造楼机数字孪生模型构建与动态映射方法与流程

本发明涉及一种造楼机数字孪生模型构建与动态映射方法，属于建筑工程施工。

背景技术：

1、造楼机是在高层、超高层建筑工程建设中广泛应用的混凝土结构高空作业平台，搭载塔吊、布料机、施工升降机附着装置等施工设备装置，跟随建筑结构主体的竖向施工流水节拍协同爬升施工，具有良好的整体建造效率。造楼机装备结构与工艺较为复杂，爬升过程的安全风险大，因此需要对造楼机的工作状态进行全面管控。

2、传统的造楼机监控方法主要依赖于手动测量或简单的自动化设备进行个别要素监控，过于依赖操作人员的经验和判断，容易受到主观因素和现场环境的影响，难以做到全面和精确的监控，由于缺乏高效的数据采集和处理系统导致对设备状态的分析和判断滞后，可能错过故障预警和实时调整的最佳时机。此外，施工现场的信息系统往往分散，造楼机的运行数据难以与其他施工管理系统集成，导致信息孤岛，影响施工效率和决策的准确性，难以实时响应施工现场变化。

技术实现思路

1、针对的传统的造楼机监控存在的上述问题，本发明提供了一种造楼机数字孪生模型构建与动态映射方法，能高效准确地构建数字孪生模型，建立造楼机物理实体的虚拟副本，实现造楼机状态的实时动态映射，在虚拟环境中模拟和分析物理实体的状态，实现对造楼机工作状态的全面精准监控，为施工安全、效率优化和决策提供技术支撑，保障造楼机的安全稳定运行。

2、为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

3、一种造楼机数字孪生模型构建与动态映射方法，包括如下步骤：

4、s1：构建造楼机数字孪生模型，造楼机数字孪生模型包括如下数字模型：空间几何模型、材质特征模型、爬升姿态模型、环境状态模型；每一个所述数字模型包括若干子模块；

5、s2：通过设置于造楼机上的传感器采集造楼机物理实体的实时运行数据，实时运行数据包括造楼机的工作状态数据、爬升姿态数据、运行环境数据；

6、s3：将采集的实时运行数据与数字孪生模型的对应子模块进行融合，使造楼机物理实体与数字孪生模型动态同步和实时交互。

7、进一步，步骤s1中还包括，构建数字孪生监控平台，用于支撑数字空间与物理空间的连接交互；

8、步骤s3中还包括，将数字孪生模型的实时数据信息通过可视化、人机交互技术在数字孪生监控平台的用户端进行展示和交互。

9、进一步，在构建空间几何模型和进行动态映射时，采用如下步骤：

10、a1：根据物理实体实际几何参数，建立相应的功能部件子模块，确定义各子模块之间的空间位置关系和约束条件；

11、a2：建立统一的模型坐标系，为每个子模块分配唯一的数字id，并在统一坐标系内进行三维坐标标定；

12、a3：将子模块的数据划分为单变量数据和多变量数据，并建立相应的数据映射规则；

13、a4：在数字孪生监控平台中，根据现场采集的数据信息和映射规则实时更新子模块的单变量数据和多变量数据，实现物理实体与数字孪生模型的同步；

14、a5：通过数字孪生监控平台，根据预设的控制规则，向物理实体发送控制指令，实现对物理实体的反向控制。

15、进一步，造楼机通过m个双作用液压油缸驱动实现爬升，双作用液压油缸设置有行程传感器，双作用液压油缸的状态参数为s，s＝0表示油缸静止，s＝1表示油缸伸长，s＝2表示油缸收缩；

16、步骤s3中，造楼机物理实体与数字孪生模型动态同步和实时交互时，双作用液压油缸的与数字孪生模型的对应子模块动态同步和实时交互，包括如下步骤：

17、b1：在造楼机爬升前，设置参数和初始化变量，包括：设置本次总爬升高度h、双作用液压油缸的伸长次数n，将当前油缸行程zit均初始化为0，zit为t时刻第i个双作用液压油缸的行程；将状态参数s初始化为0；

18、b2：设置双作用液压油缸从伸长到收缩的转换阈值z0＝hc/k，其中hc为双作用液压油缸的最大伸长量，k为预设的比例系数；

19、b3：构建m个双作用液压油缸的爬升姿态矩阵t＝[xy zt ze zr]，x、y、zt分别为m个双作用液压油缸x坐标向量、y坐标向量、实时伸缩向量，ze为m个双作用液压油缸为m个油缸在本次爬升中各自的累计伸长向量，zr为m个油缸在本次爬升中各自的累计收缩向量，zt＝(z1t，z2t，...，zit)t，ze＝(z1e，z2e，...，zie)t，zr＝(z1r，z2r，…，zir)t；ze和zr的初始值均为零向量；

20、b4：读取当前时刻t的行程传感器数值，以表示当前读取的多个双作用液压油缸行程的平均值，作为z向的基准参考值，则为上一时刻t-1的多个双作用液压油缸行程的平均值；

21、b5：判断与-z0、-z0之间的关系：

22、若且则判定为油缸伸长状态，设置状态变量s＝1，并将伸缸次数n加1，并将油缸行程累计伸长向量ze在上一时刻的基础上增加(zt-zt-1)，总爬升高度h在上一时刻的基础上增加若且状态变量s、伸缸次数n均不变；

23、若即油缸回到了静止范围内，设置状态变量s＝0；

24、若则判定油缸进入收缩状态，设置状态变量s＝2；更新油缸累计收缩向量zr，在上一时刻的基础上增加(|zt|-|zt-1|)；

25、b6：获取造楼机主平台上所有水平度测点的竖向值zs＝hs+hm，其中hm为主平台中轴线到油缸顶部的基准高度，hs为每个水平度测点的实时监测向量，hs＝(h1s，h2s，…，his)t；判定每一个水平度测点的竖向值zs是否超出预警值，若超过预警值则发出警示信息；

26、b7：循环执行b4-b6，直至造楼机到达预定位置，结束本次爬升任务。

27、进一步，步骤b6还包括：以所有水平度测点的z方向伸长高度的集合，创建网格曲面函数f(xq，yq，zq)用于插值，其中xq和yq通过在水平度测点位置的x和y的最小值和最大值之间均匀地取若干个点来形成，通过ze的多项式插值生成新的插值网格zq，绘制造楼机爬升姿态3d曲面图；同时标示更新所有的油缸伸长向量ze、收缩向量zr以及总爬升高度h的实时数值。

28、进一步，采用微服务架构和容器化部署，将数字孪生模型的各个子模块封装为独立的微服务，通过统一的接口协议和通信机制实现模块间的解耦和协同。

29、本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提供的一种造楼机数字孪生模型构建与动态映射方法，能够高效准确地构建数字孪生模型，实现造楼机物理实体与数字孪生模型动态同步和实时交互，实现对造楼机工作状态的全面精准监控，为施工安全、效率优化和决策提供技术支撑，保障造楼机的安全稳定运行。另外，通过设置爬升姿态矩阵t＝[x y zt ze zr]，并采集m个双作用液压油缸的行程传感器数值，从而获得m个双作用液压油缸x坐标向量、y坐标向量、实时伸缩向量，并通过判定油缸的状态，给出伸缸次数n、向量ze和zr的更新方法，从而实现对m个双作用液压油缸的运行状态进行实时监控，并通过计算造楼机主平台上所有水平度测点的竖向值zs，判断zs与预警值之间的关系，实现对造楼机主平台上所有水平度测点的状态进行精确监控和预警，保障造楼机运行安全，从而解决现有高层及超高层建筑造楼机装备在服役过程中，爬升状态监控手段缺乏，工作状态识别准确度低等关键问题。