一种吊杆碰撞测试仪以及基于该吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法

摘要

本发明涉及工业设备的吊装工艺模拟方法，特别涉及一种吊杆碰撞测试仪以及基于该吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法。吊杆碰撞测试仪主要包括测试组件和搭载测试组件的可以行走的脚架，测试组件包括光束发射器，可精确获取吊机站位的工作半径信息。此吊杆碰撞测试仪结合BIM技术的吊机参数化模块，辅助吊机选型，确定吊机站位、吊装路径，并对吊装全过程进行可视化模拟，最大程度上排除吊装过程中的不确定性，为吊装专项方案的论证和交底提供一种全新的方法。本发明通过对施工前期创建干熄焦3D信息数据模型的二次利用结合仪器现场模拟碰撞，为优化施工方案提供信息，手段独特，具有相当的推广价值。

说明书

技术领域

本发明工业设备的吊装工艺模拟方法，特别涉及一种吊杆碰撞测试仪以及基于该吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法。

背景技术

提升机是干熄焦系统的关键设备，总重约185t，车架重约45t，位于干熄焦本体框架+45.22m轨道上，车轮2跨距12m。传统的方法是将车架在地面组装好整体吊装，根据吊装现场情况，需要500吨以上的汽车吊才能完成吊装任务。而目前国内500吨以上汽车吊数量较少，租赁必须提前预约，而且经常受其它因素影响，不能按期到达，进而影响整体工期。

传统方案存在的现场吊机站位场地受限、500t吊车资源稀缺等问题，不具备整体吊装条件，需对提升机车架进行合理拆分，利用现场塔吊配合220吨吊机完成吊装。结合现场实际情况以及220t汽车吊性能表，吊车站位需要非常精准，才能保证安装无碰撞，而采用AUTOCAD软件模拟不能保证一次吊装成功。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种通过对施工前期创建干熄焦3D信息数据模型的二次利用，以干熄焦关键设备提升机的吊装为主要对象，运用BIM技术辅助吊机选型，确定吊机站位、吊装路径，最大程度上排除吊装过程中的不确定性的一种吊杆碰撞测试仪以及基于该吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种吊杆碰撞测试仪，其特征在于，包括一个三脚支撑架，三脚支撑架底部设有脚轮，顶部通过连接杆固定有测试组件；所述测试组件包括一个U型框架的主体；主体中部穿过一水平轴，光束发射器设置在U型框架内并通过水平轴与主体轴连，主体一侧设有锁定旋钮用于以便锁定光束发射器的旋转角度；主体下部设有基座，且通过轴座轴连；所述轴座上设有标线器；基座上设有圆水准泡。

在上述的一种吊杆碰撞测试仪，所述基座由上下两层组成，两层之间设有至少三个水平调节旋钮连接，基座有上一层边缘设有圆水准泡，基座与轴座固连，标线器设置在轴座两侧。

在上述的一种吊杆碰撞测试仪，所述基座通过三脚支撑架，架设在轨道上，且在干熄焦中心轴线上进行初步位移调整，搭载吊杆碰撞测试仪，精确获取吊机站位的工作半径信息，所述三脚支撑架，由伞形支撑结构和中心柱组成，其中，伞形支撑结构的分支为支腿，支腿底部设有脚轮，便于在轨道上移动。

在上述的一种吊杆碰撞测试仪，水平轴与主体对应处设置有刻度，组成竖向旋转角度测量机构。

一种基于吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法，其特征在于，

步骤1，吊机参数化模块进行基于BIM的吊机参数化建立：吊机参数化模块依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型，吊机伸杆长度和仰角也能自动变化，并创建吊机起重臂伸杆参数、仰杆参数和摆杆参数；

其中，仰杆角度对应关键帧600帧为仰杆参数，摆杆参数为操作驾驶室旋转的角度，在270帧处设置为0°，然后每三帧为1°，小于270帧的为左转，大于270帧的为右转。伸杆、仰杆和摆杆三个参数，每一帧的状态组合起来，在同一时间线，能够形成新的状态。

步骤2：杆长仰角确定模块基于逆推法确定杆长仰角，具体包括：

步骤2.1、标定子单元根据吊装作业安全规范和提升机车架主梁所处的提升机车架顶面标高，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，预留出安全距离一点、安全距离点二，距离为1m。

步骤2.2、仰角位置确定子单元从起重臂顶部15到被吊物左侧1m的点作射线，从而得知吊机吊装过程中最大仰角；所述被吊物左侧1m也就是安全距离点二位置；

步骤3：基于吊杆碰撞测试仪的碰撞确定吊机站位：首先在干熄焦中心轴线上架设轨道，将吊杆碰撞测试仪与三脚支撑架进行安装，并放置在轨道上。根据吊机的仰角角度调整光束发射器的竖向旋转角度，竖向旋转角度调整方法是将水平轴上的刻度与主体对应处的刻度形成的夹角与吊机吊臂的仰角角度调至相等，并锁定水平轴。水平旋转吊杆碰撞测试仪，模拟吊机起重臂的摆杆路径，光束无限延长，距离大于吊装的范围，说明无碰撞，通过光束与干熄焦框架碰撞测试，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，通过检测碰撞，调节吊杆碰撞测试仪的位置，精确定位，最后将轴座两侧标线器的光标投射到地面上，并做好标记，为吊机站位提供参考。

步骤4：模拟单元进行吊装模拟：模拟单元基于3dsmax以及Lumion对吊装全过程进行可视化模拟，具体是按吊装施工步骤设定吊机伸杆、仰杆和摆杆的动画，钢丝绳5模型长度设定为起吊之前的最短长度，并按最高长度的要求重复复制，即多个钢丝绳5模型拼接成一个长的钢丝绳5模型，以便完成钢丝绳5的伸缩模拟。将3dsmax动画采用FBX格式导入到Lumion中，根据动画进行漫游动画的视点安排。

在上述的一种基于吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法，所述步骤3中，调节吊杆碰撞测试仪的位置，精确定位的具体方法是：由于光束发射器的竖向旋转角度与吊机吊臂的仰角角度相等，主体下部与轴座轴连，主体可带动光束发射器水平方向旋转，也就是模仿吊机的摆杆路径，如果光束投射出去被物体遮挡，就将三脚支撑架向远离被吊物体的一方移动，直到光束投射出去后不被物体遮挡，通过精确定位的方法，确定吊机吊臂在吊装过程中不会与物体产生碰撞，轴座两侧标线器投射的光标是激光束，此光束与轨道运行方向垂直，在光标的路径上打上木桩，或者洒上粉白灰，做上记号，确定吊车站位半径的中心点。

在上述的一种基于吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法，步骤1中，依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型的具体方法是基于BIM操作，具体方法是：

步骤1.1、由吊机模型制作模块进行吊机模型的获取：具体是根据吊机参数表速查手册，结合收集的吊机图片，获取一个吊机模型，将车轮与车身链接，操作驾驶室与车身链接，起重臂与操作驾驶室链接，钢丝绳与起重臂顶部链接，勾头与钢丝绳5链接。

步骤1.2、由移动参数设置模块进行车轮跟随车身的移动参数设置，具体方法是：

首先用户通过选取子单元选择车身连线参数中的X坐标位置，车身反馈一拾取虚线，将此虚线拾取到车轮上释放后，反馈子单元将车身和车轮建立关联并反馈弹出选择菜单，用户选择反馈子单元中反馈弹出的选择菜单中的Y轴旋转后，关联子单元接收反馈子单元发出的Y轴旋转指令，并反馈弹出一参数关联菜单，其中，车身的X位置和车轮的Y轴旋转两个参数以黄色显示，车身为主动量，驱动车轮，即可在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，车身的X位置移动的距离除以车轮的周长就等于车轮的Y轴旋转的度数，然后由连接子单元完成表达式的设置，按照以上方式完成所有车轮跟随车身的移动参数设置。

步骤1.3、由关联参数设置模块进行起重臂与钢丝绳的关联参数的设置，按照1.2步骤，用户选择起重臂顶部主杆的Y轴旋转和钢丝绳的Y轴旋转，起重臂为主动量，驱动钢丝绳，在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，起重臂顶部主杆的Y轴旋转的角度与钢丝绳的Y轴旋转的角度相反，因此在参数关联菜单中的右下方设置-Y轴旋转，然后点击由连接子单元完成表达式的设置。

因此，本发明具有如下优点：通过对施工前期创建干熄焦3D信息数据模型的二次利用，以干熄焦关键设备提升机的吊装为主要对象，运用BIM技术辅助吊机选型，确定吊机站位、吊装路径，最大程度上排除吊装过程中的不确定性。

附图说明

图1为本发明中应用3dsmax软件制作吊机软件界面示意图。

图2为本发明中伸杆参数示意图。

图3为本发明中仰杆参数示意图。

图4为本发明中伸杆、仰杆、摆杆参数的原始点在同一时间线上的示意图。

图5为本发明中伸杆、仰杆、摆杆参数的非原始点在同一时间线上的示意图。

图6为图5的参数吊机状态示意图。

图7为本发明中吊机起重臂杆长、仰角逆推法示意图一。

图8为本发明中吊机起重臂杆长、仰角逆推法示意图二。

图9为本发明中吊机起重臂杆长、仰角逆推法示意图三。

图10为本发明中吊机位于干熄焦中心轴线上的示意图。

图11为本发明中吊杆碰撞测试仪的示意图。

图12为本发明中吊杆碰撞测试仪的实施示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，1、车身；2、车轮；3、操作驾驶室；4、起重臂；5、钢丝绳；6、勾头；7、伸杆参数；8、仰杆参数；9、摆杆参数；10、时间线；11、提升机车架顶面标高；12、提升机车架主梁；13、安全距离一；14、安全距离二；15、起重臂顶部；16、射线；17、主体；18、光束发射器；19、水平轴；20、锁定旋钮；21、提手；22、基座；23、水平调节旋钮；24、圆水准泡；25、轴座；26、标线器；27、光束；28、三脚支撑架；29、脚轮；30、连接杆；31、轨道。

实施例：

以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述：

一、首先，介绍一下本发明提供的基于BIM技术在吊装工艺的模拟方法所需要采用的吊杆碰撞测试仪机械结构，如图11和图12所示：该吊杆碰撞测试仪包括一个三脚支撑架28，三脚支撑架28底部设有脚轮29，顶部通过连接杆30固定有测试组件；所述测试组件包括一个U型框架的主体17；主体17中部穿过一水平轴19，光束发射器18设置在U型框架内并通过水平轴19与主体17轴连，主体17一侧设有锁定旋钮20用于以便锁定光束发射器18的旋转角度；主体下部设有基座22，且通过轴座25轴连；所述轴座25上设有标线器26；基座22上设有圆水准泡24。

基座22由上下两层组成，两层之间设有至少三个水平调节旋钮23连接，基座有上一层边缘设有圆水准泡24，基座与轴座25固连，标线器26设置在轴座25两侧；基座22通过三脚支撑架28，架设在轨道31上，且在干熄焦中心轴线上进行初步位移调整，搭载吊杆碰撞测试仪，精确获取吊机站位的工作半径信息，所述三脚支撑架28，由伞形支撑结构和中心柱组成，其中，伞形支撑结构的分支为支腿，支腿底部设有脚轮29，便于在轨道31上移动；水平轴19与主体17对应处设置有刻度，组成竖向旋转角度测量机构。

二、下面介绍一下采用该吊杆碰撞测试仪辅助BIM技术在吊装工艺的模拟方法的具体步骤，主要包括：

步骤1，吊机参数化模块进行基于BIM的吊机参数化建立：吊机参数化模块依据吊机参数表，结合模拟需求，建立全参数驱动的吊车模型，吊机伸杆长度和仰角也能自动变化，并创建吊机起重臂伸杆参数7、仰杆参数8和摆杆参数9；依据吊机参数表，创建吊机起重臂伸杆参数7、仰杆参数8和摆杆参数9。设定吊机起重臂4长61m的关键帧为610帧为伸杆参数7，如图2，仰杆角度对应关键帧600帧（75°×8帧）为仰杆参数8，如图3，摆杆参数9为操作驾驶室3旋转的角度，在270帧处设置为0°，然后每三帧为1°，小于270帧的为左转，大于270帧的为右转。伸杆、仰杆和摆杆三个参数，每一帧的状态组合起来，在同一时间线10，软件可以自动处理并形成新的状态，如图2、图3、图4、图5；建立全参数驱动的吊车模型的具体步骤包括：

a、由吊机模型制作模块进行吊机模型的获取：具体是根据吊机参数表速查手册，结合收集的吊机图片，获取一个吊机模型，将车轮2与车身1链接，操作驾驶室3与车身1链接，起重臂4与操作驾驶室3链接，钢丝绳5与起重臂4顶部链接，勾头6与钢丝绳5链接。

b、首先用户通过选取子单元选择车身1连线参数中的X坐标位置，车身1反馈一拾取虚线，将此虚线拾取到车轮2上释放后，反馈子单元将车身1和车轮2建立关联并反馈弹出选择菜单，用户选择反馈子单元中反馈弹出的选择菜单中的Y轴旋转后，关联子单元接收反馈子单元发出的Y轴旋转指令，并反馈弹出一参数关联菜单，其中，车身1的X位置和车轮2的Y轴旋转两个参数以黄色显示，车身1为主动量，驱动车轮2，即可在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，车身1的X位置移动的距离除以车轮2的周长就等于车轮2的Y轴旋转的度数，然后由连接子单元完成表达式的设置，按照以上方式完成所有车轮2跟随车身1的移动参数设置。

c、由关联参数设置模块进行起重臂4与钢丝绳5的关联参数的设置，按照b步骤，用户选择起重臂4顶部主杆的Y轴旋转和钢丝绳5的Y轴旋转，起重臂4为主动量，驱动钢丝绳5，在参数关联菜单底部的表达式编写区内用表达式将两个参数建立联系，起重臂4顶部主杆的Y轴旋转的角度与钢丝绳5的Y轴旋转的角度相反，因此在参数关联菜单中的右下方设置-Y轴旋转，然后点击由连接子单元完成表达式的设置。。

步骤2：逆推法确定杆长仰角。

1、根据吊装作业安全规范和被吊物（提升机车架主梁12）所处的高度位置（提升机车架顶面标高11），将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，预留出安全距离一13、安全距离二14，距离为1m，如图7。

2、从起重臂顶部15到被吊物左侧（安全距离二14）1m的点作射线16，如图8，从而得知吊机吊装过程中最大仰角，本实例中为75°，如图9。

步骤3：基于吊杆碰撞测试仪的碰撞确定吊机站位。

首先在干熄焦中心轴线上架设轨道31，将吊杆碰撞测试仪与三脚支撑架28进行安装，并放置在轨道上。根据吊机的仰角角度调整光束发射器18的竖向旋转角度，竖向旋转角度调整方法是将水平轴19上的刻度与主体17对应处的刻度形成的夹角与吊机吊臂的仰角角度调至相等，并锁定水平轴19。水平旋转吊杆碰撞测试仪，模拟吊机起重臂4的摆杆路径，光束27无限延长，距离大于吊装的范围，说明无碰撞，通过光束与干熄焦框架碰撞测试，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，通过检测碰撞，调节吊杆碰撞测试仪的位置，精确定位，最后将轴座两侧标线器26的光标投射到地面上，并做好标记，为吊机站位提供参考。

步骤四：吊装模拟。

利用3dsmax、Lumion对吊装全过程进行可视化模拟。按吊装施工步骤设定吊机伸杆、仰杆和摆杆的动画，钢丝绳5模型长度设定为起吊之前的最短长度，并按最高长度的要求重复复制，即多个钢丝绳5模型拼接成一个长的钢丝绳5模型，以便完成钢丝绳5的伸缩模拟。将3dsmax动画采用FBX格式导入到Lumion中，根据动画进行漫游动画的视点安排。（Lumion自带环境构建系统，构建环境像玩游戏一样轻松，可继承3dsmax中位移、缩放、旋转动画，但不能继承3dsmax的可编辑多边形、蒙皮动画，而3dsmax的钢丝绳5模型伸缩动画就是可编辑多边形的点控制动画，无法被Lumion识别，因此采用多段结构的钢丝绳5重叠在一起，伸长时逐步外伸的方法。）在本步骤中，其中钢丝绳的伸缩模拟是可视化展现的创新点，由于3dsmax的可编辑多边形的动画不被Lumion识别，采用的多个钢丝绳重叠的方式，伸长就跟天线伸长的原理相似，才能在Lumion里完美表现。

以上步骤为吊装工程前期（干熄焦框架未完成），按方案要求结合施工现场作业条件和班组情况作详细交底，并确定指挥人员。根据BIM模拟1:1场地布置情况对项目部管理人员和班组人员进行吊装前场地可视化交底，明确吊机进场路线、吊机站位。吊装过程中明确吊点位置，制定吊点防滑移措施。严格按照方案中所确定吊机机型、规格和吊绳型号、规格及强度系数，确保吊车臂在方案中选用的工作半径与工作仰角满足实际要求。明确吊装过程中的检测监控措施，加强安全措施针对性。在施工时按作业环境做好各种事故的隐患排查。发现隐患要立即整改，采取可靠的防护措施，并定人、定措施、定期完成整改。

如果吊装工程前期，干熄焦框架已经完成，以上步骤三还可以采用固定在活动支架上的光束发射装置，如激光笔，测距装置等，光束发射装置能旋转模拟吊机起重臂4的摆杆路径，光束无限延长，距离大于吊装的范围，说明无碰撞，本实例中采用吊杆碰撞测试仪，将吊机吊装中容易出现卡杆的位置，通过检测碰撞，调节吊杆碰撞测试仪的位置，精确定位。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了1、车身；2、车轮；3、操作驾驶室；4、起重臂；5、钢丝绳；6、勾头；7、伸杆参数；8、仰杆参数；9、摆杆参数；10、时间线；11、提升机车架顶面标高；12、提升机车架主梁；13、安全距离一；14、安全距离二；15、起重臂顶部；16、射线；17、主体；18、光束发射器；19、水平轴；20、锁定旋钮；21、提手；22、基座；23、水平调节旋钮；24、圆水准泡；25、轴座；26、标线器；27、光束；28、三脚支撑架；29、脚轮；30、连接杆；31、轨道等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。