基于BIM的放樣機器人智能放樣及測量施工技術(shù)

張梅 黃凱 戴超 袁淵 王濤

摘 要：傳統(tǒng)的測量放樣方法是通過對施工圖紙進(jìn)行分析計算，得到待測設(shè)點的相應(yīng)坐標(biāo)、標(biāo)高及軸線位置等數(shù)據(jù)，然后將待測設(shè)點的相應(yīng)坐標(biāo)、標(biāo)高及角度等信息導(dǎo)入水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀和全站儀等測量儀器，最終實現(xiàn)測量放樣定位。然而這種測量放樣方法工程量大、測量效率低下，尤其對于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的異形建（構(gòu)）筑物，傳統(tǒng)的測量方法更是力不從心。隨著我國建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM技術(shù)雖然進(jìn)入中國不過短短十幾年的時間，卻已經(jīng)深刻地影響到國內(nèi)建筑行業(yè)的幾乎所有從業(yè)人員，它已經(jīng)引發(fā)了一場關(guān)乎技術(shù)、管理、理念的革命。然而在施工建造階段，如何將經(jīng)過修改和驗證的三維模型落實到工地現(xiàn)場，真實地體現(xiàn)設(shè)計人員的意圖并將BIM數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換為指導(dǎo)現(xiàn)場施工，則配套的智能放樣及測量施工技術(shù)已是亟需解決。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);放線機器人;智能測量放樣;多功能集成放樣

中圖分類號：TU767 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0094-04

1 工程概況

重慶約克北郡商業(yè)項目位于重慶市兩江新區(qū)，總建筑面積約43萬m2，包括4層地下車庫、6層商業(yè)裙樓和兩棟31層5A甲級寫字樓，總建筑高度145.5m，如圖1所示。是集高端寫字樓、環(huán)球佳肴、室內(nèi)大型植物園為一體的超大型城市綜合體項目，建成后將成為北重慶商業(yè)旗艦標(biāo)志性建筑。該項目裙樓外立面和中庭區(qū)域的結(jié)構(gòu)形式為曲面弧形結(jié)構(gòu)，地下室頂板至裙樓屋頂范圍設(shè)計有西南首例的超大型異形曲面空間鋼結(jié)構(gòu)玻璃幕墻植物園，施工放樣測量難度系數(shù)極大。

2 施工工藝流程

基于BIM的放樣機器人智能放樣施工工藝流程主要包括：BIM模型建立、BIM模型導(dǎo)入、放樣機器人測站設(shè)定、模型測量點設(shè)置、放樣測量和數(shù)據(jù)導(dǎo)出及應(yīng)用等。

3 測量放樣施工方法

3.1 BIM模型建立

應(yīng)用BIM根據(jù)施工圖紙建立結(jié)構(gòu)、建筑、機電管線等BIM模型，建立BIM模型時需加強同測量放樣人員溝通，確保測量放樣所需要的相關(guān)放樣參數(shù)信息完整有效。創(chuàng)建BIM模型應(yīng)采用符合現(xiàn)行建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制，并需確保各專業(yè)模型的坐標(biāo)、標(biāo)高、軸網(wǎng)等信息與設(shè)計圖紙一致，以及根據(jù)測量放樣實際需求添加必要的相關(guān)特征點參數(shù)信息。建立BIM模型的過程中，宜按分樓層、分專業(yè)、分區(qū)域等方式完成BIM模型創(chuàng)建。

3.2 BIM模型導(dǎo)入

BIM模型按照設(shè)計圖紙創(chuàng)建完成后，首先需將該BIM模型轉(zhuǎn)換為放樣機器人BIM移動手薄能夠識別的DWG、RVT等格式，隨后再將該文件拷貝至放樣機器人BIM移動手薄的BIM智能放樣軟件目錄。

通過BIM移動手簿上運行的Trimble Field Link軟件實現(xiàn)打開、查看，并做旋轉(zhuǎn)、縮放BIM模型等操作，即可開始現(xiàn)場放樣測量工作，如圖2所示。

3.3 放樣機器人測站設(shè)定

應(yīng)用放樣機器人進(jìn)行放樣測量時，通常采用后方交會測站法、已知點測站法和使用上一測站法進(jìn)行測站設(shè)定，現(xiàn)場可根據(jù)情況進(jìn)行自由選擇設(shè)站方式。放樣機器人儀器固定牢靠在三腳架上，按下儀器電源按鈕啟動該放樣儀器，按下激光對中按鈕進(jìn)行粗略對中，再按下自動整平按鈕進(jìn)行精確整平。觀察手簿電子水泡的水平情況，再次按下自動整平按鈕以再次進(jìn)行整平，如果自動整平存在誤差，可手動調(diào)整水平螺旋輔助調(diào)平，使電子氣泡徹底居中及儀器徹底對中，完成儀器的對中整平，如圖3所示。

3.4 模型測量點設(shè)置

測量操作人員可在放樣機器人的手簿上進(jìn)行操作，從模型上直接捕捉創(chuàng)建點，任何從模型上創(chuàng)建的點都可以作為放樣點，通過放樣機器人設(shè)備被直接放樣，如圖4所示。

對于習(xí)慣于從計算機上操作抓點的用戶，該放樣機器人亦提供了在計算機上運行的操作軟件，測量操作人員通過該軟件在模型上捕捉創(chuàng)建點。然后將模型和點一起導(dǎo)入手簿，測量操作人員可以從手簿上同時查看點和模型。如果在現(xiàn)場操作時發(fā)現(xiàn)計算機上創(chuàng)建的點有遺漏，則測量操作人員通過在手簿的模型上捕捉創(chuàng)建點，直至點的數(shù)量符合現(xiàn)場需要為止。

3.5 放樣及測量

3.5.1 添加放樣點

放樣機器人放樣測站設(shè)立成功后便可進(jìn)行放樣點坐標(biāo)的添加，添加放樣點坐標(biāo)主要有以下三種方式，分別為：直接從BIM模型上選擇放樣點、直接手動輸入放樣點坐標(biāo)以及直接從列表中選擇放樣點坐標(biāo)。

3.5.2 開始放樣

放樣點坐標(biāo)添加成功后便可以進(jìn)行測量放樣，可直接在功能菜單選擇激光放樣模式和棱鏡放樣模式。放樣機器人采用免棱鏡的激光放樣模式進(jìn)行智能放樣更具有優(yōu)越性。通過在手簿上的點列表中選擇目標(biāo)點，在免棱鏡的激光模式下，點擊“瞄準(zhǔn)”則放樣機器人自動轉(zhuǎn)動，照準(zhǔn)目標(biāo)位置，在目標(biāo)處顯示高亮的激光點，工人在光點處做標(biāo)記，即完成放樣操作，如圖5、6所示。

3.6 數(shù)據(jù)導(dǎo)出及應(yīng)用

3.6.1 放樣數(shù)據(jù)導(dǎo)出

放樣測量完成后即可導(dǎo)出放樣數(shù)據(jù)成果，根據(jù)施工需求可導(dǎo)出放樣施工偏差報告、日常放樣匯總報告等，導(dǎo)出成果格式可為AutoCAD，SkethUp、PDF以及文本格式等。導(dǎo)出的放樣測量數(shù)據(jù)成果包括點坐標(biāo)的x，y，z三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)、點坐標(biāo)的名稱，點坐標(biāo)的備注描述等信息，如圖7所示。

3.6.2 設(shè)計模型復(fù)核及更新

根據(jù)放樣結(jié)束后導(dǎo)出的測量放樣成果，包括點、線目標(biāo)，通過放樣機器人自帶的插件可再次導(dǎo)入AutoCAD或Revit模型中，用于對比實際放線和理論放線的誤差，并將相關(guān)誤差更新至BIM模型中，保證模型與現(xiàn)場一致，確保各專業(yè)間深化設(shè)計與現(xiàn)場一致。

4 質(zhì)量控制措施

（1）用于放線的BIM模型必須精準(zhǔn)無誤，否則將對放線結(jié)果造成嚴(yán)重影響。（2）定期檢測維護(hù)放樣機器人主機馬達(dá)，放樣機器人主機驅(qū)動馬達(dá)與水平度盤同軸，直接帶動整機旋轉(zhuǎn)，省略了齒輪、皮帶等機械傳動裝置，避免了齒輪間隙、皮帶松緊等因素造成的誤差，使得測量成果的精度更高，而摩擦損耗更小，解決了長時間連續(xù)作業(yè)后測量精度降低的風(fēng)險。（3）由于放樣機器人采用激光投射目標(biāo)點，則儀器基準(zhǔn)站的選擇應(yīng)無大面積遮擋，應(yīng)選擇較為空曠的場地。以及本放樣機器人儀器為通過外業(yè)平板電腦手簿進(jìn)行操作測設(shè)，則需避開無線電干擾，確保周圍沒有干擾源，基準(zhǔn)站點位應(yīng)選擇在較為空曠區(qū)域。（4）測量人員需特別注意對測量儀器的保護(hù)，規(guī)范操作，架設(shè)好基準(zhǔn)站后盡可能安排人員看守，防止被外界擾動。（5）需按放樣機器人使用說明書的要求進(jìn)行定期校正檢驗，并需嚴(yán)格按照使用說明書的指導(dǎo)方法進(jìn)行測量放樣。

5 安全控制措施

（1）測量人員進(jìn)入施工現(xiàn)場需正確佩戴安全帽，臨邊作業(yè)必須系好安全帶，穿防滑鞋。（2）在放樣測量時，放樣處上下方需無人施工，避免交叉施工作業(yè)。（3）測量人員必須拿穩(wěn)儀器，防止儀器墜落。（4）施測前應(yīng)及時清理周邊有掉落的模板木枋等材料，以免儀器碰撞或傾倒砸傷測量人員。（5）當(dāng)儀器出現(xiàn)故障時，不得強行操作儀器，需立即查明原因或送檢。

6 結(jié)語

本工程應(yīng)用BIM技術(shù)根據(jù)施工圖紙建立結(jié)構(gòu)、建筑、機電管線等設(shè)計模型。再將建立的BIM設(shè)計模型直接導(dǎo)入放樣機器人的手簿設(shè)備上，并通過在手簿上點擊捕捉的方式創(chuàng)建點目標(biāo)，然后測量操作人員只要點擊該點目標(biāo)，放樣機器人將自動旋轉(zhuǎn)直接照準(zhǔn)該點，這樣就可以將目標(biāo)點放樣到實地，省略了人工計算、手動輸入的環(huán)節(jié)，并且簡化了作業(yè)流程，提高了作業(yè)效率，而由于人工干預(yù)少，杜絕了計算錯誤和輸入錯誤的機會，保證了放樣結(jié)果的正確性。適用于應(yīng)用BIM技術(shù)和放樣機器人的住宅項目、公建辦公樓項目、大型場館項目以及基礎(chǔ)設(shè)施類項目的測量工作，尤其適用于大型場館、商業(yè)綜合體項目和基礎(chǔ)設(shè)施類項目的較復(fù)雜測量工作，為建筑業(yè)工程智能化測量放樣積累了豐富的實踐經(jīng)驗。

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