基于BIM的高精度建筑穹顶球面度检测和校正系统及其方法与流程

本技术涉及建筑穹顶施工领域，尤其是涉及一种基于bim的高精度建筑穹顶球面度检测和校正系统及其方法。

背景技术：

1、随着建筑技术的发展，大型建筑结构（如穹顶）因其独特的视觉效果和功能性，被广泛应用于各种建筑项目中。大跨度钢桁架穹顶因其跨距大、结构复杂，在施工过程中面临诸多挑战。在分段、分块安装过程中，需要对网格的节点（即桁架节点）相对于圆心的坐标和距离进行精确跟踪测量，并及时对节点的标高进行调整，以确保桁架的标高和轴线符合设计要求，从而保障穹顶的几何形状（包括球面度和椭圆度）的准确性。

2、现有技术通常采用传统的测量方法（如卷尺和测量仪器）对穹顶的几何形状进行测量和校正。施工人员根据测量结果，人工调整施工设备或桁架的位置和姿态，以实现预定的精度目标。然而，这些传统测量方法精度不高，容易受到人为因素影响，导致测量结果误差较大。人工调整的效率低下，难以实现实时校正。此外，传统技术在数据集成和共享方面存在问题，难以实现施工过程的全程监控和优化。

3、目前，建筑信息模型（bim）技术在建筑设计和施工中的应用日渐成熟。bim通过数字化方式，将建筑的所有信息（包括设计图纸、材料属性、施工工艺等）集成在一个虚拟的三维模型中，从而实现建筑全生命周期的管理和优化。同时，激光扫描和计算机视觉技术作为先进的测量和分析手段，可以通过对物体表面进行扫描和分析，获取物体的精确三维模型，实现高精度的测量和校正。

4、然而，目前基于bim的检测技术虽然能实现建筑穹顶球面度的检测，但是由于缺乏动态调整和实时反馈机制，难以在实际施工过程中进行实时校正，从而影响最终的施工质量。

技术实现思路

1、为了实现建筑穹顶球面度的实时检测和校正，本技术提供一种基于bim的高精度建筑穹顶球面度检测和校正系统及其方法。

2、本技术提供的一种基于bim的高精度建筑穹顶球面度检测和校正系统采用如下的技术方案：

3、基于bim的高精度建筑穹顶球面度检测和校正系统，包括：

4、扫描模块，用于对穹顶网架进行扫描，获取穹顶表面的点云数据和图像数据；所述穹顶网架包括多个网架单元，每个所述网架单元包括四个首尾连接的桁架杆件，相邻的两个所述桁架杆件之间通过球形连接件连接；

5、检测模块，安装于所述网架单元上，用于实时获取桁架杆件和球形连接件的位置信息；

6、bim平台，利用所述扫描模块获取的点云数据和图像数据，以及所述检测模块获取的桁架杆件和球形连接件的位置信息，生成穹顶表面的三维模型；并将穹顶表面的三维模型与设计模型进行对比分析，得到网架单元的偏移量；

7、反馈校正装置，安装于相邻的两个所述网架单元之间，其中一个网架单元为已安装完成的网架单元，另一个网架单元为新安装的网架单元，新安装的网架单元上设置有检测模块；所述反馈校正装置用于根据新安装网架单元的偏移量调整新安装网架单元的位置，从而调整穹顶的球面度。

8、在穹顶网架的施工过程中，通常由下至上逐层安装网架单元，为了控制施工误差并确保网架的几何形状（如球面度和椭圆度）准确，需要在安装过程中进行实时的检测和调整，也就是对新安装的网架单元位置进行即时的调整，以修正可能的误差。

9、施工过程中，首先通过扫描模块获取穹顶表面的点云数据和图像数据，bim平台生成穹顶表面的三维模型；检测模块实时获取新安装的网架单元中桁架杆件和球形连接件的位置信息，bim平台根据桁架杆件和球形连接件的实时位置信息更新穹顶表面的三维模型并与设计模型进行对比分析，得到新安装网架单元的偏移量；反馈校正装置根据偏移量调整新安装网架单元的位置，从而调整穹顶的球面度。

10、进一步地，所述检测模块包括多个球面节点磁力传感装置，所述球面节点磁力传感装置安装于所述网架单元，多个所述球面节点磁力传感装置在穹顶表面呈阵列分布。

11、在穹顶表面阵列式地设置多个球面节点磁力传感装置，对多个网架单元进行同时监测，获取穹顶表面关键节点的位置信息。

12、进一步地，所述球面节点磁力传感装置包括四个首尾连接的伸缩杆，相邻的两个所述伸缩杆之间连接有连接座，所述伸缩杆与所述连接座之间万向连接，所述连接座通过磁性件吸附于对应的所述球形连接件。

13、伸缩杆的长度可以根据球形连接件的间距进行调节，使球面节点磁力传感装置与网架单元的尺寸适配；通过磁性件将连接座吸附于球形连接件上，实现球面节点磁力传感装置在网架单元上的便捷固定。

14、进一步地，所述连接座内安装有惯性测量单元和gps传感器，所述伸缩杆上安装有容栅位移测量装置。

15、惯性测量单元用于记录球形连接件的角速度和加速度数据，进而提供球形连接件的局部姿态和运动信息，gps则提供球形连接件的高精度定位信息，包括经纬度坐标；通过对惯性测量单元和gps传感器获取的数据进行融合处理，生成球形连接件精确的位置和姿态信息。容栅位移测量装置用于检测伸缩杆的伸缩位移，实时反映球形连接件之间的距离。

16、进一步地，所述反馈校正装置包括主体杆件，所述主体杆件的一端固定设置有挂钩，用于将所述主体杆件挂接于已安装的网架单元中的桁架杆件；所述主体杆件上滑动设置有滑动座，所述滑动座上设置有用于将所述滑动座锁定在所述主体杆件上的锁定件，所述滑动座上还设置有顶升机构，用于顶升新安装的网架单元中的桁架杆件。

17、进一步地，所述滑动座上固接有支架，所述顶升机构包括升降设置于所述支架上的顶升件，所述顶升件的升降轨迹正交于所述主体杆件的长度方向，所述支架上安装有用于驱动所述顶升件升降的驱动件，所述驱动件与所述bim平台控制连接。

18、进一步地，所述顶升件为用于承托所述桁架杆件的u型托座，用于承托所述桁架杆件；所述驱动件为伺服电动缸。

19、安装反馈校正装置时，将挂钩挂接于已安装的网架单元中的桁架杆件，然后调节滑动座在主体杆件上的位置，使u型托座承托于新安装网架单元中的桁架杆件，再通过锁定件将滑动座的位置锁定。

20、bim平台根据新安装网架单元的偏移量生成校正指令，控制伺服电动缸执行校正操作，伺服电动缸驱动u型托座上升，实现安装网架单元中桁架杆件的顶升，从而对没有连接成片、可能下垂的穹顶网架末端位置进行调节。对于轻量级的穹顶网架，无需在穹顶网架的下方搭设胎架，即可完成穹顶网架的位置校正。

21、进一步地，所述锁定件为手扳顶丝。

22、将滑动座沿主体杆件滑移，通过手扳顶丝可将滑动座固定于主体杆件的任意位置，操作便捷。

23、进一步地，所述扫描模块包括激光扫描装置和摄像头。

24、激光扫描装置用于对穹顶网架进行扫描，获取穹顶表面的点云数据，摄像头用于获取穹顶表面的图像数据，以辅助点云数据的详细分析和精确建模。

25、本技术还提供一种基于bim的高精度建筑穹顶球面度检测和校正方法，采用基于bim的高精度建筑穹顶球面度检测和校正系统，包括以下步骤：

26、安装扫描模块：在穹顶网架外设置扫描模块，以获取穹顶表面的点云数据和图像数据；

27、安装检测模块：在穹顶表面关键位置的新安装网架单元上安装检测模块，以获取新安装的网架单元中桁架杆件和球形连接件的位置信息；

28、安装反馈校正装置：在相邻的两个网架单元之间安装反馈校正装置，其中一个网架单元为已安装完成的网架单元，另一个网架单元为新安装的网架单元，且新安装的网架单元上安装有检测模块；

29、生成三维模型：通过扫描模块获取穹顶表面的点云数据和图像数据，bim平台利用点云数据和图像数据生成穹顶表面的三维模型；

30、实时检测偏移量：通过检测模块实时获取新安装的网架单元中桁架杆件和球形连接件的位置信息，bim平台利用桁架杆件和球形连接件的实时位置信息更新穹顶表面的三维模型，将更新的穹顶表面三维模型与设计模型进行对比分析，得到新安装的网架单元的偏移量；

31、实时校正：bim平台根据新安装网架单元的偏移量生成校正指令并传输至反馈校正装置，反馈校正装置实时调整新安装网架单元的安装位置，从而调整穹顶的球面度。

32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

33、1.本技术采用激光扫描装置和摄像头，对穹顶网架进行扫描，获取点云数据并生成三维模型，改善了传统测量方法精度不足的问题，提高了建模精度和数据分析的细致程度；

34、2.本技术采用球面节点磁力传感器阵列，固定在穹顶网架的关键位置，能够精确检测和定位桁架杆件和球形连接件的位置，改善了穹顶施工中节点定位不准的问题，提高了节点定位的精确度和实时数据传输的可靠性；

35、3.本技术采用反馈校正装置，通过pid控制器根据bim平台分析得到的偏差数据，实时调整新安装网架单元的位置和姿态，改善了施工误差累积的问题，提高了施工精度和整体施工质量；

36、4.本技术采用bim平台进行数据的实时集成和共享，支持全程监控和优化，解决了施工过程数据孤岛的问题，确保了施工进度的顺利推进和整体施工质量的稳定；

37、5.本技术能够实现实时检测和校正功能，持续跟踪施工过程中的数据变化，及时发现和纠正潜在问题，从而确保整体结构的高质量完成；通过球面节点磁力传感器阵列实时监测穹顶网架的偏移量，并将数据传输至bim平台进行综合分析和反馈校正；实现施工过程中的动态调整，减少了人为误差，提高了施工效率，保障了穹顶几何形状的精确性，在大型建筑工程、城市规划与设计、智能建筑施工、建筑质量管理等应用领域具有广泛的应用前景。