CN104899378A - 基于bim和三维测量的高层钢结构数字化安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法，其包括以下步骤：步骤一，建出高层钢结构的BIM三维数字模型；步骤二，现场安装三维测量***，测量构件点云模型；步骤三，在对比***中，对比***对点云模型进行处理，计算最大误差；步骤四，若最大误差δδ₀，给出现场安装调整办法的指示；步骤五，现场构件位置误差满足要求之后，进行构件的锚固，从而实现高层钢结构构件的精确安装。本发明针对高层钢结构高和空间复杂的特点，利用BIM和三维测量技术，实现钢结构的现场精确安装。

Description

基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法

技术领域

本发明涉及一种高层钢结构数字化安装技术，特别涉及一种基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法。

背景技术

美国有关部门的研究表明，建筑业的无效工作高达（浪费）57%，而制造业的这个数字是26%，两者相差21%。可见建筑业的生产效率是很低的，而这种想要大幅度的提高生产效率，那么就会涉及到建筑业技术的变革。在目前阶段，实现这种变革的唯一手段就是BIM技术，它被称作是建筑业的第二次革命。

BIM（Building Information Model）是建筑信息模型的简称， 1975 年， Chuck Eastman 提出 BIM 理念的源头“Building Description System”（建筑描述***）。该***的概念是 BIM 的概念的起源，提出了三维建筑模型、基于网络协作平台的自动更新视图、工程量自动计算和基于数据库的进度计划编排等 BIM 的关键词，目前BIM主要应用在在结构与管道碰撞检测、工程造价控制及施工模拟。三维测量技术是一种新兴的现代化信息获取手段，原理是通过高速驱动及配准技术，向被测物体以每秒高达万次的高频发射激光束，获取反射信号并成像的一种技术。三维测量在测量中采集各物体表面点云数据，且速度快、精度高，生成的点云数据经处理可转换为BIM模型数据，常用于建筑物测量维护与仿真、位移控制与外观结构三维建模、地形测量等。

在建筑业发展的现阶段以及将来，倡导的是建筑业的产业化，提高建筑业的生产效率。钢结构作为建筑业的一部分，在产业化发展过程中，具有一个代表性的地位。而目前建筑产业化进程中，都主要是通过BIM技术来实现的。以前高层钢结构的生产效率低，精度低，容易发生返工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法，其根据高层钢结构高和空间复杂的特点，利用BIM和三维测量技术，将构件安装过程信息可视化和直观化，并与设计相校核，实现构件的精确安装，以期提高钢结构施工的生产效率。

本发明提供一种基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法，其特征在于，所述基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法包括以下步骤：

步骤一，利用BIM技术，根据设计院出的施工图，第三方单位建出高层钢结构的BIM三维数字模型，并通过相关审查确认；或未来阶段是由设计院直接提供高层钢结构的BIM三维数字模型。之后将这个BIM三维数字模型存入对比***；

步骤二，现场安装三维测量***，布设合适控制点和建立控制网，进行钢结构安装，由三维测量测出现场构件安装结果的点云模型，通过无线设备输入对比***；

步骤三，在对比***中，对比***对点云模型进行处理，之后通过对比BIM三维数字模型和现场安装的点云模型，计算最大误差δ；

步骤四，若最大误差δ > δ₀，δ₀为实际钢结构安装的允许误差限，对比***会根据点云模型相对于BIM三维数字模型的差异，给出现场安装调整办法的指示，重新进行步骤二中的钢结构安装部分和步骤三，直到满足δ ≤ δ₀；

步骤五，现场构件位置误差满足要求之后，进行构件的锚固，从而实现高层钢结构构件的精确安装。

优选地，所述基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法采用以下三个模块：

BIM三维数字模型， BIM三维数字模型的产生主要是依靠第三方单位，未来发展阶段是由设计院直接提供；

三维测量***，三维测量***包括三维扫描仪、定位装置、其他辅助测量设备以及附属设备，三维测量***通过现场测量，提供构件现场吊装的位置并及时产生结构安装结果的点云模型；

对比***，对比***存储有高层钢结构的BIM三维数字模型，将构件安装过程信息可视化和直观化的展示出来，通过将BIM三维数字模型与及时获得的点云模型进行对比，实现钢结构的现场精确安装。

本发明具有以下有益效果：将BIM技术应用到钢结构现场安装上，通过三维测量的实时性，及时反映实际安装的结果，并与设计相比较，及时发现问题，避免返工；在当前施工办法中，三维测量只是在钢结构一部分工程安装完成之后进行，再将测量出的模型与设计模型进行人工对比，校核安装，在这里三维测量贯穿整个安装过程，很大的提高了安装精度；本发明还有个最大不同之处，使用的是点云模型，而不是由点云数据而建的表面模型，现阶段施工办法中，后期会根据测量的点云模型，建出结构的表面模型，来校核安装，这个建出表面模型的过程周期长，花费大，处理之后精度也会下降，此处直接使用原始点云模型，精度会更高。特别是高层以及超高层钢结构安装出现误差，若没有及时发现，对整个工程的影响是很巨大的。而且这个及时发现问题的技术对钢结构施工效率的提高也是显而易见的。

附图说明

图1是适用于当前阶段的基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法的原理框图；

图2是适用于未来发展阶段的基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图，对这种基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法作进一步详细说明。结合说明书摘要和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施过程。

结合现阶段BIM技术实施办法和图1，本发明基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法包括以下步骤：

步骤一，第三方单位（BIM咨询公司），利用BIM技术，根据设计院出的施工图，建出高层钢结构的BIM三维数字模型，并通过相关审查确认，之后将这个模型存入对比***。具体来说，第三方单位出高层钢结构的BIM三维数字模型送由相关审核单位审查，审查通过之后，成为可使用的BIM三维数字模型，这是适用现阶段建筑业生产过程的。在施工过程中，会涉及到设计变更或是现场施工出现不可逆的问题，这时BIM三维数字模型需要做调整，再由相关单位审查通过后，成为新阶段的可使用BIM三维数字模型，也就是说BIM三维数字模型会根据情况实时调整。将可使用的BIM三维数字模型存入对比***；

步骤二，现场安装三维测量***，布设合适控制点和建立控制网，进行钢结构安装，由三维测量测出现场构件安装结果的点云模型，通过无线设备输入对比***。具体来说，对于具体构件，由***确定具体安装位置，根据施工设计进行钢结构吊装。构件吊装到预设的大致位置之后，由相关辅助设备，对构件进行微调整至预设位置，由三维测量***及时测出现场构件安装结果的点云模型，通过无线设备传输输入对比***；

步骤三，在对比***中，对比***首先对输入的点云模型进行坐标变换和除燥处理。坐标变换是将现场测量的点云模型的坐标信息转换成和BIM设计模型信息一致。除燥是将测量到的其他不需要的点云数据清除；之后，***根据点云模型坐标相关信息，查找出BIM三维数字模型中对应的构件，并将其与处理之后现场安装的点云模型进行对比分析，计算最大误差δ；

步骤四，若最大误差δ > δ₀（δ₀为实际钢结构安装的允许误差限），对比***会根据点云模型相对于BIM三维数字模型的差异，给出现场安装调整办法的指示，比如构件相关部位的调整方向、距离大小、角度大小等，之后重新进行步骤二中的钢结构安装部分和步骤三，直到满足δ ≤ δ₀；

步骤五，现场构件安装位置误差满足要求之后，进行构件的锚固，安装过程结束，从而实现高层钢结构构件的精确安装。

结合未来BIM技术发展趋势和图2，本发明基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法包括以下步骤：

步骤一，由设计院直接提供设计的BIM数字模型，并通过相关审查确认，成为可使用的BIM数字模型，之后将这个模型存入对比***。具体来说，设计院出高层钢结构的BIM三维数字模型送由相关审核单位审查，审查通过之后，成为可使用的BIM三维数字模型，这是符合未来现阶段建筑业生产过程的。在施工过程中，会涉及到设计变更或是现场施工出现不可逆的问题，这时BIM三维数字模型需要做调整，再由相关单位审查通过后，成为新阶段的可使用BIM三维数字模型，也就是说BIM三维数字模型会根据情况实时调整。将可使用的BIM三维数字模型存入对比***；

步骤二，现场安装三维测量***，布设合适控制点和建立控制网，进行钢结构安装，由三维测量测出现场构件安装结果的点云模型，通过无线设备输入对比***。具体来说，对于具体构件，由***确定具体安装位置，根据施工设计进行钢结构吊装。构件吊装到预设的大致位置之后，由相关辅助设备，对构件进行微调整至预设位置，由三维测量***及时测出现场构件安装结果的点云模型，通过无线设备传输输入对比***；

步骤三，在对比***中，对比***首先对输入的点云模型进行坐标变换和除燥处理；之后，***根据点云模型坐标相关信息，查找出BIM三维数字模型中对应的构件，并将其与处理之后现场安装的点云模型进行对比分析，计算最大误差δ；

步骤四，若最大误差δ > δ₀（δ₀为实际钢结构安装的允许误差限），对比***会根据点云模型相对于BIM三维数字模型的差异，给出现场安装调整办法的指示，比如构件相关部位的调整方向、距离大小、角度大小等，之后重新进行步骤二中的钢结构安装部分和步骤三，直到满足δ ≤ δ₀；

步骤五，现场构件安装位置误差满足要求之后，进行构件的锚固，安装过程结束，从而实现高层钢结构构件的精确安装。

本发明具体有以下三个模块：

BIM三维数字模型，目前阶段市场上，BIM三维数字模型的产生主要是依靠第三方单位，也就是现在兴起的BIM咨询公司。BIM咨询公司根据设计院出的施工图，建出高层钢结构的BIM三维数字模型，再由相关单位审核，审核通过即可使用。未来的发展方向，也就是接下来BIM标准出来之后，BIM三维数字模型将会直接由设计院提供；

三维测量***，三维测量***包括三维扫描仪、定位装置、其他辅助测量设备以及附属设备，三维测量***通过现场测量，提供构件现场吊装的位置并及时产生结构安装结果的点云模型；

对比***，对比***存储有高层钢结构的BIM三维数字模型，将构件安装过程信息可视化和直观化的展示出来，通过将BIM三维数字模型与及时获得的点云模型进行对比，实现钢结构的现场精确安装。

本发明，将BIM技术应用到钢结构现场安装上，通过三维测量的实时性，及时反映实际安装的结果，并与设计相比较，及时发现问题，避免返工；在以前施工办法中，三维测量只是在钢结构一部分工程安装完成之后进行，再将测量出的模型与设计模型进行人工对比，校核安装，在这里三维测量贯穿整个安装过程，很大的提高了安装精度；本发明还有个最大不同之处，使用的是点云模型，而不是由点云数据而建的表面模型，现阶段施工办法中，后期会根据测量的点云模型，建出结构的表面模型，来校核安装，这个建出表面模型的过程周期长，花费大，处理之后精度也会下降，此处直接使用原始点云模型，精度会更高。将BIM和三维测量技术应用到高层钢结构安装过程中，以提高钢结构施工的生产效率，是符合建筑业产业化发展目的的。

Claims (2)

1.一种基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法，其特征在于，所述基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法包括以下步骤：

步骤一，利用BIM技术，根据设计院出的施工图，第三方单位建出高层钢结构的BIM三维数字模型，并通过相关审查确认；或未来阶段是由设计院直接提供高层钢结构的BIM三维数字模型，之后将这个BIM三维数字模型存入对比***；

步骤二，现场安装三维测量***，布设合适控制点和建立控制网，进行钢结构安装，由三维测量测出现场构件安装结果的点云模型，通过无线设备输入对比***；

步骤三，在对比***中，对比***对点云模型进行处理，之后通过对比BIM三维数字模型和现场安装的点云模型，计算最大误差δ；

步骤四，若最大误差δ > δ₀，δ₀为实际钢结构安装的允许误差限，对比***会根据点云模型相对于BIM三维数字模型的差异，给出现场安装调整办法的指示，重新进行步骤二中的钢结构安装部分和步骤三，直到满足δ ≤δ₀；

步骤五，现场构件位置误差满足要求之后，进行构件的锚固，从而实现高层钢结构构件的精确安装。

2.根据权利要求1所述的基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法，其特征在于，所述基于BIM和三维测量的高层钢结构数字化安装方法采用以下三个模块：

BIM三维数字模型， BIM三维数字模型的产生主要是依靠第三方单位，未来发展阶段是由设计院直接提供；

三维测量***，三维测量***包括三维扫描仪、定位装置、其他辅助测量设备以及附属设备，三维测量***通过现场测量，提供构件现场吊装的位置并及时产生结构安装结果的点云模型；

对比***，对比***存储有高层钢结构的BIM三维数字模型，将构件安装过程信息可视化和直观化的展示出来，通过将BIM三维数字模型与及时获得的点云模型进行对比，实现钢结构的现场精确安装。