CN117292062A - 一种装配式建筑质量实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式建筑质量实时监测系统，包括：设计监测模块、生产监测模块、运输监测模块和施工监测模块；所述设计监测模块，用于监测装配式预制构件的设计；所述生产监测模块，用于对生产的装配式预制构件进行三维建模，通过三维模型对所述装配式预制构件的质量进行监测；所述运输监测模块，用于采集运输过程中的信息，对所述装配式预制构件的运输过程进行监测；所述施工监测模块，用于利用多源数据对所述装配式预制构件的装配过程进行监测。本发明能够实现对装配式建筑的设计生产到运输到施工的全面监测，充分利用现代化信息技术有效管控构件质量，保证装配式建筑工程质量。

Description

一种装配式建筑质量实时监测系统

技术领域

本发明属于工程质量控制领域，尤其涉及一种装配式建筑质量实时监测系统。

背景技术

装配式建筑是指将传统施工方式中的大量现场作业转移到工厂，建筑构件及配件在工厂加工，运至施工现场，通过可靠连接在现场组装而成的建筑。装配式建筑主要包括装配式混凝土结构、钢结构、现代木结构等。由于采用标准化设计、工厂化生产、装配式施工、信息化管理、智能化应用，是现代工业生产方式的代表。

由于生产工厂与装配地点分离，因此，装配式建筑的质量控制一般包括两个阶段，分别是施工前和施工中，施工前主要是对预制构件的设计及制造过程进行质量控制，而施工中则主要是对预制构件的安装过程进行质量控制。目前，常用的建筑施工监测方法主要有：一是人力监控，借助全站仪、水准仪等进行人工采集，工程量大且具有一定的局部限性，数据滞后严重，且测量结果有一定的主观性；二是RFID采集，即通过无线射频识别进行施工信息采集，但这种方法要求建筑以及各构件本身要附有足够的RFID标签，成本大、复杂性高，且采集的数据密度不一，时效滞后。装配式建筑施工精度要求高，施工速度快，对施工进度的监测也就提出了更高的要求，传统监测方法已无法有效发挥装配式建筑的技术优势，阻碍了装配式建筑的发展，并且现有的监测方法全部是对装配式建筑的其中一个施工阶段进行监测，还未有对装配式建筑的设计生产到运输到施工的全面监测，因此，亟需提出一种装配式建筑质量实时监测系统，来提高装配式建筑的装配进度，并精确地对装配式建筑进行全面质量监控。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种装配式建筑质量实时监测系统，能提高装配式建筑的装配进度，并精确地对装配式建筑进行全面质量监控。

为实现上述目的，本发明提供了一种装配式建筑质量实时监测系统，包括：设计监测模块、生产监测模块、运输监测模块、施工监测模块和显示模块；

所述设计监测模块，用于对装配式预制构件的设计进行监测；

所述生产监测模块，用于对生产的装配式预制构件进行三维建模，通过三维模型对所述装配式预制构件的质量进行监测；

所述运输监测模块，用于采集运输过程中的信息，对所述装配式预制构件的运输过程进行监测；

所述施工监测模块，用于利用多源数据对所述装配式预制构件的装配过程进行监测；

所述显示模块，用于显示各个模型的监测数据；

所述监测模块、生产监测模块、运输监测模块和施工监测模块依次连接，并均与所述显示模块连接。

可选地，所述生产监测模块包括：构建单元和第一判断单元；

所述构建单元，用于对生产的所述装配式预制构件构建三维模型；

所述第一判断单元，用于对所述三维模型和设计阶段的设计三维模型进行对比，基于二者的误差阈值，判断生产的所述装配式预制构件是否符合质量要求。

可选地，所述构建单元包括：第一构建子单元、第二构建子单元；

所述第一构建子单元，用于根据所述装配式预制构件的实际图像生成第一三维模型；

所述第二构建子单元，用于利用超声波获取所述装配式预制构件的第二三维模型。

可选地，所述判断单元包括：图像判断子模型；

所述图像判断子模型，用于比较所述第一三维模型和所述第二三维模型之间的误差；若所述误差小于第一预设阈值，则将所述第一三维模型视为最终的所述三维模型；否则，利用所述第一构建子单元重新获取所述装配式预制构件的实际图像，并生成新的所述第一三维模型，继续将所述第一三维模型和所述第二三维模型进行对比，直至所述误差小于所述第一预设阈值。

可选地，所述施工监测模块包括：多源模型构建单元、数据库和第二判断单元；

所述多源模型构建单元，用于采集施工过程中所述装配式预制构件的点云数据、倾斜影像数据和装配参数；其中，所述装配参数包括：所述装配式预制构件的拼缝宽度、倾斜角度数据和形变数据，并基于采集的多源数据构建三维施工模型；

所述数据库，用于存储预设的BIM三维模型和采集的多源数据；其中，预设的所述BIM三维模型为设计人员利用建筑施工图纸设计的BIM三维模型；

所以第二判断单元，用于对所述三维施工模型和所述BIM三维模型进行比较，获取装配过程中的监测结果。

可选地，多源模型构建单元包括：第三构建子单元、第四构建子单元、采集子单元和融合单元；

所述第三构建子单元，用于利用无人机采集施工过程中所述装配式预制构件的点云数据，利用所述点云数据构建点云三维模型；

所述第四构建子单元，用于利用无人机采集施工过程中所述装配式预制构件的倾斜影像数据，利用所述倾斜影像数据构建数字三维模型；

所述采集子单元，用于利用传感器，采集所述装配式预制构件的装配参数；

所述融合单元，用于对所述点云三维模型和数字三维模型进行配准，并融入所述装配参数，获得所述三维施工模型。

可选地，所述设计监测模块，用于监测装配式预制构件的设计包括：

利用所述BIM三维模型导出所述装配式预制构件的尺寸信息和材质信息，由设计人员对所述尺寸信息和材质信息进行确认，将确认后的所述尺寸信息和材质信息发送至预制构件的生产商。

可选地，所述运输监测模块包括：路线规划单元、信息采集单元和监督单元；

所述路线规划单元，用于根据导航和勘测的路径信息，规划最佳的运输路线；

所述信息采集单元，用于基于最佳的运输路线采集运输过程中的运输信息，所述运输信息包括：运输时长、运输环境参数和运输距离；

所述监督单元，用于利用所述运输信息，预估对所述装配式预制构件的影响因素，利用所述影响因素预测对所述装配式预制构件合格率的影响。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明通过设计监测模块监测装配式预制构件的设计，通过生产监测模块对生产的装配式预制构件进行三维建模，通过三维模型对装配式预制构件的质量进行监测，通过运输监测模块采集运输过程中的信息，对装配式预制构件的运输过程进行监测，通过施工监测模块利用多源数据对装配式预制构件的装配过程进行监测；相较于通过工作人员对预制构件逐个进行检查，本发明使监测变得简便化，更容易实施，大大提升了建筑工程监测的工作效率，使得装配式建筑的搭建进度不易受到影响。

本发明能够实现对装配式建筑的设计生产到运输到施工的全面监测，充分利用现代化信息技术有效管控构件质量，保证装配式建筑工程质量。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的装配式建筑质量实时监测系统结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，本实施例提出了一种装配式建筑质量实时监测系统，包括：设计监测模块、生产监测模块、运输监测模块、施工监测模块和显示模块；

设计监测模块，用于对装配式预制构件的设计进行监测；

生产监测模块，用于对生产的装配式预制构件进行三维建模，通过三维模型对装配式预制构件的质量进行监测；

运输监测模块，用于采集运输过程中的信息，对装配式预制构件的运输过程进行监测；

施工监测模块，用于利用多源数据对装配式预制构件的装配过程进行监测；

显示模块，用于显示各个模型的监测数据；

监测模块、生产监测模块、运输监测模块和施工监测模块依次连接，并均与显示模块连接。

进一步地，生产监测模块包括：构建单元和第一判断单元；

构建单元，用于对生产的装配式预制构件构建三维模型；

第一判断单元，用于对三维模型和设计阶段的设计三维模型进行对比，基于二者的误差阈值，判断生产的装配式预制构件是否符合质量要求。

进一步地，构建单元包括：第一构建子单元、第二构建子单元；

第一构建子单元，用于根据装配式预制构件的实际图像生成第一三维模型；

第二构建子单元，用于利用超声波获取装配式预制构件的第二三维模型。

进一步地，判断单元包括：图像判断子模型；

图像判断子模型，用于比较第一三维模型和第二三维模型之间的误差；若误差小于第一预设阈值，则将第一三维模型视为最终的三维模型；否则，利用第一构建子单元重新获取装配式预制构件的实际图像，并生成新的第一三维模型，继续将第一三维模型和第二三维模型进行对比，直至误差小于第一预设阈值。

在对生产的装配式预制构件进行监测时，首先按照常规的方式利用预制构件的实际图像生成预制构件的第一三维模型，随后再利用超声波获取预制构件的超声波图像生成预制构件的第二三维模型，然后将第一三维模型与第二三维模型进行误差比较，直至误差小于预设的第一误差阈值时将第一三维模型定为实际三维模型。此操作是因为建筑现场的环境影响因素过多，获取到的实际图像易受到影响，仅通过实际图像生成三维模型并不能保证模型的准确度，因此引入超声波的方式生成第二三维模型，相当于对三维模型进行优化，从而使得生成的实际三维模型尽可能地准确。最后再将得到的实际三维模型与导出的设计三维模型进行对比，基于与第二误差阈值判断预制构件是否符合要求。相较于通过工作人员对预制构件逐个进行检查，大大提升了建筑工程监测的工作效率，使得装配式建筑的搭建进度不易受到影响。

进一步地，施工监测模块包括：多源模型构建单元、数据库和第二判断单元；

多源模型构建单元，用于采集施工过程中装配式预制构件的点云数据、倾斜影像数据和装配参数；其中，装配参数包括：装配式预制构件的拼缝宽度、倾斜角度数据和形变数据，并基于采集的多源数据构建三维施工模型；

数据库，用于存储预设的BIM三维模型和采集的多源数据；其中，预设的BIM三维模型为设计人员利用建筑施工图纸设计的BIM三维模型；是用于表征基于规范标准的用于预设对比作用的BIM三维模型；

所以第二判断单元，用于对三维施工模型和BIM三维模型进行比较，获取装配过程中的监测结果。

进一步地，多源模型构建单元包括：第三构建子单元、第四构建子单元、采集子单元和融合单元；

第三构建子单元，用于利用无人机采集施工过程中装配式预制构件的点云数据，利用点云数据构建点云三维模型；

第四构建子单元，用于利用无人机采集施工过程中装配式预制构件的倾斜影像数据，利用倾斜影像数据构建数字三维模型；

采集子单元，用于利用传感器，采集装配式预制构件的装配参数；

融合单元，用于对点云三维模型和数字三维模型进行配准，并融入装配参数，获得三维施工模型。

在无人机上同时搭载高清摄像机，用于采集施工过程中的倾斜航空影像。由于高清摄像机和激光雷达搭载到一个无人机上，因此只需要设置高清摄像机的拍摄角度和拍摄对象点，拍摄对象点是指针对于监测对象表面的目标点，如装配式预制构件个数、方位。在拍摄过程中采用采用带状倾斜航空摄影+环状倾斜航空摄影的技术方案，在进行带状倾斜航空摄影时利用无人机飞控系统控制高清摄像机镜头角度，按照垂直向下、前视45°、后视45°、左侧视45°、右侧视45°等5个方向分别获取航空影像数据，形成监测区域带状倾斜摄影测量数据。在进行无人机环状影像数据获取是利用无人机对进行环绕式拍摄，从目标周围均匀采集施工影像。

够建点云三维模型前还包括：对点云数据进行预处理，具体为：

剔除点云数据中的噪声值和异常值，获得有效点云数据；

对有效点云数据进行滤波，完成点云数据预处理。

构建数字三维模型前还包括：对倾斜影像数据进行预处理，具体为：

去除倾斜航空影像数据中的噪声图像，对保留的倾斜航空影像数据进行图像匀光处理和空三平差处理。

获得三维施工模型包括：

提取数字三维模型中的标志物，选取若干标志物的特征点，获取标志物的特征点的像素坐标，并获取特征点的点云坐标，利用灰度加权方法对像素坐标和点云坐标进行融合，得到全部特征点的标记信息，利用全部标记信息构建初始三维施工模型，再将装配参数融入到初始三维施工模型中，获得三维施工模型。

进一步地，设计监测模块，用于监测装配式预制构件的设计包括：

利用BIM三维模型导出装配式预制构件的尺寸信息和材质信息，由设计人员对尺寸信息和材质信息进行确认，将确认后的尺寸信息和材质信息发送至预制构件的生产商。

进一步地，运输监测模块包括：路线规划单元、信息采集单元和监督单元；

路线规划单元，用于根据导航和勘测的路径信息，规划最佳的运输路线；

信息采集单元，用于基于最佳的运输路线采集运输过程中的运输信息，运输信息包括：运输时长、运输环境参数和运输距离；

监督单元，用于利用运输信息，预估对装配式预制构件的影响因素，利用影响因素预测对装配式预制构件合格率的影响。

根据运输信息、存储信息、出厂合格率、材料的影响因素预测整个过程的合格率，建立多元线性回归模型，即同时考虑运输时长、运输环境参数、运输距离、存储信息等影响因素，以影响因素为自变量，以合格率为因变量建立多元线性回归模型，基于模型获得合格率，当预测的合格率超出了正常的建筑材料的损耗范围以后，可以通过调节不同影响因素来提高合格率，例如，通过调节运输过程中的运输环境参数，减少运输时的运输量，运输的预制构件的数量越多，预制构建的损坏率就越高，运输的时长越长，受到损坏的可能性越大。其中储信息包括存储时长和存储环境参数；运输环境参数是根据运输过程中的路面颠簸程度、平均行驶速度装载高度、装载宽度、装在长度、装载质量计算出的，路面颠簸程度与平均行驶速度、车和地面的夹角有关。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，包括：设计监测模块、生产监测模块、运输监测模块、施工监测模块和显示模块；

所述设计监测模块，用于对装配式预制构件的设计进行监测；

所述生产监测模块，用于对生产的装配式预制构件进行三维建模，通过三维模型对所述装配式预制构件的质量进行监测；

所述运输监测模块，用于采集运输过程中的信息，对所述装配式预制构件的运输过程进行监测；

所述施工监测模块，用于利用多源数据对所述装配式预制构件的装配过程进行监测；

所述显示模块，用于显示各个模型的监测数据；

所述监测模块、生产监测模块、运输监测模块和施工监测模块依次连接，并均与所述显示模块连接。

2.根据权利要求1所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，所述生产监测模块包括：构建单元和第一判断单元；

所述构建单元，用于对生产的所述装配式预制构件构建三维模型；

所述第一判断单元，用于对所述三维模型和设计阶段的设计三维模型进行对比，基于二者的误差阈值，判断生产的所述装配式预制构件是否符合质量要求。

3.根据权利要求2所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，所述构建单元包括：第一构建子单元、第二构建子单元；

所述第一构建子单元，用于根据所述装配式预制构件的实际图像生成第一三维模型；

所述第二构建子单元，用于利用超声波获取所述装配式预制构件的第二三维模型。

4.根据权利要求3所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，所述判断单元包括：图像判断子模型；

所述图像判断子模型，用于比较所述第一三维模型和所述第二三维模型之间的误差；若所述误差小于第一预设阈值，则将所述第一三维模型视为最终的所述三维模型；否则，利用所述第一构建子单元重新获取所述装配式预制构件的实际图像，并生成新的所述第一三维模型，继续将所述第一三维模型和所述第二三维模型进行对比，直至所述误差小于所述第一预设阈值。

5.根据权利要求1所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，所述施工监测模块包括：多源模型构建单元、数据库和第二判断单元；

所述多源模型构建单元，用于采集施工过程中所述装配式预制构件的点云数据、倾斜影像数据和装配参数；其中，所述装配参数包括：所述装配式预制构件的拼缝宽度、倾斜角度数据和形变数据，并基于采集的多源数据构建三维施工模型；

所述数据库，用于存储预设的BIM三维模型和采集的多源数据；其中，预设的所述BIM三维模型为设计人员利用建筑施工图纸设计的BIM三维模型；

所以第二判断单元，用于对所述三维施工模型和所述BIM三维模型进行比较，获取装配过程中的监测结果。

6.根据权利要求5所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，多源模型构建单元包括：第三构建子单元、第四构建子单元、采集子单元和融合单元；

所述第三构建子单元，用于利用无人机采集施工过程中所述装配式预制构件的点云数据，利用所述点云数据构建点云三维模型；

所述第四构建子单元，用于利用无人机采集施工过程中所述装配式预制构件的倾斜影像数据，利用所述倾斜影像数据构建数字三维模型；

所述采集子单元，用于利用传感器，采集所述装配式预制构件的装配参数；

所述融合单元，用于对所述点云三维模型和数字三维模型进行配准，并融入所述装配参数，获得所述三维施工模型。

7.根据权利要求5所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，所述设计监测模块，用于监测装配式预制构件的设计包括：

利用所述BIM三维模型导出所述装配式预制构件的尺寸信息和材质信息，由设计人员对所述尺寸信息和材质信息进行确认，将确认后的所述尺寸信息和材质信息发送至预制构件的生产商。

8.根据权利要求1所述的装配式建筑质量实时监测系统，其特征在于，所述运输监测模块包括：路线规划单元、信息采集单元和监督单元；

所述路线规划单元，用于根据导航和勘测的路径信息，规划最佳的运输路线；

所述信息采集单元，用于基于最佳的运输路线采集运输过程中的运输信息，所述运输信息包括：运输时长、运输环境参数和运输距离；

所述监督单元，用于利用所述运输信息，预估对所述装配式预制构件的影响因素，利用所述影响因素预测对所述装配式预制构件合格率的影响。