(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111574838.8 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 中铁七局集团有限公司 地址 450009 河南省郑州市航海东路12 25 号 申请人 中铁开发投资集团有限公司 　 华北水利水电大 学 (72)发明人 冯飞鸿　贾宗瑜　秦云　刘培峰　 王涛　郝俊峰　张鹏军　乔鹏飞　 王瑞斌　孙凯　娄运达　 (74)专利代理 机构 北京绘聚高科知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11832 代理人 罗硕 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G05B 19/05(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 基于BIM的压力钢管智能安装施工方法、 装 置及系统 (57)摘要 本申请提供了一种基于BIM的压力钢管智能 安装施工方法、 装置及系统。 通过所述基本参数 信息结合运用BIM软件建立在真实的地理坐标系 下针对所述压力钢管的压力钢管三维模型， 利用 上述压力钢管三维模型来实现拟合圆心坐标， 求 取空间拟合圆， 最终将拟合圆心坐标与理论圆心 坐标对比求取PLC控制器能够解析的参量(即偏 差调整参数)， 最终再反馈给PLC控制器； 这样最 终由PLC控制器解析偏差调整 参数进行液压顶升 设备动态调整， 直至拟合出的拟合圆心坐标与理 论圆心坐标实现坐标重合。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 114297753 A 2022.04.08 CN 114297753 A 1.一种基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特 征在于， 包括如下操作步骤： 步骤S1： 根据施工图获取压力钢管、 镇墩、 支墩及周边地形的基本参数信息， 基于所述 基本参数信息结合运用BIM软件建立在真实的地理坐标系下针对所述压力钢管的压力钢管 三维模型； 通过所述压力钢管三 维模型中的轴线放样模块生成轴线信息库进 行压力钢管模 拟智能安装； 步骤S2： 在压力钢管的横截面上任意选取三个不同位置作为测量点位置， 并在每个测 量点位置上安装一组MEMS惯 性传感器； 每组MEMS惯性传感器用于获取压力钢管横截面上测 量点处的原 始传感数据； 所述原 始传感数据包括原 始加速度信息； 步骤S3： 将液压顶升设备执行顶升操作时， 实时将MEMS惯性传感器的原始传感数据通 过无线传输模块传回至数据共享模块中； 步骤S4： PLC控制器接收数据共享模块中发送的原始传感数据， 根据所述原始传感数据 进行转换得到针对地理坐标系下的目标数据； 数据共享模块根据所述目标数据通过 空间圆 拟合的算法将压力钢 管的圆心坐标拟合出来， 并与 理论圆心坐标进行对比得到对比结果； 对比结果为圆心偏差信息， 根据所述圆心偏差信息计算得PLC控制器针对液压顶升设备 的 偏差调整参数； 需要说明的是， 根据所述对比结果可以得到圆心偏差信息， 通过圆心偏 差信 息由此可以计算得了PLC控制器 针对液压顶升设备的偏差调整参数； 步骤S5： 通过无线传输模块将所述对比结果中的偏差调整参数传回PLC控制器， 所述 PLC控制器解析根据所述偏差调整参数进行液压顶升设备动态调整， 直至拟合出的拟合圆 心坐标与理论圆心坐标实现坐标重合。 2.根据权利要求1所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特征在于， 所述压 力钢管、 镇墩、 支墩及周边地形的基本参数信息包括压力钢管的直径尺寸， 壁 厚厚度以及材 料信息等等； 所述镇墩的基本参数信息包括， 镇墩结构尺寸、 混凝土标号； 所述支墩的基本 参数信息包括支墩结构尺寸、 混凝土标号； 所述周边地形 的基本参数信息包括； 高程、 大地 坐标。 3.根据权利要求1所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特征在于， 所述目 标数据为惯性 参考系下的原 始加速度信息在地理坐标系下转换后得到的加速度信息 。 4.根据权利要求1所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特征在于， 在所述 步骤S1执行过程中， 通过所述压力钢管三 维模型中的轴线放样模块生成轴线信息库进行压 力钢管模拟智能安装， 具体包括如下操作步骤： 步骤S10： 轴线放样模块首先在压力钢管三维模型的每侧的压力钢管边沿圆周的三处 位置上布置空间点模型， 且三处位置分别为位于压力钢 管边沿顶部位置的空间点， 以及位 于顶部位置的空间点向左侧转动90度边沿处的空间点， 向右侧转动90度边沿处的空间点； 步骤S11： 其次基于三维BIM模型的属性信息， 获取压力钢管三维模型的六个控制点坐 标； 通过上述六个控制点坐标采用空间圆拟合原理， 拟合出压力钢 管的左侧右侧两端处的 空间点实现连线得到轴线控制点 坐标， 以此生成轴线信息库。 5.根据权利要求1所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特征在于， 在所述 步骤S1执行过程中， 所述在压力钢管 的横截面上任意选取三个不同位置作为测量点位置， 具体包括如下操作： 步骤S11： 在液压顶升设备安装前 先用全站仪 选取三个不同位置作为测量 点位置；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114297753 A 2步骤S12： 利用所述全站仪获取预装MEMS惯性传感器的测量点位置的地理坐标， 以此作 为参考初始坐标。 6.根据权利要求1所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特征在于， 在执行 步骤S4的同时， 还 包括执行对压力钢管的平整度进行检测的操作， 具体包括如下操作： 步骤S41： PLC控制器接收数据共享模块中发送的原始传感数据， 根据所述原始传感数 据进行转换得到针对地理坐标系下的目标数据； 数据共享模块根据所述目标数据通过 空间 圆拟合的算法将压力钢管的空间拟合平面拟合出来， 得到空间拟合平面； 步骤S41： 计算各个测量点到所述空间拟合平面的距离， 根据所述测量点到所述空间拟 合平面的距离反映所述压力钢管的平整度。 7.根据权利要求1所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 其特征在于， 在执行 步骤S4的同时， 还 包括执行对压力钢管的形变量进行检测的操作， 具体包括如下操作： 步骤S41’： PLC控制器接收数据共享模块中发送的原始传感数据， 根据所述原始传感数 据进行转换得到针对地理坐标系下的目标数据； 数据共享模块根据所述目标数据通过 空间 圆拟合的算法将压力钢管的空间圆拟合出来， 得到拟合空间圆； 步骤S42’： 计算各个测量点到所述拟合空间圆的圆周轨迹的距离， 根据所述测量点到 所述拟合空间圆的圆周轨 迹的距离反映所述压力钢管的形变量。 8.一种基于BIM的压力钢管智能安装施工装置， 其特征在于， 包括多组MEMS惯性传感器 以及PLC控制器； 其中， 所述PLC控制器分别与多组MEMS惯性传感器电连接， 且所述PLC控制器还与液压 顶升设备电连接； 所述MEMS惯性传感器包括第一无线传输模块、 电源模块、 惯性传感器和单片机； 所述 PLC控制器则包括工控机、 第二无线传输模块和显示器。 9.根据权利要求8所述的基于BIM的压力钢管智能安装施工装置， 其特征在于， 所述 MEMS惯性传感器为 三组。 10.一种基于BIM的压力钢管智能安装施工系统， 其特征在于， 采用如权利要求1 ‑7所述 基于BIM的压力钢管智能安装施工方法， 该所述基于BIM的压力钢管智能安装施工系统包括 BIM图形模块(10)、 测量控制模块(20)、 无线传输模块(30)和数据共享模块(40)、 PLC工控模 块(50)； 其中， 所述的BIM图形模块(10)包括轴线放样模块(11)、 坐标拟合模块(12)、 图形引擎 模块(13)； 所述轴线放样模块(1 1)， 根据地理坐标系下的BIM模型， 获取压力钢管轴线空间坐标； 所述坐标拟合模块(12)， 通过测量控制模块采集到的坐标数据， 传输至数据共享模块， 共享至BIM图形模块， 采用空间拟合原理， 计算压力钢管轴线坐标； 所述图形引擎模块(13)， 采用轻量化引擎技术， 通过图形化显示压力钢管模型、 轴线模 型、 控制点模型； 所述测量控制模块(20)， 用于获取压力钢管横截面上测量点处的原始传感数据； 所述 原始传感数据包括原 始加速度信息； 所述无线传输模块(30)， 用于将液压顶升设备执行顶升操作时， 实时将MEMS惯性传感 器的原始传感数据通过 无线传输模块传回至数据共享模块(40)中；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114297753 A 3