基于BIM技术和三维扫描的钢网架施工设备及施工工艺的制作方法

本发明涉及建筑工程，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：

1、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。

2、而现有技术下，在对钢网架进行施工时还存在以下问题：

3、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。

技术实现思路

1、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。

2、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；

3、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。

4、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；

5、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；

6、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。

7、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。

8、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。

9、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；

10、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。

11、进一步的，所述控制模块，包括：

12、bim处理单元，用于：

13、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；

14、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；

15、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。

16、进一步的，所述控制模块，还包括：

17、设备控制单元，用于：

18、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；

19、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。

20、进一步的，所述控制模块，还包括：

21、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；

22、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；

23、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；

24、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；

25、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；

26、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：

27、

28、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

29、。

30、进一步的，所述距离调节梯度获取模块，包括：

31、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：

32、

33、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；

34、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：

35、

36、其中，t02表示第二距离梯度模型获取的距离调节梯度。

37、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：

38、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；

39、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；

40、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；

41、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。

42、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

43、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。

44、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。