中国发明专利申请CN106592986A公开的一种整体式卫生间模块化吊装方法、中国发明专利申请CN115849176A公开的一种装配式建筑模块吊装设备，以及中国实用新型专利CN214942574U公开的一种装配式建筑模块吊装装置，目前建筑行业内装配式建筑吊装施工普遍采用塔式起重机，模块化建筑不同于基于预制构件的装配式建筑，建筑模块的质量和体积远大于预制构件，对起重机起重能力要求更高；并且模块集成度较高，在工厂阶段模块内部便集成了装饰装修，部分装修在振动、晃动中容易损坏，对吊装过程的稳定性也提出了更高要求。

现有技术中吊装设备多采用柔性垂直运输装置，垂直运输速度偏低，稳定性也较差，并且还需要塔式起重机配合，有些设备仅适用于低层建筑。而且现有技术中吊装设备下面的吊装空间有限，也限制了建筑模块形式。

发明内容

本发明提供了一种模块化建筑的施工装备系统及施工方法，以解决现有技术中模块化建筑施工效率低、依赖人工、安全性差，建筑模块垂直运输速度低、稳定性差，以及吊装空间有限的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明的一个目的在于提供一种模块化建筑的施工装备系统，所述施工装备系统包括地面吊车、模块垂直运输装置和全自动多自由度模块化建造平台；

所述地面吊车，用于将建筑模块从运输车上转移到所述模块垂直运输装置；

所述模块垂直运输装置，用于将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；

所述全自动多自由度模块化建造平台，用于在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块。

在一个较佳的实施例中，所述地面吊车配置自平衡吊架，用于抓取建筑模块，并将建筑模块从运输车上转移到所述模块垂直运输装置的模块放置平台。

在一个较佳的实施例中，所述自平衡吊架与所述地面吊车通过吊钩简易连接。

在一个较佳的实施例中，建筑模块预埋定位装置；所述自平衡吊架通过识别建筑模块的定位装置抓取建筑模块。

在一个较佳的实施例中，所述模块垂直运输装置包括垂直运输轨道与模块放置平台；所述垂直运输轨道以拼接的方式沿模块化建筑高度方向延伸，并固定在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的一侧；

所述模块放置平台设置在所述垂直运输轨道上，并沿所述垂直运输轨道上下往复运动；所述模块放置平台，用于承载建筑模块并将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层。

在一个较佳的实施例中，所述全自动多自由度模块化建造平台包括支撑桁架和自提升装置；

所述支撑桁架安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的外立面，或者安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的内部核心筒/剪力墙；

所述自提升装置，用于驱动所述支撑桁架随模块化建筑的施工进度向上爬升。

在一个较佳的实施例中，所述全自动多自由度模块化建造平台还包括平台天车、天车导轨和多尺度智能机械夹具；

所述平台天车通过所述天车导轨悬挂在所述支撑桁架上，所述平台天车沿所述天车导轨水平移动，使所述平台天车的移动范围覆盖已完成施工的模块化建筑的整个楼面；

所述多尺度智能机械夹具安装在所述平台天车上，通过识别建筑模块的定位装置抓取建筑模块；

所述多尺度智能机械夹具沿平台天车水平移动、竖直方向上下移动，以及绕自身旋转；平台天车与多尺度智能机械夹具组合运动，使建筑模块定位到任意一个水平位置；多尺度智能机械夹具竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块的角度，将建筑模块安装在模块化建筑的施工楼层的安装位置。

本发明的另一个目的在于提供一种模块化建筑的施工方法，利用本发明提供的一种模块化建筑的施工装备系统对模块化建筑进行施工，包括：

S1、运输车将建筑模块运输到模块化建筑的施工场地；

S2、地面吊车将建筑模块从运输车上转移到模块垂直运输装置；

S3、所述模块垂直运输装置将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；

S4、全自动多自由度模块化建造平台在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块；

S5、当模块化建筑完成一层施工后，自提升装置驱动所述支撑桁架向上爬升一层，重复步骤S1至S4继续对模块化建筑施工。

在一个较佳的实施例中，在步骤S2中，所述地面吊车的自平衡吊架通过识别建筑模块的定位装置抓取建筑模块，将建筑模块转移到模块垂直运输装置的模块放置平台；

在步骤S3中，模块放置平台承载建筑模块并将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；

在步骤S4中，多尺度智能机械夹具通过识别建筑模块的定位装置，从模块放置平台抓取建筑模块；多尺度智能机械夹具，根据建筑模块的安装位置规划移动路径；

平台天车按照多尺度智能机械夹具规划的移动路径，平台天车与多尺度智能机械夹具组合运动，使建筑模块定位到任意一个水平位置；多尺度智能机械夹具竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块的角度，将多尺度智能机械夹具抓取的建筑模块运输至安装位置；

在模块化建筑的施工楼层，相邻建筑模块之间进行节点连接，并对现浇部分进行浇筑施工。

本发明上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

本发明提供一种模块化建筑的施工装备系统及施工方法，减少了现场人员的投入和高空作业人员数量，提升了模块化建筑施工效率，降低了施工安全风险，保障施工安全性，尤其适合高层建筑的施工。

本发明提供一种模块化建筑的施工装备系统及施工方法，建筑模块垂直运输速度快、稳定性高，对吊装空间要求低，可以在空间较小的条件下完成建筑模块吊装。本发明实现对建筑模块的快速识别、稳定提升和精准安装，提高了建筑模块的安装定位精度，促进智能建造的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明一种模块化建筑的施工装备系统的三维示意图。

图2是本发明一种模块化建筑的施工装备系统的侧面示意图。

图3是本发明一种模块化建筑的施工装备系统的全自动多自由度模块化建造平台安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的内部核心筒/剪力墙的示意图。

图4是本发明建筑模块从运输车上转移到模块垂直运输装置的示意图。

图5是本发明建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层的示意图。

图6是本发明全自动多自由度模块化建造平台在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块的的示意图。

图7是本发明全自动多自由度模块化建造平台向上爬升一层的示意图。

附图标记：

1、自平衡吊架；2、地面吊车；3、模块放置平台；4、垂直运输轨道；5、多尺度智能机械夹具；6、平台天车；7、天车导轨；8、支撑桁架；9、建筑模块；10、模块化建筑；11、地面；12、核心筒/剪力墙；13、运输车。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的器件或者物件涵盖出现在该词后面列举的器件或者物件及其等同，而不排除其他器件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

结合图1和图2，根据本发明的实施例，提供一种模块化建筑的施工装备系统包括地面吊车2、模块垂直运输装置和全自动多自由度模块化建造平台。

地面吊车2，用于将建筑模块9从运输车13上转移到模块垂直运输装置。地面吊车2配置自平衡吊架1，用于抓取建筑模块9。自平衡吊架1与地面吊车2通过吊钩简易连接(如图4所示)。

模块垂直运输装置，用于将建筑模块9从地面11运输到模块化建筑10的施工楼层。模块垂直运输装置包括垂直运输轨道4与模块放置平台3。

进一步地，建筑模块9预埋定位装置，自平衡吊架1通过识别建筑模块9的定位装置抓取建筑模块9。地面吊车2通过自平衡吊架1抓取建筑模块9，将建筑模块9从运输车上转移到模块垂直运输装置的模块放置平台3。

本发明地面吊车2通过自平衡吊架1定位和抓取建筑模块9，将建筑模块9从运输车13上转移到模块垂直运输装置的模块放置平台3的过程中，始终保持平衡，可以减少地面人员手动用吊钩挂建筑模块9以及调平吊架和建筑模块9的环节。

在一些实施例中，建筑模块9为混凝土模块或钢模块。

根据本发明的实施例，垂直运输轨道4以拼接的方式沿模块化建筑10高度方向延伸，并固定在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑10的一侧。当完成模块化建筑10的一层施工后，沿模块化建筑10高度方向以拼接的方式延长垂直运输轨道4。

模块放置平台3设置在垂直运输轨道4上，并沿垂直运输轨道4上下往复运动。模块放置平台3，用于承载建筑模块9并将建筑模块9从地面11运输到模块化建筑10的施工楼层。

本发明模块放置平台3承载建筑模块9沿垂直运输轨道4向上运动，将建筑模块9从地面11运输到模块化建筑10的施工楼层的过程中，能确保安全平稳运输建筑模块9，减少质量问题和安全事故。

全自动多自由度模块化建造平台，用于在模块化建筑10的施工楼层安装建筑模块9。具体地，全自动多自由度模块化建造平台包括支撑桁架8、自提升装置、平台天车6、天车导轨7和多尺度智能机械夹具5。

支撑桁架8是全自动多自由度模块化建造平台的结构骨架，支撑桁架8安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑10的外立面，或者安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的内部核心筒/剪力墙12。

如图1和图2所示，支撑桁架8安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑10的外立面，从而将全自动多自由度模块化建造平台安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑10的外立面。

在另一个实施例中，如图3所示，支撑桁架8安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的内部核心筒/剪力墙12，从而将全自动多自由度模块化建造平台安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑10的核心筒/剪力墙12。

自提升装置，用于驱动支撑桁架8随模块化建筑10的施工进度向上爬升，从而驱动将全自动多自由度模块化建造平台随模块化建筑10的施工进度向上爬升。本实施例的附图中未示出自提升装置，应当理解，本领域技术人员根据具体的施工需要设置提升装置，只要能够实现在完成模块化建筑10的一层施工后，将全自动多自由度模块化建造平台向上爬升一层即可。

根据本发明的实施例，平台天车6通过天车导轨7悬挂在支撑桁架8上，平台天车6沿天车导轨7水平移动，使平台天车6的移动范围覆盖已完成施工的模块化建筑10的整个楼面。多尺度智能机械夹具5安装在平台天车6上，多尺度智能机械夹具5通过识别建筑模块9的定位装置抓取建筑模块9。多尺度智能机械夹具5沿平台天车6水平移动，并被配置为上下移动和旋转运动，以将建筑模块9精准的安装在模块化建筑10的施工楼层的安装位置。

多尺度智能机械夹具5沿天车水平移动、竖直方向上下移动，以及绕自身旋转。平台天车6沿天车导轨7水平移动，多尺度智能机械夹具5沿平台天车水平移动，平台天车6与多尺度智能机械夹具5组合运动，使建筑模块9定位到任意一个水平位置，多尺度智能机械夹具5竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块9的角度，将建筑模块9安装在模块化建筑9的施工楼层的安装位置。

具体地，支撑桁架8具有施工平台，天车导轨7固定在支撑桁架8的施工平台，如图1、图2和图3所示。

多尺度智能机械夹具5抓取建筑模块9，根据建筑模块9的安装位置规划移动路径。平台天车6按照多尺度智能机械夹具5规划的移动路径，将多尺度智能机械夹具5抓取的建筑模块9，平台天车6沿天车导轨7水平移动，多尺度智能机械夹具5沿平台天车6水平移动，平台天车6与多尺度智能机械夹具5组合运动，使建筑模块9定位到任意一个水平位置。多尺度智能机械夹具5竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块9的角度，将建筑模块9安装在模块化建筑9的施工楼层的安装位置。

在模块化建筑9的施工楼层，相邻建筑模块9之间进行节点连接，并对现浇部分进行浇筑施工，直至完成模块化建筑10的施工楼层的全部施工。

本发明通过多尺度智能机械夹具5根据建筑模块9的安装位置规划移动路径，将建筑模块9精准放置于安装位置，实现精准抓取和放置。多尺度智能机械夹具5根据建筑模块9的安装位置规划移动路径的算法，本领域技术人员可采用现有的路径规划算法实现，本发明不做具体的限定。

在一些实施例中，多尺度智能机械夹具5可调节，以适用于抓取不同尺寸的建筑模块9。

根据本发明的实施例，提供一种模块化建筑的施工方法，利用本发明提供的一种模块化建筑的施工装备系统对模块化建筑进行施工，包括：

步骤S1、运输车13将建筑模块9运输到模块化建筑的施工场地。

步骤S2、地面吊车2将建筑模块9从运输车13上转移到模块垂直运输装置。

如图4所示，运输车13将建筑模块9运输到模块化建筑的施工场地，地面吊车2的自平衡吊1架通过识别建筑模块9的定位装置抓取建筑模块9。地面吊车2通过自平衡吊架1抓取建筑模块9，将建筑模块9从运输车13上转移到模块垂直运输装置的模块放置平台3。

步骤S3、模块垂直运输装置将建筑模块9从地面运输到模块化建筑10的施工楼层。

如图5所示，启动平台模块垂直运输装置，模块放置平台3承载建筑模块9沿垂直运输轨道4向上运动，并将建筑模块9从地面11运输到模块化建筑10的施工楼层。

步骤S4、全自动多自由度模块化建造平台在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块。

如图6所示，多尺度智能机械夹具5通过识别建筑模块9的定位装置，从模块放置平台3抓取建筑模块9。多尺度智能机械夹具5，根据建筑模块9的安装位置规划移动路径。

平台天车6按照多尺度智能机械夹具5规划的移动路径，将多尺度智能机械夹具5抓取的建筑模块9。平台天车6沿天车导轨7水平移动，多尺度智能机械夹具5沿平台天车6水平移动，平台天车6与多尺度智能机械夹具5组合运动，使建筑模块9定位到任意一个水平位置。多尺度智能机械夹具5竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块9的角度，将建筑模块9安装在模块化建筑10的施工楼层的安装位置。

在模块化建筑10的施工楼层，相邻建筑模块9之间进行节点连接，并对现浇部分进行浇筑施工。

步骤S5、当模块化建筑完成一层施工后，自提升装置驱动所述支撑桁架向上爬升一层，重复步骤S1至S4继续对模块化建筑施工。

如图7所示，当模块化建筑10完成一层施工后，自提升装置驱动支撑桁架8向上爬升一层，从而驱动全自动多自由度模块化建造平台向上爬升一层，同时沿模块化建筑10高度方向以拼接的方式延长垂直运输轨道4。

重复步骤S1至S4继续对模块化建筑10施工。

本发明可以有效减少高空作业人员数量，提高建筑模块吊装效率和精度，从而节省建筑工期，降低施工安全风险。本发明可以实现对建筑模块的快速识别、稳定提升和精准安装，从而提升模块化建筑建造效率和精度，保障建筑施工质量，减少高空作业人员数量，降低施工安全风险。

有以下几点需要说明：

(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的器件被称作位于另一器件“上”或“下”时，该器件可以“直接”位于另一器件“上”或“下”或者可以存在中间器件。

(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种模块化建筑的施工装备系统，其特征在于，所述施工装备系统包括地面吊车、模块垂直运输装置和全自动多自由度模块化建造平台；

所述地面吊车，用于将建筑模块从运输车上转移到所述模块垂直运输装置；

所述模块垂直运输装置，用于将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；

所述全自动多自由度模块化建造平台，用于在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块。

2.根据权利要求1所述的施工装备系统，其特征在于，所述地面吊车配置自平衡吊架，用于抓取建筑模块，并将建筑模块从运输车上转移到所述模块垂直运输装置的模块放置平台。

3.根据权利要求2所述的施工装备系统，其特征在于，所述自平衡吊架与所述地面吊车通过吊钩简易连接。

4.根据权利要求2所述的施工装备系统，其特征在于，建筑模块预埋定位装置；所述自平衡吊架通过识别建筑模块的定位装置抓取建筑模块。

5.根据权利要求1所述的施工装备系统，其特征在于，所述模块垂直运输装置包括垂直运输轨道与模块放置平台；所述垂直运输轨道以拼接的方式沿模块化建筑高度方向延伸，并固定在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的一侧；

所述模块放置平台设置在所述垂直运输轨道上，并沿所述垂直运输轨道上下往复运动；所述模块放置平台，用于承载建筑模块并将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层。

6.根据权利要求1所述的施工装备系统，其特征在于，所述全自动多自由度模块化建造平台包括支撑桁架和自提升装置；

所述支撑桁架安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的外立面，或者安装在已完成施工且具有足够承载能力的模块化建筑的内部核心筒/剪力墙；

所述自提升装置，用于驱动所述支撑桁架随模块化建筑的施工进度向上爬升。

7.根据权利要求6所述的施工装备系统，其特征在于，所述全自动多自由度模块化建造平台还包括平台天车、天车导轨和多尺度智能机械夹具；

所述平台天车通过所述天车导轨悬挂在所述支撑桁架上，所述平台天车沿所述天车导轨水平移动，使所述平台天车的移动范围覆盖已完成施工的模块化建筑的整个楼面；

所述多尺度智能机械夹具安装在所述平台天车上，通过识别建筑模块的定位装置抓取建筑模块；

所述多尺度智能机械夹具沿平台天车水平移动、竖直方向上下移动，以及绕自身旋转；平台天车与多尺度智能机械夹具组合运动，使建筑模块定位到任意一个水平位置；多尺度智能机械夹具竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块的角度，将建筑模块安装在模块化建筑的施工楼层的安装位置。

8.一种模块化建筑的施工方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一权利要求所述的施工装备系统对模块化建筑进行施工，包括：

S1、运输车将建筑模块运输到模块化建筑的施工场地；

S2、地面吊车将建筑模块从运输车上转移到模块垂直运输装置；

S3、所述模块垂直运输装置将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；

S4、全自动多自由度模块化建造平台在模块化建筑的施工楼层安装建筑模块；

S5、当模块化建筑完成一层施工后，自提升装置驱动所述支撑桁架向上爬升一层，重复步骤S1至S4继续对模块化建筑施工。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，在步骤S2中，所述地面吊车的自平衡吊架通过识别建筑模块的定位装置抓取建筑模块，将建筑模块转移到模块垂直运输装置的模块放置平台；

在步骤S3中，模块放置平台承载建筑模块并将建筑模块从地面运输到模块化建筑的施工楼层；

在步骤S4中，多尺度智能机械夹具通过识别建筑模块的定位装置，从模块放置平台抓取建筑模块；多尺度智能机械夹具，根据建筑模块的安装位置规划移动路径；

平台天车按照多尺度智能机械夹具规划的移动路径，平台天车与多尺度智能机械夹具组合运动，使建筑模块定位到任意一个水平位置；多尺度智能机械夹具竖直方向上下移动、绕自身旋转调整建筑模块的角度，将多尺度智能机械夹具抓取的建筑模块运输至安装位置；

在模块化建筑的施工楼层，相邻建筑模块之间进行节点连接，并对现浇部分进行浇筑施工。