本發(fā)明涉及一種建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝方法，具體的說(shuō)是基于三維掃描及逆向建模的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝方法。

背景技術(shù)：

超高層建筑中的加強(qiáng)層（桁架層）、大跨度場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站等鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件形式比較復(fù)雜，且構(gòu)件之間具有很強(qiáng)的空間關(guān)聯(lián)性，因此構(gòu)件之間對(duì)接口的制作精度要求很高，有時(shí)僅靠控制單根構(gòu)件精度仍無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)拼裝與安裝要求。為了解決這一難題，一般情況下，對(duì)于復(fù)雜的大型構(gòu)件，通常要求在加工廠進(jìn)行實(shí)體預(yù)拼裝。

傳統(tǒng)的構(gòu)件預(yù)拼裝要有較寬闊平整的場(chǎng)地、較大的起重設(shè)備、高于12m以上的作業(yè)空間以及根據(jù)預(yù)拼裝構(gòu)件類(lèi)型所設(shè)置的胎架，胎架多用h型鋼或圓管制作，其設(shè)置間距需滿(mǎn)足拼裝構(gòu)件的豎向受力和側(cè)向剛度，胎架用量較大。同時(shí)，構(gòu)件應(yīng)在自由狀態(tài)下拼裝，連接螺栓應(yīng)能順利穿入孔內(nèi)。預(yù)拼裝方法分為整體預(yù)拼裝、分段預(yù)拼裝和分層預(yù)拼裝。

伴隨著計(jì)算機(jī)及三維測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，有些學(xué)者引入了基于測(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)，它是采用gps測(cè)量構(gòu)件接口的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，把測(cè)量的局部坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)成全局坐標(biāo)系，通過(guò)比較接口兩邊對(duì)應(yīng)關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)檢查拼裝的質(zhì)量。這種方法大大地提高了預(yù)拼裝的效率，降低了成本，在很多項(xiàng)目上都有應(yīng)用，如上海中心，深圳平安金融中心等。模擬預(yù)拼裝技術(shù)是根據(jù)各構(gòu)件之間的空間關(guān)聯(lián)性，在對(duì)構(gòu)件接口的特征點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并在專(zhuān)用軟件中進(jìn)行數(shù)字建模，從而達(dá)到精度分析的一種方法。

傳統(tǒng)的實(shí)體預(yù)拼裝技術(shù)及基于測(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)都有其局限性。傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝方法往往需要大量場(chǎng)地、多臺(tái)起重吊裝設(shè)備以及大量的胎架，消耗大量的人力物力，對(duì)于焊接接口，預(yù)拼裝時(shí)還不能進(jìn)行焊接，只能通過(guò)增設(shè)臨時(shí)支撐或連接件等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接口的連接，不僅耗費(fèi)財(cái)力，而且還存在安全隱患，因此，傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝方法存在效率低、成本高、工期長(zhǎng)及安全隱患多等缺點(diǎn)?；跍y(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)雖然減少了對(duì)大型場(chǎng)地及吊裝設(shè)備的要求，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝技術(shù)的不足，但是通過(guò)構(gòu)件接口的特征點(diǎn)的坐標(biāo)比對(duì)來(lái)模擬預(yù)拼裝，不能完整地反映拼裝結(jié)構(gòu)的所有信息。例如復(fù)雜連接的使用就有局限性，由于控制點(diǎn)的數(shù)量有限，對(duì)于螺栓孔、隱蔽位置連接等不可能測(cè)出全部精確坐標(biāo)信息，從而不能得到準(zhǔn)確的預(yù)拼裝結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于三維掃描及逆向建模的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝方法，解決傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝占用大量拼裝場(chǎng)地與大型起重設(shè)備、耗時(shí)耗力及存在安全隱患的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于三維掃描及逆向建模的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟一：構(gòu)件制作；

建立鋼結(jié)構(gòu)深化模型，加工廠根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)深化后的施工圖紙對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加工制作；

步驟二：構(gòu)件掃描；

利用三維激光掃描設(shè)備對(duì)加工好的構(gòu)件進(jìn)行掃描，或者對(duì)局部已經(jīng)拼裝好的構(gòu)件進(jìn)行掃描，形成構(gòu)件的全息點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型；

步驟三：點(diǎn)云處理；

對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型進(jìn)行拼接、降噪、精簡(jiǎn)處理；

步驟四：構(gòu)件逆向建模；

對(duì)上一步處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型進(jìn)行逆向建模，通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)的幾何特征提取，對(duì)鋼構(gòu)件截面進(jìn)行擬合形成構(gòu)件模型；

步驟五：構(gòu)件誤差校核；

將構(gòu)件點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型及逆向建模后的構(gòu)件模型與深化模型進(jìn)行相互對(duì)比，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行誤差校核，檢驗(yàn)構(gòu)件是否合格，不合格構(gòu)件返回到步驟一；

步驟六：結(jié)構(gòu)整體拼接；

若構(gòu)件合格，將逆向建模形成的構(gòu)件模型，進(jìn)行自動(dòng)預(yù)拼裝，對(duì)構(gòu)件預(yù)拼裝進(jìn)行糾偏；

步驟七：整體拼裝誤差檢驗(yàn)；

將預(yù)拼裝完成的實(shí)體模型與深化模型進(jìn)行對(duì)比，找出預(yù)拼裝模型各連接部位數(shù)值偏差，與《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求比對(duì)，給出檢測(cè)數(shù)據(jù)，如果不滿(mǎn)足要求，返回到步驟一；

步驟八：預(yù)拼裝結(jié)束；

數(shù)字化模擬預(yù)拼裝檢測(cè)通過(guò)后，出具模擬預(yù)拼裝報(bào)告，指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)拼裝與安裝。

本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)三維掃描技術(shù)得到構(gòu)件的全息點(diǎn)云，能完整的反映包括螺栓孔、細(xì)小隱蔽零件在內(nèi)的構(gòu)件所有信息；通過(guò)逆向建模，將存儲(chǔ)數(shù)量巨大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合為實(shí)體模型，為后續(xù)的預(yù)拼裝操作及實(shí)體模型顯示減少了數(shù)據(jù)量，減少了計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)，大大提高計(jì)算機(jī)預(yù)拼裝的效率；利用基于優(yōu)化算法的數(shù)字預(yù)拼裝技術(shù)，將擬合的實(shí)體構(gòu)件模型進(jìn)行最優(yōu)化預(yù)拼裝?；谌S掃描及逆向建模技術(shù)的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝技術(shù)既可以達(dá)到傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝的效果，又具備了比基于測(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)更優(yōu)的特點(diǎn)，是鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝技術(shù)未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示：一種基于三維掃描及逆向建模的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟一：構(gòu)件制作；

通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)詳圖軟件建立鋼結(jié)構(gòu)深化模型，加工廠根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)深化后的施工圖紙對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加工制作；

步驟二：構(gòu)件掃描；

利用三維激光掃描設(shè)備對(duì)加工好的構(gòu)件進(jìn)行掃描，或者對(duì)局部已經(jīng)拼裝好的構(gòu)件進(jìn)行掃描，形成構(gòu)件的全息點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型；

步驟三：點(diǎn)云處理；

通過(guò)點(diǎn)云處理軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型進(jìn)行拼接、降噪、精簡(jiǎn)處理，將除點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型以外的其他數(shù)據(jù)全部清除以達(dá)到對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型進(jìn)行下一步處理的準(zhǔn)備條件；

步驟四：構(gòu)件逆向建模；

通過(guò)逆向建模軟件對(duì)上一步處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型進(jìn)行逆向建模，通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)的幾何特征提取，對(duì)鋼構(gòu)件截面進(jìn)行擬合形成構(gòu)件模型；

步驟五：構(gòu)件誤差校核；

將構(gòu)件點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型及逆向建模后的構(gòu)件模型與深化模型進(jìn)行相互對(duì)比，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行誤差校核，檢驗(yàn)構(gòu)件是否合格，不合格構(gòu)件返回到步驟一；其偏差能確定構(gòu)件連接是否可行，且逆向模型抽取了形狀，存儲(chǔ)量小，使用方便；

步驟六：結(jié)構(gòu)整體拼接；

若構(gòu)件合格，將逆向建模形成的構(gòu)件模型，通過(guò)拼裝軟件進(jìn)行自動(dòng)預(yù)拼裝，基于優(yōu)化算法對(duì)構(gòu)件預(yù)拼裝進(jìn)行糾偏，使拼裝效果達(dá)到最優(yōu)；

步驟七：整體拼裝誤差檢驗(yàn)；

將預(yù)拼裝完成的實(shí)體模型與深化模型進(jìn)行對(duì)比，找出預(yù)拼裝模型各連接部位數(shù)值偏差，與《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求比對(duì)，給出檢測(cè)數(shù)據(jù)，如果不滿(mǎn)足要求，返回到步驟一；

步驟八：預(yù)拼裝結(jié)束；

數(shù)字化模擬預(yù)拼裝檢測(cè)通過(guò)后，出具模擬預(yù)拼裝報(bào)告，指導(dǎo)鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)拼裝與安裝。

傳統(tǒng)的實(shí)體預(yù)拼裝技術(shù)與基于測(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)都有其局限性。傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝方法往往需要大量場(chǎng)地、多臺(tái)起重吊裝設(shè)備以及大量的胎架，消耗大量的人力物力，對(duì)于焊接接口，預(yù)拼裝時(shí)還不能進(jìn)行焊接，只能通過(guò)增設(shè)臨時(shí)支撐或連接件等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接口的連接，不僅耗費(fèi)財(cái)力，而且還存在安全隱患，因此，傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝方法存在效率低、成本高、工期長(zhǎng)及安全隱患多等缺點(diǎn)?；跍y(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)雖然減少了對(duì)大型場(chǎng)地及吊裝設(shè)備的要求，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝技術(shù)的不足，但是通過(guò)構(gòu)件接口的特征點(diǎn)的坐標(biāo)比對(duì)來(lái)模擬預(yù)拼裝，不能完整地反映拼裝結(jié)構(gòu)的所有信息。例如復(fù)雜連接的使用就有局限性，由于控制點(diǎn)的數(shù)量有限，對(duì)于螺栓孔、隱蔽位置連接等不可能測(cè)出全部精確坐標(biāo)信息，從而不能得到準(zhǔn)確的預(yù)拼裝結(jié)果。

基于三維掃描及逆向建模技術(shù)的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝技術(shù)，相比現(xiàn)有預(yù)拼裝技術(shù)具有以下特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)三維掃描技術(shù)得到構(gòu)件的全息點(diǎn)云，能完整的反映包括螺栓孔、細(xì)小隱蔽零件在內(nèi)的構(gòu)件所有信息；通過(guò)逆向建模，將存儲(chǔ)數(shù)量巨大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合為實(shí)體模型，為后續(xù)的預(yù)拼裝操作及實(shí)體模型顯示減少了數(shù)據(jù)量，減少了計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)，大大提高計(jì)算機(jī)預(yù)拼裝的效率；利用基于優(yōu)化算法的數(shù)字預(yù)拼裝技術(shù)，將擬合的實(shí)體構(gòu)件模型進(jìn)行最優(yōu)化預(yù)拼裝。基于三維掃描及逆向建模技術(shù)的建筑鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化預(yù)拼裝技術(shù)既可以達(dá)到傳統(tǒng)實(shí)體預(yù)拼裝的效果，又具備了比基于測(cè)量的模擬預(yù)拼裝技術(shù)更優(yōu)的特點(diǎn)，是鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝技術(shù)未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。