CN109292637A - 一种基于bim的大型缆索智慧吊装*** - Google Patents

一种基于bim的大型缆索智慧吊装*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，包括实景监控***、虚拟吊装***、精准定位***、中央处理***和安全预警***；实景监控***、虚拟吊装***和精准定位***均与中央处理***连接，中央处理***和安全预警***连接。该***可以实时监测缆索吊各部位及吊装构件的位置、属性等信息，并通过计算机发送吊装指令，由***自动完成吊装作业，提高了施工作业的精度和效率，以及吊装作业的安全性。

Description

一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***
技术领域
本发明涉及缆索吊吊装技术领域，尤其涉及一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***。
背景技术
缆索吊是一种利用张紧在主副塔之间的承载索作为载重小车行驶轨道的吊装机械，适用于地形复杂、难以通行的施工场地，在较大空间范围内对待吊构件进行起重、运输、装卸作业。现有的跨越峡谷、大江、大河的大跨度桥梁大都采用缆索吊来进行吊装作业。
由于缆索吊跨度较大，其操作室和施工现场通常距离较远，为了保证施工的效率和安全，就需要缆索吊和施工现场时刻保持信息通畅，以及缆索吊各部位之间的同步运行。
在现有的缆索吊***使用过程中，一般都采用对讲机来维持各施工部位间的实时通讯，但由于通讯过程中信号传输以及人员反应等延迟，往往不能将现场的实时情况准确反馈至操作室并做出相应的指令动作，这无疑在很大程度上降低了施工效率和施工质量，也存在很大的安全隐患。
建筑信息模型(BIM)能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生产成本，保障工程按时按质完成。(CN 201347327 Y)缆索起重机电气控制***，该发明提出了一种安全可靠、多台卷扬机同步控制性能好及钢箱拱线性控制精度高的电气集中控制***。
该***由综合监控、PLC控制***和ABB变频传动***三级***组成。三级之间的数据交换通过PR0FIBUS DP总线通讯实现。综合监控(触摸界面操作台)是操作人员用来对设备控制发送指令及信号的采集；它由触摸界面及其相应的应用软件组成,通过MPI(多站通讯协议)口与PLC的CPU通讯获取所需信息从而监控整车的运行状态和故障信息,实现故障自诊断,易于起重机的日常维护和检修；PLC控制***在南、北均设一个西门子公司S7-300系列CPU作为主这两个主站CPU互为备用；信号的采集和设备的控制均由远程ET200M从站来完成,主站CPU与从站通过PR0FIBUS DP总线连接起来,从站与从站之间是通过PR0FIBUS DP光纤电缆将北岸上、下游控制对象连接成一体,实现起重机各机构运行的时序和逻辑控制；整个控制***为西门子公司S7-300系列CPU+远程ET200M(高密度配置的模块化I/0站)的控制形式,并采用了可编程控制器(PLC)和HMI触摸屏的信息管理***。ABB交流变频调速***的原理:交流电动机的速度与供电频率成正比,均匀的改变供电频率,可以平滑的改变电动机的同步转速,从而实现鼠笼式异步电机的速度控制。ABB整流/回馈单元通过公用直流母线与各机构逆变器相连实现各杋构驱动电动杋转矩和速度的精确控制。PLC采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。本缆索吊机PLC电气集中控制***工作原理:综合监控***(操作台)通过发送缆索起重小车控制指令,由ET200M从站转换成数字信号,通过PROFIBUS DP光纤电缆将数字信号传输至PLC主站CPU,在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令,在各种不同工况指令下,执行相对应的运算指令；通过cPU自身输入、输出、处理、记忆、控制等功能来实现,并转换成模拟信号输出；ABB变频传动***接收到PLC发出的模拟信号以后，利用起升、行走变频器来控制起升及行走卷扬机，从而达到控制缆索起重小车的起升及行走。该缆索起重机电气控制***虽然可以实现多台卷扬机同步运行，但现场的各种信息依然需要人为的进行反馈，缆索吊装精度和效率仍有提升的空间。
发明内容
本发明公开了一种大型缆索智慧吊装***，该***可以实时监测缆索吊各部位及吊装构件的位置、属性等信息，并通过计算机发送吊装指令，由***自动完成吊装作业，提高了施工作业的精度和效率，以及吊装作业的安全性。
1)对缆索吊***及吊装构件进行BIM参数化建模，并在模型中直接以颜色显示吊装构件在吊装过程中的安全状态。
2)对吊装构件进行模拟施工，并将模拟过程中吊装构件的位置参数实时显示在BIM模型中。
3)构件实际吊装过程中，由传感器实时监测构件的位置信息，并实时传输至BIM模型中。
4)根据传感器所监测的距离数据，智能控制缆索吊的运行速度。
本发明采用的技术方案为一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，包括实景监控***、虚拟吊装***、精准定位***、中央处理***和安全预警***；实景监控***、虚拟吊装***和精准定位***均与中央处理***连接，中央处理***和安全预警***连接。
实景监控***，用于接收布置在施工现场的高清网络摄像机上传的实时监控画面，并显示在实景监控客户端，辅助吊装指挥人员查看吊装准备及吊装过程的实时情况；
虚拟吊装***，用于在已建立好的施工现场的BIM模型中，BIM模型为缆索吊、吊装构件、起吊平台等，根据施工方案对吊装构件进行模拟施工，利用BIM模型的碰撞检查功能，验证施工方案的可行性，并对施工方案进行优化修改；同时在实际吊装过程中，实现实际吊装与仿真模拟的同步播放，以对吊装过程中出现的不安全动作与状态及时做出纠正；
精准定位***，用于实时监测吊装构件与吊装平台和已安装构件的相对位置，便于针对吊装构件的实际位置制定吊装路径，防止发生碰撞，并对危险场景进行预警；
中央处理***，用于在吊装前制定吊装构件的路径，并对缆索吊发布执行命令，并根据吊装构件的位置智能调整缆索吊运行速度，以及对安全预警信息进行处理；
安全预警***，用于对超声波定位传感器采集的距离参数进行分析，当所述距离参数小于某一设定的限值时，对操作人员发出预警信息，同时在BIM模型中高亮显示预警部位；
该***的实施方法如下：
第一步，根据施工现场的布置建立BIM参数化模型，参数包括吊装构件的尺寸、位置信息，缆索吊及吊装平台的位置信息；
第二步，依据施工方案，利用BIM软件进行吊装模拟施工，根据仿真模拟情况优化施工方案；
第三步，在施工现场安装两个高清网络摄像机，并将监控画面实时传输在实景监控客户端；摄像机的安装位置应以监控画面可以实时了解吊装构件的三维空间位置来确定；
第四步，在施工现场安装三个超声波定位传感器，用于测量吊装构件与吊装平台和已安装构件的距离，进而确定构件的位置；所述三个超声波定位传感器不共线，且空间坐标位置已知；
第五步，吊装准备工作(缆索吊吊钩、吊具安装)完成后，中央处理***根据超声波定位传感器采集的吊装构件的位置信息和此构件在BIM模型中的设计位置，制定出吊装路径，并对缆索吊发布执行命令；
第六步，吊装过程中，安全预警***实时采集分析超声波定位传感器所获取的距离参数，当吊装构件距离目标位置较远时，缆索吊执行加速操作，并根据距离的远近在缆索吊允许的速度范围内自动加速到某一速度并匀速行驶，在接近目标位置时，自动减速；当所述距离参数小于某一设定的限值时，对操作人员发出预警信息，同时在BIM模型中高亮显示预警部位；
第七步，操作人员根据实景监控客户端的实时画面，判断预警信息的危险程度，当根据吊装路径分析不会发生碰撞时，忽略预警信息继续吊装作业；当碰撞不能避免时，重新调整吊装路径，完成吊装作业。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果。
1、相比于传统的缆索吊装***，本发明自动化程度更高，减少了人员的劳动强度；
2、相比于传统的缆索吊装***，本发明施工质量及效率更高，节省工期；
3、相比于传统的缆索吊装***，本发明大大降低了施工过程的安全风险。
附图说明
图1是本***的方法实施流程图。
图2是本***的布置结构图。
具体实施方式
以下结合附图1-2和具体实施方法对本发明进行进一步详细说明。
一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，包括实景监控***、虚拟吊装***、精准定位***、中央处理***和安全预警***；实景监控***、虚拟吊装***和精准定位***均与中央处理***连接，中央处理***和安全预警***连接。
实景监控***，用于接收布置在施工现场的高清网络摄像机上传的实时监控画面，并显示在实景监控客户端，辅助吊装指挥人员查看吊装准备及吊装过程的实时情况；
虚拟吊装***，用于在已建立好的施工现场的BIM模型中，BIM模型为缆索吊、吊装构件、起吊平台等，根据施工方案对吊装构件进行模拟施工，利用BIM模型的碰撞检查功能，验证施工方案的可行性，并对施工方案进行优化修改；同时在实际吊装过程中，实现实际吊装与仿真模拟的同步播放，以对吊装过程中出现的不安全动作与状态及时做出纠正；
精准定位***，用于实时监测吊装构件与吊装平台和已安装构件的相对位置，便于针对吊装构件的实际位置制定吊装路径，防止发生碰撞，并对危险场景进行预警；
中央处理***，用于在吊装前制定吊装构件的路径，并对缆索吊发布执行命令，并根据吊装构件的位置智能调整缆索吊运行速度，以及对安全预警信息进行处理；
安全预警***，用于对超声波定位传感器采集的距离参数进行分析，当所述距离参数小于某一设定的限值时，对操作人员发出预警信息，同时在BIM模型中高亮显示预警部位；
该***的实施方法如下：
第一步，根据施工现场的布置建立BIM参数化模型，参数包括吊装构件的尺寸、位置信息，缆索吊及吊装平台的位置信息；
第二步，依据施工方案，利用BIM软件进行吊装模拟施工，根据仿真模拟情况优化施工方案；
第三步，在施工现场安装两个高清网络摄像机，并将监控画面实时传输在实景监控客户端；摄像机的安装位置应以监控画面可以实时了解吊装构件的三维空间位置来确定；
第四步，在施工现场安装三个超声波定位传感器，用于测量吊装构件与吊装平台和已安装构件的距离，进而确定构件的位置；所述三个超声波定位传感器不共线，且空间坐标位置已知；
第五步，吊装准备工作(缆索吊吊钩、吊具安装)完成后，中央处理***根据超声波定位传感器采集的吊装构件的位置信息和此构件在BIM模型中的设计位置，制定出吊装路径，并对缆索吊发布执行命令；
第六步，吊装过程中，安全预警***实时采集分析超声波定位传感器所获取的距离参数，当吊装构件距离目标位置较远时，缆索吊执行加速操作，并根据距离的远近在缆索吊允许的速度范围内自动加速到某一速度并匀速行驶，在接近目标位置时，自动减速；当所述距离参数小于某一设定的限值时，对操作人员发出预警信息，同时在BIM模型中高亮显示预警部位；
第七步，操作人员根据实景监控客户端的实时画面，判断预警信息的危险程度，当根据吊装路径分析不会发生碰撞时，忽略预警信息继续吊装作业；当碰撞不能避免时，重新调整吊装路径，完成吊装作业。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果。
1、相比于传统的缆索吊装***，本发明自动化程度更高，减少了人员的劳动强度；
2、相比于传统的缆索吊装***，本发明施工质量及效率更高，节省工期；
3、相比于传统的缆索吊装***，本发明大大降低了施工过程的安全风险。
需要特别说明的是，本发明方法利用BIM技术，将缆索吊各部位及吊装构件的位置、属性作为基本吊装方案评估点，缆索吊***的吊重范围，缆索吊的布置和设计，缆索吊***的安全性；BIM模型，能够对施工作业的精度和效率综合性价比进行评估，是发明人付出创造性劳动得到的。

Claims (7)

1.一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：包括实景监控***、虚拟吊装***、精准定位***、中央处理***和安全预警***；实景监控***、虚拟吊装***和精准定位***均与中央处理***连接，中央处理***和安全预警***连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：实景监控***，用于接收布置在施工现场的高清网络摄像机上传的实时监控画面，并显示在实景监控客户端，辅助吊装指挥人员查看吊装准备及吊装过程的实时情况。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：虚拟吊装***，用于在已建立好的施工现场的BIM模型中，BIM模型为缆索吊、吊装构件、起吊平台等，根据施工方案对吊装构件进行模拟施工，利用BIM模型的碰撞检查功能，验证施工方案的可行性，并对施工方案进行优化修改；同时在实际吊装过程中，实现实际吊装与仿真模拟的同步播放，以对吊装过程中出现的不安全动作与状态及时做出纠正。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：精准定位***，用于实时监测吊装构件与吊装平台和已安装构件的相对位置，便于针对吊装构件的实际位置制定吊装路径，防止发生碰撞，并对危险场景进行预警。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：中央处理***，用于在吊装前制定吊装构件的路径，并对缆索吊发布执行命令，并根据吊装构件的位置智能调整缆索吊运行速度，以及对安全预警信息进行处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：安全预警***，用于对超声波定位传感器采集的距离参数进行分析，当所述距离参数小于某一设定的限值时，对操作人员发出预警信息，同时在BIM模型中高亮显示预警部位。
7.根据权利要求1所述的一种基于BIM的大型缆索智慧吊装***，其特征在于：该***的实施方法如下：
第一步，根据施工现场的布置建立BIM参数化模型，参数包括吊装构件的尺寸、位置信息，缆索吊及吊装平台的位置信息；
第二步，依据施工方案，利用BIM软件进行吊装模拟施工，根据仿真模拟情况优化施工方案；
第三步，在施工现场安装两个高清网络摄像机，并将监控画面实时传输在实景监控客户端；摄像机的安装位置应以监控画面可以实时了解吊装构件的三维空间位置来确定；
第四步，在施工现场安装三个超声波定位传感器，用于测量吊装构件与吊装平台和已安装构件的距离，进而确定构件的位置；所述三个超声波定位传感器不共线，且空间坐标位置已知；
第五步，吊装准备工作的缆索吊吊钩、吊具安装完成后，中央处理***根据超声波定位传感器采集的吊装构件的位置信息和此构件在BIM模型中的设计位置，制定出吊装路径，并对缆索吊发布执行命令；
第六步，吊装过程中，安全预警***实时采集分析超声波定位传感器所获取的距离参数，当吊装构件距离目标位置较远时，缆索吊执行加速操作，并根据距离的远近在缆索吊允许的速度范围内自动加速到某一速度并匀速行驶，在接近目标位置时，自动减速；当所述距离参数小于某一设定的限值时，对操作人员发出预警信息，同时在BIM模型中高亮显示预警部位；
第七步，操作人员根据实景监控客户端的实时画面，判断预警信息的危险程度，当根据吊装路径分析不会发生碰撞时，忽略预警信息继续吊装作业；当碰撞不能避免时，重新调整吊装路径，完成吊装作业。
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