CN108363860A - 一种基于bim技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明型涉及一种基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，属于工程测量技术领域。它包括以下步骤：建立BIM模型、三维放样数据导出、平面坐标转换、测量机器人现场放样、数据采集和导入模型复核等。本发明的有益之处是：可以节省测量数据计算时间及出错率，提高三维异形桥梁模板拼装测量精度，使现场拼缝、错台均低于规范要求，节约大量施工成本，同时，简化测量工作内容，提高模板拼装效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法。
背景技术
目前，国内桥梁行业BIM技术与施工测量相结合无应用案例，相关技术研究甚少，特别是空间三维异形结构桥梁，其每一处造型呈变化趋势，如采用传统施工测量方法，则存在以下几大缺陷：
1、传统的的坐标及高程计算方法，在三维异形桥梁中实施难度非常大且准确性很低，无形中增加了测量难度及放样误差，且无法保证施工质量。
2、设计图只提供二维CAD电子图或纸质版图纸，在进行测量编程输入曲线要素时，易出错且不易发现。
3、由于平曲线的变化，大地坐标系给出的数据不能直观反应模板的实际状态，导致测量工效较低。
4、传统人工瞄准测量方式，效率低而且无法消除***误差，精度较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服三维异形桥梁采用传统测量计算方法和现场放样技术，手段单一、精度差、效率低的问题，提高测量工效，使模板拼装测量变得简易、方便、精确，减少施工协调难度，缩短模板拼装工期。
一种基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）建立BIM模型：根据设计图纸，在Rhino软件中对桥梁的混凝土贴面进行1：1精确建模；
（2）三维放样数据导出：以建立好的BIM模型为基础，利用Rhino软件绘制需要放样的结构特征点，然后根据施工需求，进行放样点位的选取，接着，将选取的放样点位以三维坐标形式批量导出；
（3）平面坐标转换：运用坐标转换公式将导出的三维坐标转换为平面坐标，并采用AutoCAD中UCS命令方式进行复核，复核确认无误后，方可投入使用；
（4）测量机器人现场放样：测量放样前，将测量数据导入TS30全站仪中，待仪器设站完成后，启动测量机器人模式并设定参数，对徕卡小棱镜连接锁定并追踪测量，进行放样工作，实现现场与模型同步；
（5）数据采集：拼装完成后，采用TS30全站仪免棱镜技术对已安装完成的模板进行三维空间坐标采集；
（6）数据校验：将数据导入BIM模型，进行误差对比，配合BIM模型对桥梁整体进行验收，若偏差较大，继续进行微调，直至各项指标符合规范要求，方可进行下一步施工，以此类推完成全桥模板拼装。
作为优选，BIM建模所采用坐标系与图纸设计坐标系保持一致。
作为优选，放样点位的选取位置与模板加工分段节点相对应。
在平面坐标转换的过程中使用笛卡尔坐标系，坐标转换以墩柱中心点为坐标原点，运用坐标转换公式转换平面坐标，并采用AutoCAD中UCS命令方式进行复核。所述的平面坐标转换，使用笛卡尔坐标系，坐标转换公式如下：
设待转换点为P，大地坐标为：、，笛卡尔坐标系原点O，大地坐标系：、，笛卡尔坐标：、，施工坐标系X轴方位角：
P点转换后笛卡尔坐标为、：
。
AutoCAD 中ucs命令坐标转换步骤如下：
首先，在CAD命令行输入用户坐标系ucs命令后回车键确定，然后点取中心点指定为X轴上的点，接下来点取垂直方向任意一点，指定XY平面上的点，然后设置坐标原点为0、0，完成坐标系的转换。
作为优选，使用带有测量机器人的徕卡TS30全站仪，通过控制点，采用后方交会法法来完成设站，且后视夹角在30°至150°之间。
作为优选，测量选用徕卡小棱镜，并切换徕卡小棱镜常数为：-17.5，在放样界面选择要放样的点号，TS30全站仪的测量机器人将自动瞄准并锁定正确的方位角，移动徕卡小棱镜至仪器制定方向，测量机器人将自动搜索并跟踪测量，仪器计算并显示放样差值，根据仪器提示的移动方向和移动距离，完成点位的放样。
与现有测量技术相比，本发明的有益之处是：基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，可以节省测量数据计算时间及出错率，提高三维异形桥梁模板拼装测量精度，使现场拼缝、错台均低于规范要求，节约大量施工成本。同时，简化测量工作内容，提高模板拼装效率。
附图说明
下面结合附图对本专利进一步说明。
图1是本发明的测设工艺流程示意图；
图2是本发明的现场放样示意图。
图中：1、徕卡TS30全站仪；2、控制点；3、三维异形模板；4、徕卡小棱镜。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明型进行详细描述：
如图1至图2所示，本发明涉及的一种基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，包括以下步骤：
（1）建立BIM模型：根据设计图纸，在Rhino软件中对桥梁的混凝土贴面进行1：1精确建模。
（2）三维放样数据导出：以建立好的BIM模型为基础，利用Rhino软件绘制需要放样的结构特征点，然后根据施工需求，进行放样点位的选取，接着，将选取的放样点位以三维坐标形式批量导出。
（3）平面坐标转换：运用坐标转换公式转换平面坐标，并采用AutoCAD中UCS命令方式进行复核，双法复核确认无误后，方可投入使用。
（4）测量机器人现场放样：测量放样前，将测量数据导入徕卡TS30全站仪1中，待仪器设站完成后，启动测量机器人模式并设定参数，对小棱镜连接锁定并追踪测量，进行放样工作，实现现场与模型同步。
（5）数据采集：拼装完成后，采用徕卡TS30全站仪免棱镜技术对已安装完成的模板进行三维空间坐标采集。
（6）将数据导入BIM模型，进行误差对比，配合BIM模型对桥梁整体进行验收。若偏差较大，继续进行微调，直至各项指标符合规范要求，方可进行下一步施工，以此类推完成全桥模板拼装。
为了保证各模板节点处坐标及高程数据提取的有效性，BIM建模所采用坐标系与图纸设计坐标系保持一致。
为了满足现场模板拼装实际施工，放样点位的选取位置与模板加工分段节点相对应。
为了简化坐标位数，使得数据更直观、指令更明确、方便梁段调整，使用笛卡尔坐标系，坐标转换以墩柱中心点为坐标原点，运用坐标转换公式转换平面坐标，并采用AutoCAD中UCS命令方式进行复核，平面坐标转换中坐标转换公式如下：
设待转换点为P，大地坐标为：、，笛卡尔坐标系原点O，大地坐标系：、，笛卡尔坐标：、，施工坐标系X轴方位角：
P点转换后笛卡尔坐标为、：
。
AutoCAD 中ucs命令坐标转换步骤如下：
首先，在CAD命令行输入用户坐标系ucs命令后回车键确定，点取中心点指定为X轴上的点，然后点取垂直方向任意一点，指定XY平面上的点，最后设置坐标原点为0、0，完成坐标系转换。
为了满足测量放样精度要求，这里的精度要求为±3mm，使用带有测量机器人的徕卡TS30全站仪1，通过控制点2，采用后方交会法法来完成设站，且后视夹角在30°至150°之间。
为了减少测量人为误差和仪器误差、提高工作效率，测量选用徕卡小棱镜4，并切换徕卡小棱镜4常数为：-17.5，在放样界面选择要放样的点号，徕卡TS30全站仪1的测量机器人将自动瞄准并锁定正确的方位角，移动徕卡小棱镜4至仪器制定方向，测量机器人将自动搜索并跟踪测量，仪器计算并显示放样差值，根据仪器提示的移动方向和移动距离，完成点位的放样，其中徕卡小棱镜4设置在三维异形模板3的上端。
由于模型从建立之初到最终的完成都严格基于设计图纸所给的原始数据，因此模型中数据的准确性也可有效保证，大大提升了测量精度、节省了测量数据计算时间及出错率，提高了施工质量。
总之，以上仅是发明型的较佳实施例而已，并非对发明型作任何形式上的限制，凡是依据本发明型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明型专利的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）建立BIM模型：根据设计图纸，在Rhino软件中对桥梁的混凝土贴面进行1：1精确建模；
（2）三维放样数据导出：以建立好的BIM模型为基础，利用Rhino软件绘制需要放样的结构特征点，然后根据施工需求，进行放样点位的选取，接着，将选取的放样点位以三维坐标形式批量导出；
（3）平面坐标转换：运用坐标转换公式将导出的三维坐标转换为平面坐标，并采用AutoCAD中UCS命令方式进行复核，复核确认无误后，方可投入使用；
（4）测量机器人现场放样：测量放样前，将测量数据导入TS30全站仪中，待仪器设站完成后，启动测量机器人模式并设定参数，对徕卡小棱镜连接锁定并追踪测量，进行放样工作，实现现场与模型同步；
（5）数据采集：拼装完成后，采用TS30全站仪免棱镜技术对已安装完成的模板进行三维空间坐标采集；
（6）数据校验：将数据导入BIM模型，进行误差对比，配合BIM模型对桥梁整体进行验收，若偏差较大，继续进行微调，直至各项指标符合规范要求，方可进行下一步施工，以此类推完成全桥模板拼装。
2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于：步骤（1）中BIM建模所采用坐标系与图纸设计坐标系保持一致。
3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于：步骤（2）中放样点位的选取位置与模板加工分段节点相对应。
4.根据权利要求1所述的基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于：步骤（3）中以墩柱中心点为坐标原点，运用坐标转换公式转换平面坐标，并采用AutoCAD中ucs命令方式进行复核。
5.根据权利要求4所述的基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于：所述的平面坐标转换，使用笛卡尔坐标系，坐标转换公式如下：
设待转换点为P，大地坐标为：、，笛卡尔坐标系原点O，大地坐标系：、，笛卡尔坐标：、，施工坐标系X轴方位角：
P点转换后笛卡尔坐标为、：
AutoCAD 中ucs命令坐标转换步骤如下：
首先，在CAD命令行输入用户坐标系ucs命令后回车键确定，然后点取中心点指定为X轴上的点，接下来点取垂直方向任意一点，指定XY平面上的点，然后设置坐标原点为0、0，完成坐标系的转换。
6.根据权利要求1所述的基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于：步骤（4）中使用带有测量机器人的徕卡TS30全站仪，通过控制点，采用后方交会法法来完成设站，且后视夹角在30°至150°之间。
7.根据权利要求1所述的基于BIM技术的三维异形桥梁模板拼装测设方法，其特征在于：步骤（4）测量机器人现场放样中：测量选用徕卡小棱镜，并切换徕卡小棱镜常数为：-17.5，在放样界面选择要放样的点号，TS30全站仪的测量机器人将自动瞄准并锁定正确的方位角，移动徕卡小棱镜至仪器制定方向，测量机器人将自动搜索并跟踪测量，仪器计算并显示放样差值，根据仪器提示的移动方向和移动距离，完成点位的放样。
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