本發(fā)明涉及一種裝配式建筑智能吊裝系統(tǒng),具體涉及一種裝配式建筑智能吊裝系統(tǒng)及方法。屬于智能建筑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
節(jié)能減排是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。裝配式建筑是發(fā)展節(jié)能減排,降低能源消耗,促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一種新方式。裝配式建筑是用預(yù)制的工件在工地裝配而成的建筑,由于預(yù)制件是根據(jù)市場(chǎng)和用戶需求提前制作出來,所以具有建筑速度快、成本小、受氣候天氣影響較小、節(jié)約勞動(dòng)力、降低施工現(xiàn)場(chǎng)的工作量和復(fù)雜度并且可以提高建筑質(zhì)量等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前裝配式建筑在我國建筑工程建設(shè)中被越來越多的采用。
裝配式建筑在目前的發(fā)展推廣中也有著一系列的困難和誤區(qū),其吊裝施工過程中需要準(zhǔn)備的工作量有所增加,預(yù)制件測(cè)量錯(cuò)誤、吊裝方法不規(guī)范、工程管理混亂等因素會(huì)影響吊裝的準(zhǔn)確度,從而使建筑工期延長(zhǎng),影響了裝配式建筑的施工安全,降低了裝配式建筑的質(zhì)量,使裝配式建筑的發(fā)展和推廣受到制約。所以有必要開發(fā)新型的裝配式建筑智能吊裝方法,來提高裝配式建筑的效率,提高建筑質(zhì)量,縮短工期。
現(xiàn)有技術(shù)往往在施工現(xiàn)場(chǎng)才開始著手現(xiàn)場(chǎng)及預(yù)制件數(shù)據(jù)的采集,且相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取操作復(fù)雜,沒有充分利用新興信息技術(shù),無法實(shí)現(xiàn)裝配式建筑建造的全過程自動(dòng)化;另一方面,在施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制件吊裝過程中,未考慮最佳吊裝路徑獲取問題,因此,存在吊裝的準(zhǔn)確性、協(xié)調(diào)性、安全性等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種裝配式建筑智能吊裝系統(tǒng)。
本發(fā)明還提供了上述系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的一種裝配式建筑智能吊裝方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種裝配式建筑智能吊裝系統(tǒng),包括:
平行系統(tǒng)模塊:用于生成和更新裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型,并與施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊、路徑平行規(guī)劃模塊和智能吊裝模塊通信;
施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊:用于存儲(chǔ)施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制件信息,并與平行系統(tǒng)模塊及智能吊裝模塊通信;
路徑平行規(guī)劃模塊:用于獲取具體需要吊裝的預(yù)制件信息,同時(shí)與平行系統(tǒng)模塊通信,在實(shí)時(shí)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型基礎(chǔ)上,通過差分進(jìn)化算法進(jìn)行吊裝路徑的規(guī)劃,獲取可行吊裝路徑集,并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),得出裝配式建筑預(yù)制件的最佳吊裝路徑;
智能吊裝模塊:與平行系統(tǒng)模塊通信決定起吊的預(yù)制件,獲取相關(guān)信息后與路徑平行規(guī)劃模塊通信;根據(jù)路徑平行規(guī)劃模塊反饋回的吊裝路徑進(jìn)行吊裝,吊裝完成后與平行系統(tǒng)模塊通信,并獲取下一步任務(wù)。
上述系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的一種裝配式建筑智能吊裝方法,包括步驟:
(1)根據(jù)裝配式建筑的設(shè)計(jì)圖紙和初始裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型設(shè)計(jì)預(yù)制件,預(yù)制件內(nèi)嵌rfid標(biāo)簽和gps模塊,平行系統(tǒng)模塊與施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊實(shí)時(shí)通信,獲取每個(gè)預(yù)制件的現(xiàn)場(chǎng)信息,并將其在施工現(xiàn)場(chǎng)的情況更新于三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中。同時(shí),平行系統(tǒng)模塊與智能吊裝模塊通信,獲取吊具的實(shí)時(shí)信息以及裝配式建筑的完成情況,并在三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中進(jìn)行更新;
(2)在施工現(xiàn)場(chǎng),掃描現(xiàn)場(chǎng)所有預(yù)制件的rfid標(biāo)簽,獲取儲(chǔ)存在rfid標(biāo)簽中關(guān)于預(yù)制件的各種信息,通過無線接收模塊接收預(yù)制件的gps定位信息,構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)所有預(yù)制件的信息庫,并將其反饋給智能吊裝模塊以及平行系統(tǒng)模塊;
(3)路徑平行規(guī)劃模塊與智能吊裝模塊通信,獲取具體需要吊裝的預(yù)制件信息,同時(shí)與平行系統(tǒng)模塊進(jìn)行通信,在實(shí)時(shí)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型基礎(chǔ)上,通過差分進(jìn)化算法進(jìn)行吊裝路徑的規(guī)劃,獲取可行吊裝路徑集,并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),得出裝配式建筑預(yù)制件的最佳吊裝路徑;
(4)智能吊裝模塊與平行系統(tǒng)模塊通信決定起吊的預(yù)制件,獲取相關(guān)信息后與路徑平行規(guī)劃模塊通信,根據(jù)路徑平行規(guī)劃模塊反饋回的吊裝路徑進(jìn)行吊裝,吊裝完成后與平行系統(tǒng)模塊通信,并獲取下一步任務(wù)。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,步驟(1)中的預(yù)制件還內(nèi)嵌發(fā)送gps模塊定位信息的無線發(fā)射模塊,rfid標(biāo)簽含有預(yù)制件的所有數(shù)據(jù)參數(shù),通過gps模塊能夠準(zhǔn)確確定預(yù)制件的位置。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,步驟(1)中的rfid標(biāo)簽包括:編號(hào)、類型、大小、重量以及合適位置。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的構(gòu)建方法如下:
(11)前期準(zhǔn)備:對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行詳細(xì)分析,獲取每一個(gè)要構(gòu)造的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的詳細(xì)參數(shù),確定場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫;
(12)模型建立:通過multigencreator軟件繪制裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型;
(13)后期處理:優(yōu)化三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型,去除裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的冗余面,降低場(chǎng)景復(fù)雜度。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,步驟(11)中對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的分析內(nèi)容包括:裝配式建筑各預(yù)制件、裝配式建筑整體、裝配式建筑吊裝現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境(如吊具位置、高度等)、裝配式建筑所在地形地貌。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,步驟(12)的具體方法是:首先,對(duì)裝配式建筑吊裝現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌進(jìn)行場(chǎng)景構(gòu)建;然后,分區(qū)完成裝配式建筑各預(yù)制件的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型以及裝配式建筑吊裝現(xiàn)場(chǎng)的三維虛擬模型,每個(gè)模型所描述的物體形狀通過各個(gè)多邊形、三角形和頂點(diǎn)來確定;最后,通過各預(yù)制件三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型和吊裝現(xiàn)場(chǎng)的三維虛擬模型的匯總完成對(duì)整個(gè)裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的構(gòu)建。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,步驟(3)的具體方法是:
(31)根據(jù)裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型確定預(yù)制件吊裝路徑的取值范圍,生成n條不同的初始路徑,設(shè)初始吊裝路徑集為x;
(32)對(duì)初始吊裝路徑集x進(jìn)行變異與交叉操作,并將不符合邊界約束條件的吊裝路徑通過可行域中隨機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)替代;變異操作后的吊裝路徑集xmi為
其中,
其中,j為交叉迭代的次數(shù),取j=1,2,…,d,d為最大迭代次數(shù),xmij為經(jīng)過j次交叉迭代的吊裝路徑集,
(33)對(duì)于初始吊裝路徑集x和變異與交叉后的吊裝路徑集xt,采用基于輪盤賭的比例選擇法和最優(yōu)保存策略選出含有n條路徑的吊裝路徑集x′;
(34)重復(fù)步驟(32)到步驟(34)直至吊裝路徑集不再發(fā)生改變或達(dá)到最大迭代次數(shù),從而,輸出可行的預(yù)制件吊裝路徑集。
(35)預(yù)制件吊裝路徑集得出后,在裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),也就是將基于差分進(jìn)化算法得到的吊裝路徑集在構(gòu)建好的裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中運(yùn)行,用于模擬實(shí)際施工環(huán)境,充分考慮預(yù)制件吊裝中可能遇到的問題,包括預(yù)制件路徑安全性、吊裝效率、吊裝路徑中可能跟障礙物產(chǎn)生的碰撞、安裝難易程度、吊裝裝置對(duì)于規(guī)劃路徑吊裝的可行性(如吊裝死角)等現(xiàn)場(chǎng)施工類問題,根據(jù)路徑最優(yōu)、安裝便捷度最優(yōu)、安全性最優(yōu)等指標(biāo)選出預(yù)制件最佳吊裝路徑。
作為優(yōu)選技術(shù)方案之一,步驟(4)的具體方法是:
(41)與平行系統(tǒng)模塊通信決定起吊的預(yù)制件,同時(shí)與施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊通信,獲取所吊裝模塊的準(zhǔn)確定位等信息,并將預(yù)制件的位置信息發(fā)送給吊裝裝置;
(42)吊裝裝置根據(jù)裝配式建筑預(yù)制件目前所在位置,以及在裝配式建筑設(shè)計(jì)圖紙和裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中該預(yù)制件的設(shè)計(jì)位置,與路徑規(guī)劃模塊通信獲取該預(yù)制件的最佳吊裝路徑;
(43)根據(jù)步驟(41)中需吊裝的預(yù)制件的位置,吊臂轉(zhuǎn)至該預(yù)制件位置將其起吊;吊裝裝置按照設(shè)計(jì)好的預(yù)制件吊裝路徑將該預(yù)制件吊裝至設(shè)計(jì)位置,完成該預(yù)制件吊裝。
(44)與平行系統(tǒng)模塊通信,更新裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型,將在裝配式建筑中已安裝好的該預(yù)制件在裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中表現(xiàn)出來,同時(shí)獲取下一需要吊裝的預(yù)制件信息,直至完工。
本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過平行理論及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配式建筑預(yù)制件的制作、三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的構(gòu)建,并在三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中基于差分進(jìn)化算法及平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行吊裝路徑的規(guī)劃,得到預(yù)制件最佳吊裝路徑,進(jìn)而完成預(yù)制件智能吊裝,保證裝配式建筑吊裝全過程的自動(dòng)化及智能化,提高裝配式建筑吊裝的準(zhǔn)確性、協(xié)調(diào)性、安全性。具體如下:
1)采用了平行理論,將吊裝過程中復(fù)雜路徑規(guī)劃問題在三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中予以完成,保證了吊裝任務(wù)完成的快速性及安全性。
2)三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型實(shí)時(shí)更新,保證了吊裝過程中吊裝路徑規(guī)劃的合理性。
3)充分利用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的rfid模塊,實(shí)現(xiàn)了裝配現(xiàn)場(chǎng)和裝配過程的信息化,有利于實(shí)現(xiàn)裝配式建筑吊裝全過程的自動(dòng)化與智能化。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的整體流程圖;
圖2是三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型構(gòu)建流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述,應(yīng)該說明的是,下述說明僅是為了解釋本發(fā)明,并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
實(shí)施例:
如圖1所示,一種裝配式建筑智能吊裝系統(tǒng),包括:
平行系統(tǒng)模塊:用于生成和更新裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型,并與施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊、路徑平行規(guī)劃模塊和智能吊裝模塊通信;
施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊:用于存儲(chǔ)施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制件信息,并與平行系統(tǒng)模塊及智能吊裝模塊通信;
路徑平行規(guī)劃模塊:用于獲取具體需要吊裝的預(yù)制件信息,同時(shí)與平行系統(tǒng)模塊通信,在實(shí)時(shí)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型基礎(chǔ)上,通過差分進(jìn)化算法進(jìn)行吊裝路徑的規(guī)劃,獲取可行吊裝路徑集,并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),得出裝配式建筑預(yù)制件的最佳吊裝路徑;以及
智能吊裝模塊:與平行系統(tǒng)模塊通信決定起吊的預(yù)制件,獲取相關(guān)信息后與路徑平行規(guī)劃模塊通信,根據(jù)路徑規(guī)劃模塊反饋回的吊裝路徑進(jìn)行吊裝,吊裝完成后與平行系統(tǒng)模塊通信,并獲取下一步任務(wù)。
上述系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的一種裝配式建筑智能吊裝方法,包括步驟:
(1)根據(jù)裝配式建筑的設(shè)計(jì)圖紙和初始裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型設(shè)計(jì)預(yù)制件,預(yù)制件內(nèi)嵌rfid標(biāo)簽和gps模塊,平行系統(tǒng)模塊與施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊實(shí)時(shí)通信,獲取每個(gè)預(yù)制件的現(xiàn)場(chǎng)信息,并將其在施工現(xiàn)場(chǎng)的情況更新于三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中。同時(shí),平行系統(tǒng)模塊與智能吊裝模塊通信,獲取吊具的實(shí)時(shí)信息以及裝配式建筑的完成情況,并在三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中進(jìn)行更新。
預(yù)制件還內(nèi)嵌發(fā)送gps模塊定位信息的無線發(fā)射模塊,rfid標(biāo)簽含有預(yù)制件的所有數(shù)據(jù)參數(shù),通過gps模塊能夠準(zhǔn)確確定預(yù)制件的位置。
rfid標(biāo)簽包括:編號(hào)、類型、大小、重量以及合適位置。
如圖2所示,三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的構(gòu)建方法如下:
(11)前期準(zhǔn)備:對(duì)裝配式建筑的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行詳細(xì)分析,獲取每一個(gè)要構(gòu)造的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的詳細(xì)參數(shù),確定場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫;
(12)模型建立:通過multigencreator軟件繪制裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型;
(13)后期處理:優(yōu)化三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型,去除裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的冗余面,降低場(chǎng)景復(fù)雜度。
步驟(11)中對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的分析內(nèi)容包括:裝配式建筑各預(yù)制件、裝配式建筑整體、裝配式建筑吊裝現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境(如吊具位置、高度等)、裝配式建筑所在地形地貌。
步驟(12)的具體方法是:首先,對(duì)裝配式建筑吊裝現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌進(jìn)行場(chǎng)景構(gòu)建;然后,分區(qū)完成裝配式建筑各預(yù)制件的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型以及裝配式建筑吊裝現(xiàn)場(chǎng)的三維虛擬模型,每個(gè)模型所描述的物體形狀通過各個(gè)多邊形、三角形和頂點(diǎn)來確定;最后,通過各預(yù)制件三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型和吊裝現(xiàn)場(chǎng)的三維虛擬模型的匯總完成對(duì)整個(gè)裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型的構(gòu)建。
(2)在施工現(xiàn)場(chǎng),掃描現(xiàn)場(chǎng)所有預(yù)制件的rfid標(biāo)簽,獲取儲(chǔ)存在rfid標(biāo)簽中關(guān)于預(yù)制件的各種信息,通過無線接收模塊接收預(yù)制件的gps定位信息,構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)所有預(yù)制件的信息庫,并將其反饋給智能吊裝模塊以及平行系統(tǒng)模塊。
(3)路徑平行規(guī)劃模塊與智能吊裝模塊通信,獲取具體需要吊裝的預(yù)制件信息,同時(shí)與平行系統(tǒng)模塊進(jìn)行通信,在實(shí)時(shí)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型基礎(chǔ)上,通過差分進(jìn)化算法進(jìn)行吊裝路徑的規(guī)劃,獲取可行吊裝路徑集,并進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),得出裝配式建筑預(yù)制件的最佳吊裝路徑。
具體方法是:
(31)根據(jù)裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型確定預(yù)制件吊裝路徑的取值范圍,生成n條不同的初始路徑,設(shè)初始吊裝路徑集為x;
(32)對(duì)初始吊裝路徑集x進(jìn)行變異與交叉操作,并將不符合邊界約束條件的吊裝路徑通過可行域中隨機(jī)產(chǎn)生的參數(shù)替代;變異操作后的吊裝路徑集xmi為
其中,
其中,j為交叉迭代的次數(shù),取j=1,2,…,d,d為最大迭代次數(shù),xmij為經(jīng)過j次交叉迭代的吊裝路徑集,
(33)對(duì)于初始吊裝路徑集x和變異與交叉后的吊裝路徑集xt,采用基于輪盤賭的比例選擇法和最優(yōu)保存策略選出含有n個(gè)路徑的吊裝路徑集x′;
(34)重復(fù)步驟(32)到步驟(34)直至吊裝路徑集不再發(fā)生改變或達(dá)到最大迭代次數(shù),從而,輸出可行的預(yù)制件吊裝路徑集。
(35)預(yù)制件吊裝路徑集得出后,在裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn),也就是將基于差分進(jìn)化算法得到的吊裝路徑集在構(gòu)建好的裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中運(yùn)行,模擬實(shí)際施工環(huán)境,充分考慮預(yù)制件吊裝中可能遇到的問題,包括預(yù)制件路徑安全性、吊裝效率、吊裝路徑中可能跟障礙物產(chǎn)生的碰撞、安裝難易程度、吊裝裝置對(duì)于規(guī)劃路徑吊裝的可行性(如吊裝死角)等現(xiàn)場(chǎng)施工類問題,根據(jù)路徑最優(yōu)、安裝便捷度最優(yōu)、安全性最優(yōu)等指標(biāo)選出預(yù)制件最佳吊裝路徑。
(4)智能吊裝模塊與平行系統(tǒng)模塊通信決定起吊的預(yù)制件,獲取相關(guān)信息后與路徑平行規(guī)劃模塊通信,根據(jù)路徑平行規(guī)劃模塊反饋回的吊裝路徑進(jìn)行吊裝,吊裝完成后與平行系統(tǒng)模塊通信,并獲取下一步任務(wù)。
具體方法是:
(41)與平行系統(tǒng)模塊通信決定起吊的預(yù)制件,同時(shí)與施工現(xiàn)場(chǎng)信息模塊通信,獲取所吊裝模塊的準(zhǔn)確定位等信息,并將預(yù)制件的位置信息發(fā)送給吊裝裝置;
(42)吊裝裝置根據(jù)裝配式建筑預(yù)制件目前所在位置,以及在裝配式建筑設(shè)計(jì)圖紙和裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中該預(yù)制件的設(shè)計(jì)位置,與路徑規(guī)劃模塊通信獲取該預(yù)制件的最佳吊裝路徑;
(43)根據(jù)步驟(41)中需吊裝的預(yù)制件的位置,吊臂轉(zhuǎn)至該預(yù)制件位置將其起吊;吊裝裝置按照設(shè)計(jì)好的預(yù)制件吊裝路徑將該預(yù)制件吊裝至設(shè)計(jì)位置,完成該預(yù)制件吊裝。
(44)與平行系統(tǒng)模塊通信,更新裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型,將在裝配式建筑中已安裝好的該預(yù)制件在裝配式建筑三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型中表現(xiàn)出來,同時(shí)獲取下一需要吊裝的預(yù)制件信息,直至完工。
上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述,但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。