CN118167066A - 基于bim技术和三维扫描的钢网架施工设备及施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备及施工工艺，属于建筑工程技术领域。为解决传统的钢网架施工往往依赖于人工定位和连接，效率低下容易受到人为误差影响的问题，通过导入BIM建模软件生成的模型文件以及通过三维扫描设备获取实际的施工环境数据，实时采集施工现场的杆件位置数据，BIM处理单元能够基于BIM模型和实际施工环境数据生成详细的安装连接流程数据，使得设备控制单元可以自动按照安装连接流程数据对杆件和钢架连接球的位置进行依序调整和转向，自动将杆件移动扶持至与模型相同的位置，工作人员根据设备自动生成的位置即可直接进行连接施工，对各个拼装节点进行预先组装，提高了施工设备的自动化程度。

Description

基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备及施工工艺
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备及施工工艺。
背景技术
随着科学技术水平的大力发展，大跨度空间网格结构，在我国的应用变得越来越广泛。由于空间网格结构的空间组合布置方式多种多样，具备较为新型的结构形式，重量较轻，网格内部空间较多，跨度较大，越来越受到建筑行业各个工程师们的喜欢，在我国，广泛应用于各种飞机维修机库、不同类型的体育馆、大型歌剧院等，如何将大型结构快速、安全、准确安装到位，是目前施工技术迫切需要解决的难题。如何有效降低整体造价，提高结构的安全寿命，致使越来越多的研究者利用现代科学技术去研究新的施工工艺，钢结构的施工技术必将得到蓬勃发展。
而现有技术下，在对钢网架进行施工时还存在以下问题：
传统的钢网架施工往往依赖于人工定位和连接，这不仅效率低下，而且容易受到人为误差的影响，在对各个节点进行预先组装时，需要人工调节各个杆件和球体的位置，容易产生步骤混乱或安装失误的情况，施工周期长且效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备及施工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，包括支撑柱、钢架连接球和控制模块，所述支撑柱设置有六根，支撑柱三根为一排设置为相对的两排，支撑柱的中部固定连接有两组一级传输组件，两组一级传输组件分别设置于两排不同的支撑柱上，一级传输组件上设置有扶持机械臂，支撑柱的顶部固定连接有顶梁，顶梁的顶部固定设置有两个二级传输组件，二级传输组件上连接有移动轨，移动轨上设置有吊取组件，吊取组件的底部连接有钢球吊具，钢架连接球连接在钢球吊具中；
所述控制模块与一级传输组件、扶持机械臂、二级传输组件以及吊取组件电连接。
进一步的，所述支撑柱包括高柱和短柱，高柱的一侧设置有加强柱，高柱的顶部设置有顶台，二级传输组件固定连接在顶台的顶部，短柱的顶部设置有侧台，一级传输组件固定连接在侧台的顶部；
所述一级传输组件包括一级导轨和一级移动台，一级移动台可移动式设置于一级导轨上，扶持机械臂的底部固定连接在一级移动台上；
所述二级传输组件包括二级导轨和二级移动台，二级移动台可移动式设置于二级导轨上，移动轨的两段固定连接在二级移动台上。
进一步的，所述扶持机械臂包括移动底座，移动底座固定连接在一级移动台上，移动底座的顶部设置有底座旋转关节，底座旋转关节上连接有机械大臂，机械大臂上连接有电主轴，电主轴上连接有机械小臂，机械小臂上连接有电次轴，电次轴上连接有定位组件。
进一步的，所述定位组件包括旋转座，旋转座的两侧设置有采集摄像头，采集摄像头与控制模块电连接，旋转座的正面中部轴销连接有有第一链板，第一链板上轴销连接有第一管夹，第一管夹上轴销连接有第二管夹，第二管夹上轴销连接有第二链板，第一链板和第二链板上开设有相匹配的连接孔。
进一步的，所述移动轨包括第一轨道和第二轨道，第一轨道和第二轨道之间呈平行设置，吊取组件可移动式设置于第一轨道和第二轨道之间，吊取组件包括移动箱体，移动箱体的顶部设置有动力机箱，移动箱体的内部设置有吊索，吊索上通过连接扣连接有钢球吊具；
所述钢球吊具包括顶限位圈和底限位圈，底限位圈两侧通过旋转轴轴销连接有第一限位架和第二限位架，第二限位架的顶部通过旋转轴轴销连接在顶限位圈的一侧，顶限位圈的另一侧通过固定螺栓与第一限位架连接，顶限位圈的顶部设置有吊环，吊环与连接扣连接，钢架连接球设置于顶限位圈、第一限位架、第二限位架和底限位圈之间。
进一步的，所述控制模块，包括：
BIM处理单元，用于：
导入BIM建模软件生成的模型文件，读取模型文件中的钢架连接球结构拼装节点，基于各个拼装节点生成节点步骤组；
与三维扫描设备交互并对施工现场进行扫描，获取实际的施工环境中钢球吊具对钢架连接球抓取的位置数据和机构点数据，基于节点步骤组的模型文件带入位置数据和机构点数据进行对比，以钢架连接球为基点，对基点周围所连接的杆件位置在模型文件中进行确定，基于钢架连接球与杆件的位置数据生成安装连接流程数据，其中，所述安装连接流程数据包括杆件编号、杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据；
与采集摄像头交互并在施工过程中实时采集施工现场的杆件的位置数据，基于实时采集的杆件的位置数据对安装连接流程数据进行更新。
进一步的，所述控制模块，还包括：
设备控制单元，用于：
由BIM处理单元获取生成的安装连接流程数据，基于杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据生成对一级传输组件、扶持机械臂、二级传输组件以及吊取组件的控制指令；
基于生成的控制指令对一级传输组件、扶持机械臂、二级传输组件以及吊取组件的移动进行控制，通过一级传输组件、扶持机械臂、二级传输组件以及吊取组件对钢架连接球和杆件的位置进行调整，将钢架连接球和杆件的空间位置调整至与节点步骤组中相同。
进一步的，所述控制模块，还包括：
实际空间位置获取模块，用于获取当前钢架连接球和杆件的位置之间的实际空间位置；
空间差异值获取模块，用于将所述钢架连接球和杆件的位置之间的实际空间位置与节点步骤组中相同的空间位置进行比较，获取空间差异值，其中，所述空间差异值即为需要对钢架连接球（9）进行位置调整的调整距离；
距离比较结果获取模块，用于将所述调整距离与预设的距离阈值进行比较，获取距离比较结果；
距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离与预设的距离阈值之间的距离比较结果获取距离调节梯度；
第一目标调节梯度获取模块，用于将所述距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件进行比较，当所述距离调节梯度处于所述调节梯度约束条件对应的约束范围时，则将所述距离调节梯度作为目标调节梯度，用于进行钢架连接球（9）和杆件的位置的调整；
第二目标调节梯度获取模块，用于将所述距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件进行比较，当所述距离调节梯度未处于所述调节梯度约束条件对应的约束范围时，则对所述距离调节梯度进行调整，将调整后的距离调节梯度作为目标调节梯度，用于进行钢架连接球（9）和杆件的位置的调整；其中，所述调整后的距离调节梯度通过如下公式获取：
其中，th表示调整后的距离调节梯度；t表示调整前后的距离调节梯度；tup和tdown分别表示调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度上限值和梯度下限值；ε表示调节系数，并且，所述调节系数取值范围为
。
进一步的，所述距离调节梯度获取模块，包括：
第一距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离小于或等于预设的距离阈值时，则利用第一距离梯度模型获取距离调节梯度；其中，所述第一距离梯度模型的结构如下：
其中，t01表示第一距离梯度模型获取的距离调节梯度；tz表示调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度中间值；Ls表示调整距离；Ly表示预设的距离阈值；
第二距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离大于预设的距离阈值时，则利用第二距离梯度模型获取距离调节梯度；其中，所述第二距离梯度模型的结构如下：
其中，t02表示第二距离梯度模型获取的距离调节梯度。
本发明要解决的另一技术问题是提供基于BIM技术和三维扫描的钢网架的施工工艺，包括如下步骤：
将钢架连接球放置在底限位圈上，利用固定螺栓将顶限位圈与第一限位架连接，将钢球吊具连接在吊索上，将杆件固定在第一管夹和第二管夹之间；
设备控制单元导入BIM建模软件生成的模型文件并生成节点步骤组，设备控制单元与三维扫描设备交互并对施工现场进行扫描，获取实际的施工环境中钢架连接球抓取的位置数据和机构点数据并与节点步骤组的模型文件进行对比，以钢架连接球为基点对周围杆件位置确定，生成安装连接流程数据；
设备控制单元基于控制指令对一级传输组件、扶持机械臂、二级传输组件以及吊取组件的移动进行控制，将钢架连接球和杆件的空间位置调整至与节点步骤组中相同；
施工工人对移动至施工组装位置的钢架连接球和杆件进行施工连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过导入BIM建模软件生成的模型文件，可以精确地获取钢网架的结构信息，同时，通过三维扫描设备获取实际的施工环境数据，并与BIM模型进行比对和调整，可以进一步提高施工精度，在施工过程中，实时采集施工现场的杆件位置数据，并对安装连接流程数据进行更新，可以确保施工操作的准确性和安全性，BIM处理单元能够基于BIM模型和实际施工环境数据生成详细的安装连接流程数据，包括杆件编号、杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据，为施工团队提供了清晰、具体的施工指导，使得设备控制单元可以自动按照安装连接流程数据对杆件和钢架连接球的位置进行依序调整和转向，供工作人员直接进行连接施工，优化施工流程，提高施工效率。
2.本发明根据生成的安装连接流程数据生成相应的控制指令，并控制一级传输组件、扶持机械臂、二级传输组件以及吊取组件自动执行施工辅助操作，自动将杆件移动扶持至与模型相同的位置，工作人员根据设备自动生成的位置即可直接进行连接施工，对各个拼装节点进行预先组装，无需人工对杆件以及钢架连接球的位置进行调整和固定，避免出现失误，提高了施工设备的自动化程度，降低了施工成本，提高工人施工效率，通过BIM技术和三维扫描技术的结合应用，可以实现对施工环境的全面感知和精确控制，有助于降低施工过程中的安全隐患，提高施工安全性，同时，实时采集和更新施工现场数据的功能也可以及时发现和处理钢网架连接过程中出现的问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的底部结构示意图；
图3为本发明的扶持机械臂结构示意图；
图4为本发明的定位组件结构示意图；
图5为本发明的吊取组件结构示意图；
图6为本发明的钢球吊具连接状态结构示意图；
图7为本发明的钢球吊具分解状态结构示意图；
图8为本发明的模块示意图。
图中：1、支撑柱；11、高柱；12、短柱；13、顶台；14、侧台；15、加强柱；2、一级传输组件；21、一级导轨；22、一级移动台；3、扶持机械臂；31、移动底座；32、底座旋转关节；33、机械大臂；34、电主轴；35、机械小臂；36、电次轴；37、定位组件；371、旋转座；372、采集摄像头；373、第一链板；374、第一管夹；375、第二管夹；376、第二链板；377、连接孔；4、顶梁；5、二级传输组件；51、二级导轨；52、二级移动台；6、移动轨；61、第一轨道；62、第二轨道；7、吊取组件；71、移动箱体；72、动力机箱；73、吊索；74、连接扣；8、钢球吊具；81、顶限位圈；82、底限位圈；83、第一限位架；84、第二限位架；85、旋转轴；86、固定螺栓；87、吊环；9、钢架连接球。
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。
为了解决传统的钢网架施工往往依赖于人工定位和连接，这不仅效率低下，而且容易受到人为误差的影响，在对各个节点进行预先组装时，需要人工调节各个杆件和球体的位置，容易产生步骤混乱或安装失误的情况，施工周期长且效率低下的技术问题，请参阅图1-8，本发明提供以下技术方案：
基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，包括支撑柱1、钢架连接球9和控制模块，支撑柱1设置有六根，支撑柱1三根为一排设置为相对的两排，支撑柱1的中部固定连接有两组一级传输组件2，两组一级传输组件2分别设置于两排不同的支撑柱1上，一级传输组件2上设置有扶持机械臂3，支撑柱1的顶部固定连接有顶梁4，顶梁4的顶部固定设置有两个二级传输组件5，二级传输组件5上连接有移动轨6，移动轨6上设置有吊取组件7，吊取组件7的底部连接有钢球吊具8，钢架连接球9连接在钢球吊具8中；
支撑柱1包括高柱11和短柱12，高柱11的一侧设置有加强柱15，高柱11的顶部设置有顶台13，二级传输组件5固定连接在顶台13的顶部，短柱12的顶部设置有侧台14，一级传输组件2固定连接在侧台14的顶部；
一级传输组件2包括一级导轨21和一级移动台22，一级移动台22可移动式设置于一级导轨21上，扶持机械臂3的底部固定连接在一级移动台22上，一级导轨21为一级移动台22提供了稳定的移动路径，在内部动力驱动下一级移动台22可以在一级导轨21之间自由移动；
二级传输组件5包括二级导轨51和二级移动台52，二级移动台52可移动式设置于二级导轨51上，移动轨6的两段固定连接在二级移动台52上，二级导轨51为二级移动台52提供了稳定的移动路径，在内部动力驱动下二级移动台52可以在二级导轨51之间自由移动。
扶持机械臂3包括移动底座31，移动底座31固定连接在一级移动台22上，移动底座31的顶部设置有底座旋转关节32，底座旋转关节32上连接有机械大臂33，机械大臂33上连接有电主轴34，电主轴34上连接有机械小臂35，机械小臂35上连接有电次轴36，电次轴36上连接有定位组件37。
定位组件37包括旋转座371，旋转座371的两侧设置有采集摄像头372，采集摄像头372与控制模块电连接，旋转座371的正面中部轴销连接有有第一链板373，第一链板373上轴销连接有第一管夹374，第一管夹374上轴销连接有第二管夹375，第二管夹375上轴销连接有第二链板376，第一链板373和第二链板376上开设有相匹配的连接孔377。
具体的，扶持机械臂3的设计使其具有高度的灵活性和适应性，通过底座旋转关节32、机械大臂33、电主轴34、机械小臂35和电次轴36的组合，扶持机械臂3可以在多个方向上移动和旋转，从而实现对不同位置和角度的杆件的精确扶持和定位，通过旋转可以调整杆件的方向，以适应不同的施工需求。
在上述实施例中，定位组件37还包括两侧的采集摄像头372，它们与控制模块电连接，可以提供实时的视觉反馈，有助于在操作过程中准确采集和判断杆件的位置和状态，从而进行精确的调整和控制。扶持机械臂3与控制模块协同工作，可以根据BIM处理单元生成的安装连接流程数据自动调整杆件的位置。
移动轨6包括第一轨道61和第二轨道62，第一轨道61和第二轨道62之间呈平行设置，吊取组件7可移动式设置于第一轨道61和第二轨道62之间，吊取组件7包括移动箱体71，移动箱体71的顶部设置有动力机箱72，移动箱体71的内部设置有吊索73，吊索73上通过连接扣74连接有钢球吊具8；
钢球吊具8包括顶限位圈81和底限位圈82，底限位圈82两侧通过旋转轴85轴销连接有第一限位架83和第二限位架84，第二限位架84的顶部通过旋转轴85轴销连接在顶限位圈81的一侧，顶限位圈81的另一侧通过固定螺栓86与第一限位架83连接，顶限位圈81的顶部设置有吊环87，吊环87与连接扣74连接，钢架连接球9设置于顶限位圈81、第一限位架83、第二限位架84和底限位圈82之间。
具体的，移动轨6为吊取组件7提供了稳定的移动路径，吊取组件7可以在第一轨道61和第二轨道62之间自由移动，吊取组件7通过吊索73和连接扣74与钢球吊具8连接，可以在吊起钢架连接球9后进行移动，调节钢架连接球9的位置，吊装过程更加精确和可控。
在上述实施例中，钢球吊具8的顶限位圈81、底限位圈82以及第一限位架83和第二限位架84的设计，使得很好的对钢架连接球9进行固定，同时顶限位圈81、底限位圈82以及第一限位架83和第二限位架84均可以通过旋转轴85以及固定螺栓86进行拆卸，不会对连接后的杆件造成影响。
控制模块与一级传输组件2、扶持机械臂3、二级传输组件5以及吊取组件7电连接。控制模块，包括：
BIM处理单元，用于：
导入BIM建模软件生成的模型文件，读取模型文件中的钢架连接球9结构拼装节点，基于各个拼装节点生成节点步骤组；
与三维扫描设备交互并对施工现场进行扫描，获取实际的施工环境中钢球吊具8对钢架连接球9抓取的位置数据和机构点数据，基于节点步骤组的模型文件带入位置数据和机构点数据进行对比，以钢架连接球9为基点，对基点周围所连接的杆件位置在模型文件中进行确定，基于钢架连接球9与杆件的位置数据生成安装连接流程数据，其中，所述安装连接流程数据包括杆件编号、杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据；
与采集摄像头372交互并在施工过程中实时采集施工现场的杆件的位置数据，基于实时采集的杆件的位置数据对安装连接流程数据进行更新。
具体的，BIM处理单元通过导入BIM建模软件生成的模型文件，可以精确地获取钢网架的结构信息，同时，通过三维扫描设备获取实际的施工环境数据，并与BIM模型进行比对和调整，可以进一步提高施工精度，在施工过程中，实时采集施工现场的杆件位置数据，并对安装连接流程数据进行更新，可以确保施工操作的准确性和安全性。
BIM处理单元能够基于BIM模型和实际施工环境数据生成详细的安装连接流程数据，包括杆件编号、杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据，为施工团队提供了清晰、具体的施工指导，使得设备控制单元可以自动按照安装连接流程数据对杆件和钢架连接球9的位置进行依序调整和转向，供工作人员直接进行连接施工，优化施工流程，提高施工效率。
设备控制单元，用于：
由BIM处理单元获取生成的安装连接流程数据，基于杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据生成对一级传输组件2、扶持机械臂3、二级传输组件5以及吊取组件7的控制指令；
基于生成的控制指令对一级传输组件2、扶持机械臂3、二级传输组件5以及吊取组件7的移动进行控制，通过一级传输组件2、扶持机械臂3、二级传输组件5以及吊取组件7对钢架连接球9和杆件的位置进行调整，将钢架连接球9和杆件的空间位置调整至与节点步骤组中相同。
具体的，设备控制单元能够根据BIM处理单元生成的安装连接流程数据生成相应的控制指令，并控制一级传输组件2、扶持机械臂3、二级传输组件5以及吊取组件7自动执行施工辅助操作，自动将杆件移动扶持至与模型相同的位置，工作人员根据设备自动生成的位置即可直接进行连接施工，对各个拼装节点进行预先组装，无需人工对杆件以及钢架连接球9的位置进行调整和固定，避免出现失误，提高了施工设备的自动化程度，降低了施工成本，提高工人施工效率。
通过BIM技术和三维扫描技术的结合应用，可以实现对施工环境的全面感知和精确控制，有助于降低施工过程中的安全隐患，提高施工安全性，同时，实时采集和更新施工现场数据的功能也可以及时发现和处理钢网架连接过程中出现的问题。
具体的，所述控制模块，还包括：
实际空间位置获取模块，用于获取当前钢架连接球和杆件的位置之间的实际空间位置；
空间差异值获取模块，用于将所述钢架连接球和杆件的位置之间的实际空间位置与节点步骤组中相同的空间位置进行比较，获取空间差异值，其中，所述空间差异值即为需要对钢架连接球（9）进行位置调整的调整距离；
距离比较结果获取模块，用于将所述调整距离与预设的距离阈值进行比较，获取距离比较结果；
距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离与预设的距离阈值之间的距离比较结果获取距离调节梯度；
第一目标调节梯度获取模块，用于将所述距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件进行比较，当所述距离调节梯度处于所述调节梯度约束条件对应的约束范围时，则将所述距离调节梯度作为目标调节梯度，用于进行钢架连接球（9）和杆件的位置的调整；
第二目标调节梯度获取模块，用于将所述距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件进行比较，当所述距离调节梯度未处于所述调节梯度约束条件对应的约束范围时，则对所述距离调节梯度进行调整，将调整后的距离调节梯度作为目标调节梯度，用于进行钢架连接球（9）和杆件的位置的调整；其中，所述调整后的距离调节梯度通过如下公式获取：
其中，th表示调整后的距离调节梯度；t表示调整前后的距离调节梯度；tup和tdown分别表示调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度上限值和梯度下限值；ε表示调节系数，并且，所述调节系数取值范围为
。
上述技术方案的技术效果为：通过实际空间位置获取模块和空间差异值获取模块，系统能够精确地获取钢架连接球和杆件的当前位置，并将其与理论位置进行比较，从而准确地计算出空间差异值，即需要对钢架连接球进行的位置调整距离。这为后续的调整提供了精确的数据基础。通过距离比较结果获取模块、距离调节梯度获取模块以及第一、第二目标调节梯度获取模块，系统能够根据实际需要灵活地调整钢架连接球和杆件的位置。特别是当调整距离超出预设阈值时，系统会进一步通过计算距离调节梯度来确定调整的精细度，确保调整过程的准确性和可控性。
系统通过比较距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件，确保了调整过程在安全的范围内进行。当距离调节梯度超出约束范围时，系统会对其进行调整，以保证调整过程的稳定性和安全性。通过特定的公式计算调整后的距离调节梯度，系统能够在满足约束条件的前提下，高效地确定最佳的调整策略。这不仅提高了调整的准确性，也减少了不必要的试错和调整次数，从而提高了整体的工作效率。该技术方案不仅适用于钢架连接球和杆件的位置调整，还可以推广应用于其他类似的结构调整场景中。其灵活性和精确性使得该方案在多种工程实践中都具有较好的适用性。
综上所述，该技术方案通过精准的空间定位、灵活且精细的调整策略、约束条件下的安全调整以及高效的调整算法，实现了对钢架连接球和杆件位置的精确控制，提高了工程调整的准确性和工作效率。
具体的，所述距离调节梯度获取模块，包括：
第一距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离小于或等于预设的距离阈值时，则利用第一距离梯度模型获取距离调节梯度；其中，所述第一距离梯度模型的结构如下：
其中，t01表示第一距离梯度模型获取的距离调节梯度；tz表示调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度中间值；Ls表示调整距离；Ly表示预设的距离阈值；
第二距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离大于预设的距离阈值时，则利用第二距离梯度模型获取距离调节梯度；其中，所述第二距离梯度模型的结构如下：
其中，t02表示第二距离梯度模型获取的距离调节梯度。
上述技术方案的技术效果为：通过引入两种距离梯度模型（第一距离梯度模型和第二距离梯度模型），该方案能够根据不同的情况进行精细化的距离调节梯度计算。当调整距离小于或等于预设的距离阈值时，使用第一距离梯度模型，而当调整距离大于预设的距离阈值时，则切换到第二距离梯度模型。这种分情况处理的方法有助于更精确地控制距离调节梯度，从而实现对钢架连接球和杆件位置的精细调整。两个模型的设计考虑了不同的调整距离范围，使得在不同的调整需求下，都能得到合适的距离调节梯度。这种设计提高了系统的适应性和灵活性，能够更好地满足不同场景下的调整需求。通过预设的数学模型直接计算距离调节梯度，避免了复杂的迭代计算或优化过程，从而提高了计算效率。这对于需要实时调整或响应速度要求较高的应用场景尤为重要。在两个模型中，都考虑了调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度中间值（tz），这确保了计算出的距离调节梯度在满足约束条件的同时，也能更好地适应实际的调整需求。通过明确界定不同情况下应使用的模型，该方案减少了因模型选择不当而导致的调整误差，从而增强了系统的鲁棒性。
综上所述，该技术方案通过引入两种针对不同调整距离的距离梯度模型，实现了对钢架连接球和杆件位置的精细化调整。这不仅提高了调整的准确性和效率，还增强了系统的适应性和鲁棒性。
本实施例现提出基于BIM技术和三维扫描的钢网架的施工工艺，包括以下步骤：
将钢架连接球9放置在底限位圈82上，利用固定螺栓86将顶限位圈81与第一限位架83连接，将钢球吊具8连接在吊索73上，将杆件固定在第一管夹374和第二管夹375之间；
设备控制单元导入BIM建模软件生成的模型文件并生成节点步骤组，设备控制单元与三维扫描设备交互并对施工现场进行扫描，获取实际的施工环境中钢架连接球9抓取的位置数据和机构点数据并与节点步骤组的模型文件进行对比，以钢架连接球9为基点对周围杆件位置确定，生成安装连接流程数据；
设备控制单元基于控制指令对一级传输组件2、扶持机械臂3、二级传输组件5以及吊取组件7的移动进行控制，将钢架连接球9和杆件的空间位置调整至与节点步骤组中相同；
施工工人对移动至施工组装位置的钢架连接球9和杆件进行施工连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，包括支撑柱（1）、钢架连接球（9）和控制模块，其特征在于：所述支撑柱（1）设置有六根，支撑柱（1）三根为一排设置为相对的两排，支撑柱（1）的中部固定连接有两组一级传输组件（2），两组一级传输组件（2）分别设置于两排不同的支撑柱（1）上，一级传输组件（2）上设置有扶持机械臂（3），支撑柱（1）的顶部固定连接有顶梁（4），顶梁（4）的顶部固定设置有两个二级传输组件（5），二级传输组件（5）上连接有移动轨（6），移动轨（6）上设置有吊取组件（7），吊取组件（7）的底部连接有钢球吊具（8），钢架连接球（9）连接在钢球吊具（8）中，所述控制模块与一级传输组件（2）、扶持机械臂（3）、二级传输组件（5）以及吊取组件（7）电连接；
其中，所述控制模块，包括：
BIM处理单元，用于：
导入BIM建模软件生成的模型文件，读取模型文件中的钢架连接球（9）结构拼装节点，基于各个拼装节点生成节点步骤组；
与三维扫描设备交互并对施工现场进行扫描，获取实际的施工环境中钢球吊具（8）对钢架连接球（9）抓取的位置数据和机构点数据，基于节点步骤组的模型文件带入位置数据和机构点数据进行对比，以钢架连接球（9）为基点，对基点周围所连接的杆件位置在模型文件中进行确定，基于钢架连接球（9）与杆件的位置数据生成安装连接流程数据，其中，所述安装连接流程数据包括杆件编号、杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据；
与采集摄像头（372）交互并在施工过程中实时采集施工现场的杆件的位置数据，基于实时采集的杆件的位置数据对安装连接流程数据进行更新。
2.如权利要求1所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述支撑柱（1）包括高柱（11）和短柱（12），高柱（11）的一侧设置有加强柱（15），高柱（11）的顶部设置有顶台（13），二级传输组件（5）固定连接在顶台（13）的顶部，短柱（12）的顶部设置有侧台（14），一级传输组件（2）固定连接在侧台（14）的顶部；
所述一级传输组件（2）包括一级导轨（21）和一级移动台（22），一级移动台（22）可移动式设置于一级导轨（21）上，扶持机械臂（3）的底部固定连接在一级移动台（22）上；
所述二级传输组件（5）包括二级导轨（51）和二级移动台（52），二级移动台（52）可移动式设置于二级导轨（51）上，移动轨（6）的两段固定连接在二级移动台（52）上。
3.如权利要求2所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述扶持机械臂（3）包括移动底座（31），移动底座（31）固定连接在一级移动台（22）上，移动底座（31）的顶部设置有底座旋转关节（32），底座旋转关节（32）上连接有机械大臂（33），机械大臂（33）上连接有电主轴（34），电主轴（34）上连接有机械小臂（35），机械小臂（35）上连接有电次轴（36），电次轴（36）上连接有定位组件（37）。
4.如权利要求3所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述定位组件（37）包括旋转座（371），旋转座（371）的两侧设置有采集摄像头（372），采集摄像头（372）与控制模块电连接，旋转座（371）的正面中部轴销连接有有第一链板（373），第一链板（373）上轴销连接有第一管夹（374），第一管夹（374）上轴销连接有第二管夹（375），第二管夹（375）上轴销连接有第二链板（376），第一链板（373）和第二链板（376）上开设有相匹配的连接孔（377）。
5.如权利要求4所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述移动轨（6）包括第一轨道（61）和第二轨道（62），第一轨道（61）和第二轨道（62）之间呈平行设置，吊取组件（7）可移动式设置于第一轨道（61）和第二轨道（62）之间，吊取组件（7）包括移动箱体（71），移动箱体（71）的顶部设置有动力机箱（72），移动箱体（71）的内部设置有吊索（73），吊索（73）上通过连接扣（74）连接有钢球吊具（8）；
所述钢球吊具（8）包括顶限位圈（81）和底限位圈（82），底限位圈（82）两侧通过旋转轴（85）轴销连接有第一限位架（83）和第二限位架（84），第二限位架（84）的顶部通过旋转轴（85）轴销连接在顶限位圈（81）的一侧，顶限位圈（81）的另一侧通过固定螺栓（86）与第一限位架（83）连接，顶限位圈（81）的顶部设置有吊环（87），吊环（87）与连接扣（74）连接，钢架连接球（9）设置于顶限位圈（81）、第一限位架（83）、第二限位架（84）和底限位圈（82）之间。
6.如权利要求1所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述控制模块，还包括：
设备控制单元，用于：
由BIM处理单元获取生成的安装连接流程数据，基于杆件连接顺序以及杆件空间坐标数据生成对一级传输组件（2）、扶持机械臂（3）、二级传输组件（5）以及吊取组件（7）的控制指令；
基于生成的控制指令对一级传输组件（2）、扶持机械臂（3）、二级传输组件（5）以及吊取组件（7）的移动进行控制，通过一级传输组件（2）、扶持机械臂（3）、二级传输组件（5）以及吊取组件（7）对钢架连接球（9）和杆件的位置进行调整，将钢架连接球（9）和杆件的空间位置调整至与节点步骤组中相同。
7.如权利要求1所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述控制模块，还包括：
实际空间位置获取模块，用于获取当前钢架连接球和杆件的位置之间的实际空间位置；
空间差异值获取模块，用于将所述钢架连接球和杆件的位置之间的实际空间位置与节点步骤组中相同的空间位置进行比较，获取空间差异值，其中，所述空间差异值即为需要对钢架连接球（9）进行位置调整的调整距离；
距离比较结果获取模块，用于将所述调整距离与预设的距离阈值进行比较，获取距离比较结果；
距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离与预设的距离阈值之间的距离比较结果获取距离调节梯度；
第一目标调节梯度获取模块，用于将所述距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件进行比较，当所述距离调节梯度处于所述调节梯度约束条件对应的约束范围时，则将所述距离调节梯度作为目标调节梯度，用于进行钢架连接球（9）和杆件的位置的调整；
第二目标调节梯度获取模块，用于将所述距离调节梯度与预设的调节梯度约束条件进行比较，当所述距离调节梯度未处于所述调节梯度约束条件对应的约束范围时，则对所述距离调节梯度进行调整，将调整后的距离调节梯度作为目标调节梯度，用于进行钢架连接球（9）和杆件的位置的调整；其中，所述调整后的距离调节梯度通过如下公式获取：
；
其中，th表示调整后的距离调节梯度；t表示调整前后的距离调节梯度；tup和tdown分别表示调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度上限值和梯度下限值；ε表示调节系数，并且，所述调节系数取值范围为
。
8.如权利要求7所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备，其特征在于：所述距离调节梯度获取模块，包括：
第一距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离小于或等于预设的距离阈值时，则利用第一距离梯度模型获取距离调节梯度；其中，所述第一距离梯度模型的结构如下：
；
其中，t01表示第一距离梯度模型获取的距离调节梯度；tz表示调节梯度约束条件对应的约束范围的梯度中间值；Ls表示调整距离；Ly表示预设的距离阈值；
第二距离调节梯度获取模块，用于当所述调整距离大于预设的距离阈值时，则利用第二距离梯度模型获取距离调节梯度；其中，所述第二距离梯度模型的结构如下：
；
其中，t02表示第二距离梯度模型获取的距离调节梯度。
9.基于BIM技术和三维扫描的钢网架的施工工艺，基于权利要求8所述的基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备实现，其特征在于：包括如下步骤：
将钢架连接球（9）放置在底限位圈（82）上，利用固定螺栓（86）将顶限位圈（81）与第一限位架（83）连接，将钢球吊具（8）连接在吊索（73）上，将杆件固定在第一管夹（374）和第二管夹（375）之间；
设备控制单元导入BIM建模软件生成的模型文件并生成节点步骤组，设备控制单元与三维扫描设备交互并对施工现场进行扫描，获取实际的施工环境中钢架连接球（9）抓取的位置数据和机构点数据并与节点步骤组的模型文件进行对比，以钢架连接球（9）为基点对周围杆件位置确定，生成安装连接流程数据；
设备控制单元基于控制指令对一级传输组件（2）、扶持机械臂（3）、二级传输组件（5）以及吊取组件（7）的移动进行控制，将钢架连接球（9）和杆件的空间位置调整至与节点步骤组中相同；
施工工人对移动至施工组装位置的钢架连接球（9）和杆件进行施工连接。
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