CN112069698A - 基于bim的吊装仿真施工方法及其*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的吊装仿真施工方法，包括：对汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模，确定汽车起重机站位区域，并找出多个汽车起重机最佳站位；对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，每条路径图对应一种或多种操作步骤；模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，同时计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求。该方法能够准确地模拟汽车起重机吊装过程，获得最佳吊装路径，且能够避免碰撞，并保证支腿对地的压力以及吊臂所承受的力都在安全范围内。本发明还提供了一种基于BIM的吊装仿真施工***。

Description

基于BIM的吊装仿真施工方法及其***

技术领域

本发明涉及吊装领域。更具体地说，本发明涉及一种基于BIM的吊装仿真施工方法及其***。

背景技术

吊装作业一直是工程施工建设过程中不可或缺的一个环节。在国家大力推动建筑工业化以及国内各类工程建设向着大型化，复杂化的趋势发展这种背景之下，巨大的市场需求给吊装行业的发展带来了新的推动力，因此对于起重机的需求量也越来越大。汽车起重化巧借其机动性好，转移迅速等优点.在移动式起重机的市场需求中占据主导性地位，约75％以上。被广泛的运用到快速发展的城市工程建设、桥梁建设、核电、风电、石油化工等行业的建设项目中。目前，传统的吊装方案制定主要是以人工方式为主。吊装方案制定人员先到吊装现场考察，并研究分析吊装作业环境，根据考察到的工作需求进行计算、校核，然后调查可用的汽车起重机资源，查阅汽车起重机起重性能数据表，确定可以完成吊装任务作业的汽车起重机及其吊装过程的工作参数，最后编写出吊装方案。由于各种型号的汽车起重机的起重性能数据表的数据量非常大，因此，手工进行计算校核和选择满足工况要求的汽车起重机的工作就非常繁琐、低效，难以高效、经济地适应工作需求；并且在吊装方案确定后无法立刻验证吊装方案实施的效果，方案的可行性和合理性无法在实际操作之前得到可靠的验证。建筑信息模型(Building Information Modeling，又称建筑信息模拟)，简称BIM，是由充足信息构成以支持新产品开发管理，并可由计算机应用程序直接解释的建筑或建筑工程信息模型应用。BIM的可视化、模拟化能在很大程度上避免在施工过程中因上述问题带来的损失。如何将BIM与吊装技术进行有效的结合需要大量的研究，是目前研究人员的重要研究对象。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于BIM的吊装仿真施工方法，该方法能够准确地模拟汽车起重机吊装过程，获得最佳的吊装路径，且能够避免碰撞，并保证支腿对地的压力以及吊臂所承受的力都在安全范围内。

本发明还有一个目的是基于BIM的吊装仿真施工***，能够保证吊装仿真施工方法的实现，提高吊装仿真的效率。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于BIM的吊装仿真施工方法，包括：

对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模，标记汽车起重机活动的区域，并确定汽车起重机站位区域；

通过移动汽车起重机站位和调整汽车起重机吊臂幅度，找出多个汽车起重机最佳站位；

对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，得到N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，N>＝1；

根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，同时计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求；

若发生碰撞，则调整路径图对应的操作步骤，若还无法避免碰撞，则更换路径图，重新模拟；

若未发生碰撞且汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小满足安全需求，则对路径图及其对应的操作步骤进行记录，以便于指导实际施工。

优选的是，所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，所述计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求，具体包括：

当汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，计算汽车起重机支腿对地的压力，得到对地压力的动态变化曲线，根据动态变化曲线判断是否满足安全需求；

汽车起重机吊臂包括主臂，副臂和伸缩臂，分别计算主臂，副臂和伸缩臂所承受的力大小，得到动作变化时各部件所承受力的动态变化曲线，根据动态变化曲线判断是否满足安全需求。

优选的是，所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，所述对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，得到N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，具体包括：将得到的N条路径图，进行优先级区分，分为第一推荐路径，第二推荐路径，第三推荐路径，直到第N推荐路径，每种操作步骤均包括一系列分解的动作步骤。

优选的是，所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，所述对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模具体包括：根据汽车起重机，吊装物和场景构件的属性信息判断在汽车起重机模型库，吊装物模型库和场景构件模型库中是否存在相匹配的样本模型，若存在，则确定样本模型为目标三维模型；若不存在，则根据属性信息建立目标三维模型。

优选的是，所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，所述确定汽车起重机站位区域，具体包括：根据吊装物最远吊装位置，以汽车起重机吊臂长度，最大吊装重量以及汽车起重机性能参数，确定最大作业半径，将汽车起重机活动的区域和最大作业半径重合的部分作为汽车起重机站位区域。

优选的是，所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，所述根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程中，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作的时候，加入风速和风向对吊装物的影响。

本发明的目的还可以进一步由基于BIM的吊装仿真施工***来实现，包括：

建立模块，其用于对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模；

模拟显示模块，其用以对汽车起重机模型、吊装物模型和场景构件模型进行融合模拟显示模块；

站位区域确定模块，其用于确定汽车起重机站位区域；

路径规划模块，其用于对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，并规划N条路径图，每条路径图均规划一种或多种操作步骤，N>＝1；

碰撞检测模块，根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，所述碰撞检测模块检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，

力计算模块，其用于计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求。

优选的是，所述的基于BIM的吊装仿真施工***，所述力计算模块包括：压力计算模块，其用于计算汽车起重机支腿对地的压力；吊臂所承受的力计算模块，其用于计算吊臂的各组件所承受的力大小，判断模块，其用于计算压力或所承受的力大小是否满足安全需求。

本发明至少包括以下有益效果：本发明通过移动汽车起重机站位和调整汽车起重机吊臂幅度，找出多个汽车起重机最佳站位，找出多个站位而不是仅仅只有一个站位，便于有的站位在模拟时出现碰撞或支腿压力过大时能够快速及时地调整站位；路径规划模块能够对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，并推荐N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，能够在模拟吊装时，若出现碰撞等问题，能够快速地调整路径图，提高模拟成功的效率。碰撞检测模块能够检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，力计算模块能够计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求。因此，本发明在模拟吊装过程中，既能够对是否发生碰撞进行检测，又能够计算出支腿对地的压力以及吊臂所承受的力大小保证施工安全，获得的最佳吊装路径，以及操作步骤，能够很好地对实际吊装进行指导。本发明提供的方法及其***，功能多样性，集成性强。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中基于BIM的吊装仿真施工方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例中基于BIM的吊装仿真施工***的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明一实施例提供的基于BIM的吊装仿真施工方法，包括：

S10、对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模，标记汽车起重机活动的区域，并确定汽车起重机站位区域。

其中，所述对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模具体包括：根据汽车起重机，吊装物和场景构件的属性信息判断在汽车起重机模型库，吊装物模型库和场景构件模型库中是否存在相匹配的样本模型，若存在，则确定样本模型为目标三维模型；若不存在，则根据属性信息建立目标三维模型。汽车起重机的属性信息为额定起重量，吊臂长度，升降高度等；吊装物的属性信息为形状，重量，体积大小；场景构件的属性信息为：形状，高度，体积，面积等。

需要说明的是，建模时，汽车起重机，吊装物和场景构件的模型与实际比例是一样。在汽车起重机模型库，吊装物模型库和场景构件中存储着大量事先建好的模型，比如，汽车起重机模型尽可能地包括多种型号的汽车起重机模型。汽车起重机活动的区域需要根据实际情况考查来确定。

其中，所述确定汽车起重机站位区域，具体包括：根据吊装物最远吊装位置，以汽车起重机吊臂长度，最大吊装重量以及汽车起重机性能参数，确定最大作业半径，将汽车起重机活动的区域和最大作业半径重合的部分作为汽车起重机站位区域。

S20、通过移动汽车起重机站位和调整汽车起重机吊臂幅度，找出多个汽车起重机最佳站位。

对于最佳站位的确定，需要多次调整站位，再结合吊臂的角度，利用三维视图等功能观察汽车起重机与场景构件，汽车起重机与吊装物的情况。找出多个汽车起重机的最佳站位，并记录数据。找出多个站位而不是仅仅只有一个站位，便于有的站位在模拟时出现碰撞或支腿压力过大时能够快速及时地调整站位。

S30、对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，得到N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，N>＝1；

其中，所述对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，得到N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，具体包括：将得到的N条路径图，进行优先级区分，分为第一推荐路径，第二推荐路径，第三推荐路径，直到第N推荐路径，每种操作步骤均包括一系列分解的动作步骤。

进行路径规划时，需要通过对汽车起重机，吊装物，场景构件的设置情况，再通过数学物理的运算，寻找吊装物从初始位置到目的位置的最短路径。由于从一个位置到另外一个位置，有不同的操作方法，例如，先升降再平移，再回转，变幅，或者是先平移再升降，变幅后再回转等等，可以有多种可以选择的动作步骤。因此，对于每种路径，尽量规划出多种详细的动作步骤，以便于在模拟时，能够找到最便于操作的动作步骤。

S40、根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，同时计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求；

其中，当汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，计算汽车起重机支腿对地的压力，得到对地压力的动态变化曲线，根据动态变化曲线判断是否满足安全需求。汽车起重机吊臂包括主臂，副臂和伸缩臂，分别计算主臂，副臂和伸缩臂所承受的力大小，得到动作变化时各部件所承受力的动态变化曲线，根据动态变化曲线判断是否满足安全需求。

对这一功能的实现，需要运用编程语言，设计吊装仿真力学模块，汽车起重机支腿对地压力计算程序，以及吊臂所承受力计算程序。由于吊装过程中，汽车起重机对地的压力以及吊臂各部分组件所受的力大小肯定在不断的变化，因此，根据动态变化曲线来判断力大小是否满足安全要求，是最精确的，可能会出现吊臂的某个组件在某个瞬间所受的力超过安全需求，如果在长期工作的条件下，对吊臂也会造成很大损害。

S41、若发生碰撞，则调整路径图对应的操作步骤，若还无法避免碰撞，则更换路径图，重新模拟；

S42、若未发生碰撞且汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小满足安全需求，则对路径图及其对应的操作步骤进行记录，以便于指导实际施工。

需要说明的是，由于汽车起重机每个型号的性能不同，吊臂所承受的力以及支腿对地的压力都不同，因此，这个要根据汽车起重机的性能参数来进行判断。是否发生碰撞和力大小是否在安全范围内，尽可能两个条件都满足。

在这种实施方式中，每条路径图对应一种或多种操作步骤，能够在模拟吊装时，若出现碰撞等问题，能够快速地调整路径图，提高模拟成功的效率。因此，本发明在模拟吊装过程中，既能够对是否发生碰撞进行检测，又能够计算出支腿对地的压力以及吊臂所承受的力大小保证施工安全，获得的最佳吊装路径，以及操作步骤，能够很好地对实际吊装进行指导。

在另一种实施方式中，所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，所述根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程中，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作的时候，加入风速和风向对吊装物的影响。由于有时候会在有风的天气下进行作业，风力的大小肯定会对吊装有一定的影响。对于不同的吊装物，风力的影响程度肯定也会不一样，因此，在模拟吊装的时候，若加入风速和风向对吊装物的影响，模拟的效果会更接近现场施工的情况。

本发明又一实施例提供的基于BIM的吊装仿真施工***，如图2所示，包括：

建立模块10，其用于对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模；

模拟显示模块20，其用以对汽车起重机模型、吊装物模型和场景构件模型进行融合模拟显示模块；

站位区域确定模块30，其用于确定汽车起重机站位区域；

路径规划模块40，其用于对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，并规划N条路径图，每条路径图均规划一种或多种操作步骤，N>＝1；

碰撞检测模块50，根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，所述碰撞检测模块检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，

力计算模块60，其用于计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求。

在另一种实施例中，所述的基于BIM的吊装仿真施工***，所述力计算模块60包括：压力计算模块61，其用于计算汽车起重机支腿对地的压力；吊臂所承受的力计算模块62，其用于计算吊臂的各组件所承受的力大小，判断模块，其用于计算压力或所承受的力大小是否满足安全需求。

如上所述，根据本发明，该方法能够准确地模拟汽车起重机吊装过程，获得最佳的吊装路径，且能够避免碰撞，并保证支腿对地的压力以及吊臂所承受的力都在安全范围内。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，包括：

对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模，标记汽车起重机活动的区域，并确定汽车起重机站位区域；

通过移动汽车起重机站位和调整汽车起重机吊臂幅度，找出多个汽车起重机最佳站位；

对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，得到N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，N>＝1；

根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，同时计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求；

若发生碰撞，则调整路径图对应的操作步骤，若还无法避免碰撞，则更换路径图，重新模拟；

若未发生碰撞且汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小满足安全需求，则对路径图及其对应的操作步骤进行记录，以便于指导实际施工。

2.如权利要求1所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，所述计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求，具体包括：

当汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，计算汽车起重机支腿对地的压力，得到对地压力的动态变化曲线，根据动态变化曲线判断是否满足安全需求；

汽车起重机吊臂包括主臂，副臂和伸缩臂，分别计算主臂，副臂和伸缩臂所承受的力大小，得到动作变化时各部件所承受力的动态变化曲线，根据动态变化曲线判断是否满足安全需求。

3.如权利要求2所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，所述对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，得到N条路径图，每条路径图对应一种或多种操作步骤，具体包括：将得到的N条路径图，进行优先级区分，分为第一推荐路径，第二推荐路径，第三推荐路径，直到第N推荐路径，每种操作步骤均包括一系列分解的动作步骤。

4.如权利要求1所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，所述对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模具体包括：根据汽车起重机，吊装物和场景构件的属性信息判断在汽车起重机模型库，吊装物模型库和场景构件模型库中是否存在相匹配的样本模型，若存在，则确定样本模型为目标三维模型；若不存在，则根据属性信息建立目标三维模型。

5.如权利要求1所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，所述确定汽车起重机站位区域，具体包括：根据吊装物最远吊装位置，以汽车起重机吊臂长度，最大吊装重量以及汽车起重机性能参数，确定最大作业半径，将汽车起重机活动的区域和最大作业半径重合的部分作为汽车起重机站位区域。

6.如权利要求1所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，所述根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程中，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作的时候，加入风速和风向对吊装物的影响。

7.基于BIM的吊装仿真施工***，适用于权利要求1～6中所述的基于BIM的吊装仿真施工方法，其特征在于，包括：

建立模块，其用于对施工过程中的汽车起重机，吊装物和场景构件进行建模；

模拟显示模块，其用以对汽车起重机模型、吊装物模型和场景构件模型进行融合模拟显示模块；

站位区域确定模块，其用于确定汽车起重机站位区域；

路径规划模块，其用于对吊装物的起始位置到目的位置进行路径规划，并规划N条路径图，每条路径图均规划一种或多种操作步骤，N>＝1；

碰撞检测模块，根据获得的操作步骤模拟汽车起重机吊装过程，在汽车起重机进行起升、回转、变幅、伸缩动作时，所述碰撞检测模块检测汽车起重机的吊臂和吊装物是否与场景结构发生碰撞，

力计算模块，其用于计算汽车起重机支腿对地的压力和吊臂所承受的力大小，并判断是否满足安全需求。

8.如权利要求7所述的基于BIM的吊装仿真施工***，其特征在于，所述力计算模块包括：压力计算模块，其用于计算汽车起重机支腿对地的压力；吊臂所承受的力计算模块，其用于计算吊臂的各组件所承受的力大小，判断模块，其用于计算压力或所承受的力大小是否满足安全需求。

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