一种基于三维激光扫描的球铰定位安装系统及其应用方法与流程

2021-01-18 14:01:17|

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本发明属于桥梁建设领域，具体涉及一种基于三维激光扫描的球铰定位安装系统及其应用方法。

背景技术：

转体桥施工是将桥梁结构在非设计轴线位置浇注或拼接成形后，通过转体就位的一种施工方法，这种施工方法将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业。根据桥梁结构的转动方向，它可分为竖向转体施工法、水平转体施工法以及平转与竖转相结合的方法，其中以平转法应用最多，主要应用于上跨峡谷、河流、铁路、高速公路等情况。转体桥的转体系统由下转盘、上转盘、球铰、滑道、牵引系统组成，转体过程一般通过千斤顶对拉牵引索，形成旋转力偶而实现转体。其中，球铰的定位安装过程对转体桥施工的影响最为关键。

目前，转体桥的球铰施工的主要存在的不足包括：

(1)需要投入较多的测量技术人员和施工操作人员，增加了施工成本；

(2)因相关构件体积庞大，测点采集数据量大，给工作人员带来较大的工作量；

(3)测量技术人员和施工操作人员需要相互制约，监测或调整的等待时间较长，进一步降低了施工效率。

因此，结合转体桥球铰自身的结构形式及特点，设计一套高精度、高效率的施工方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种基于三维激光扫描的球铰定位安装系统，包括：控制机、三维激光扫描仪、监测点棱镜和驱动系统；

所述控制机为安装有三维激光扫描仪和驱动系统的配套信息处理软件和控制软件的计算机，分别与三维激光扫描仪和驱动系统连接；

所述监测点棱镜安装在各个监测点上，其规格型号与所述三维激光扫描仪相适应；

所述三维激光扫描仪设置在监测点附近；

所述驱动系统包括驱动装置及其驱动控制设备；所述驱动装置通过驱动控制设备连接控制机。

所述三维激光扫描仪的设置数量和分布位置要满足任意一个所述监测点均能被所述三维激光扫描仪扫描2次以上。

所述监测点设置在转体桥的球铰定位骨架、滑道定位骨架、球铰滑道和承台混凝土的表面上。所述驱动装置固定在下承台的承台混凝土的顶面上，并与球铰定位骨架的底部位置连接。

一种基于三维激光扫描的球铰定位安装系统的应用方法，采用所述的基于三维激光扫描的球铰定位安装系统，包括以下步骤：

步骤1，在施工现场准备出符合设计要求的构件；所述构件包括球铰定位骨架、滑道定位骨架和球铰滑道；

步骤2，在下承台的承台混凝土的顶面精确定位安装球铰定位骨架；

在安装球铰定位骨架时，在球铰定位骨架底部与承台混凝土顶部之间设置若干个所述驱动装置作为球铰定位骨架驱动装置；通过各个所述球铰定位骨架驱动装置的控制设备，将所述球铰定位骨架驱动装置与控制机进行连接，由控制机控制所述球铰定位骨架驱动装置的动作；

步骤3，在所述承台混凝土的顶面精确定位安装滑道定位骨架；

在安装滑道定位骨架时，在滑道定位骨架底部与承台混凝土顶部之间设置若干个所述驱动装置作为滑道定位骨架驱动装置；通过各个所述滑道定位骨架驱动装置的控制设备，将所述滑道定位骨架驱动装置与控制机进行连接，由控制机控制所述滑道定位骨架驱动装置的动作；

步骤4，设置监测点和监测点棱镜；

在球铰定位骨架的顶部表面设置监测点；在滑道定位骨架上安装球铰滑道，并在球铰滑道上表面设置若干个监测点；在所述承台混凝土的表面设置若干个监测点；在所述监测点的位置上设置监测点棱镜；

步骤5，设置三维激光扫描仪；

将所述三维激光扫描仪设置在球铰定位骨架和滑道定位骨架附近；将所述控制机与三维激光扫描仪进行连接；

步骤6，构建点云数据效果图；

启动三维激光扫描仪，对各个监测点棱镜进行扫描，得到测量数据；控制机对各个三维激光扫描仪的测量数据进行整理和拼接，得到包含球铰滑道和球铰定位骨架的点云数据效果图；

步骤7，得出现场调整参数；

在设计文件中提取与所述点云数据效果图相对应的三维模型，并与所述点云数据效果图进行对比，得出设计要求与现场工况的坐标差作为现场调整参数；

步骤8，构件位置控制；

根据所述坐标差控制驱动装置来调整球铰定位骨架、滑道定位骨架与承台混凝土的相对位置，直至符合设计要求；

步骤9，对球铰定位骨架与滑道定位骨架进行固定；

步骤10，在球铰定位骨架上安装下球铰。

所述步骤1，在施工现场准备出符合设计要求的构件，具体操作为：

对所述构件进行三维激光扫描，从而建立该构件的构件三维模型；对比所述构件三维模型与bim设计文件中的对应部分，得出构件结构偏差数据；如果所述构件结构偏差数据不满足设计要求，则令构件的生产者按照偏差数据调整构件结构，直至所述构件结构偏差数据满足设计要求。

所述步骤2，在安装驱动装置时，使球铰定位骨架与承台混凝土分离，并形成空隙；所述步骤3在安装滑道定位骨架驱动装置时，使球铰定位骨架与承台混凝土分离，并形成空隙。

所述步骤5中，三维激光扫描仪的设置数量和位置要能够满足任意一个所述监测点均能被三维激光扫描仪扫描2次以上。

所述步骤9，对球铰定位骨架与滑道定位骨架进行固定，具体包括：

填补调整球铰定位骨架与承台混凝土的缝隙，填补滑道定位骨架与承台混凝土的缝隙，拆除驱动系统；在承台混凝土上进行后续的混凝土浇筑，封闭并固定球铰定位骨架和滑道定位骨架，完成下承台建设。

本发明的有益效果：

本发明提出一种基于三维激光扫描的球铰定位安装系统，应用于转体桥的球铰安装调整施工过程，具体涉及球铰滑道和球铰定位骨架的安装过程。通过引入三维激光扫描技术，实现对施工构件的全方位尺寸测量，并提供充足的位置数据。相比传统的人工测量，本发明提升了测量精度，减少了人工成本，提升了施工效率。

通过引入三维建模技术，便于相关人员进行实时的工况记录与施工调整，在加强工程管理水平的同时进一步提升了施工效率，实现后方人员与现场人员的高效沟通与及时反馈；而且可以将施工构件的形态更直观的表现出来，便于管理人员的监管与交流。

本发明设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中所述基于三维激光扫描的球铰定位安装系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中所述基于三维激光扫描的球铰定位安装系统的平面布置图；

图3为图2的a-a剖面图；

图4为本发明具体实施方式中所述点云数据效果图的示意图；

图5为本发明具体实施方式中所述基于三维激光扫描的球铰定位安装系统的应用方法的流程图。

图中：1、控制机；2、三维激光扫描仪；3、监测点棱镜；4、驱动系统；4-1、驱动装置；4-2、驱动控制设备；5、球铰定位骨架；6、滑道定位骨架；7、球铰滑道；8、承台混凝土。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本方明提出一种基于三维激光扫描的球铰定位安装系统，应用于转体桥的球铰安装调整施工过程，具体涉及球铰滑道和球铰定位骨架的安装过程，通过引入三维激光扫描技术，代替传统的人工测量与位置调整，如图1-3所示，包括：控制机1、三维激光扫描仪2、监测点棱镜3和驱动系统4；

所述控制机1为安装有三维激光扫描仪2和驱动系统4的配套信息处理软件和控制软件的计算机，分别与三维激光扫描仪2和驱动系统4连接；

所述监测点棱镜3安装在各个监测点上，其规格型号与所述三维激光扫描仪2相适应，其安装数量与分布位置要满足控制机1在构建三维模型时的实际需求；

所述监测点设置在转体桥的球铰定位骨架5、滑道定位骨架6、球铰滑道7和承台混凝土8的表面上；

所述承台混凝土为浇筑至球铰定位骨架的设计标高指定位置处的混凝土结构；

所述三维激光扫描仪2设置在监测点附近，即球铰定位骨架5和滑道定位骨架6附近，其设置数量和分布位置要满足任意一个所述监测点均能被所述三维激光扫描仪2扫描2次以上；

所述驱动系统4包括驱动装置4-1及其驱动控制设备4-2；所述驱动装置4-1通过驱动控制设备4-2连接控制机1；所述驱动装置4-1采用千斤顶或其他升降设备，固定在下承台的承台混凝土的顶面上，并与球铰定位骨架5的底部位置连接。

在球铰滑道7和球铰定位骨架5的安装过程中，所述基于三维激光扫描的球铰定位安装系统的应用方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤1，在施工现场准备符合设计要求的构件；所述构件包括球铰定位骨架5、滑道定位骨架6和球铰滑道7；

对构件进行三维激光扫描，从而建立该构件的构件三维模型；对比所述构件三维模型与bim设计文件中的对应部分，得出构件结构偏差数据；如果所述构件结构偏差数据不满足设计要求，则令构件的生产者按照偏差数据调整构件结构，直至所述构件结构偏差数据满足设计要求；

步骤2，在下承台的承台混凝土8的顶面精确定位安装球铰定位骨架5；

在安装球铰定位骨架5时，在球铰定位骨架5底部与承台混凝土8顶部之间设置若干个所述驱动装置4-1作为球铰定位骨架驱动装置；在安装球铰定位骨架驱动装置时，使球铰定位骨架5与承台混凝土8分离，并形成空隙，从而为后续对球铰定位骨架5的调整过程预留动作空间；通过各个所述球铰定位骨架驱动装置的驱动控制设备，将所述球铰定位骨架驱动装置与控制机1进行连接，由控制机1控制所述球铰定位骨架驱动装置的动作；

步骤3，在所述承台混凝土8的顶面精确定位安装滑道定位骨架6；

在安装滑道定位骨架6时，在滑道定位骨架6底部与承台混凝土8顶部之间设置若干个所述驱动装置4-1作为滑道定位骨架驱动装置；在安装滑道定位骨架驱动装置时，使球铰定位骨架5与承台混凝土8分离，并形成空隙，从而为后续对球铰定位骨架5的调整过程预留动作空间；通过各个所述滑道定位骨架驱动装置的驱动控制设备，将所述滑道定位骨架驱动装置与控制机1进行连接，由控制机1控制所述滑道定位骨架驱动装置的动作；

步骤4，设置监测点和监测点棱镜3；

在球铰定位骨架5的顶部表面设置监测点；在滑道定位骨架6上安装球铰滑道7，并在球铰滑道7上表面设置若干个监测点；在所述承台混凝土8的表面设置若干个监测点；在所述监测点的位置上设置监测点棱镜3；

步骤5，设置三维激光扫描仪2；

将所述三维激光扫描仪2设置在球铰定位骨架5和滑道定位骨架6附近，其设置数量和位置要能够满足任意一个所述监测点均能被三维激光扫描仪2扫描2次以上，以便于控制机1对多个三维激光扫描仪2的扫描数据进行精确拼接；将控制机1与三维激光扫描仪2进行连接；

步骤6，构建点云数据效果图；

启动三维激光扫描仪2，对各个监测点棱镜3进行扫描，得到测量数据；控制机1对各个三维激光扫描仪2的测量数据进行整理和拼接，得到包含球铰滑道7和球铰定位骨架5的点云数据效果图，如图4所示；

步骤7，得出现场调整参数；

在bim设计文件中提取与所述点云数据效果图相对应的三维模型，并与所述点云数据效果图进行对比，得出设计要求与现场工况的坐标差作为现场调整参数；

步骤8，构件位置控制；

根据所述坐标差控制驱动装置4-1来调整球铰定位骨架5、滑道定位骨架6与承台混凝土8的相对位置，直至符合设计要求；

步骤9，对球铰定位骨架5与滑道定位骨架6进行固定；

填补调整球铰定位骨架5与承台混凝土8的缝隙，填补滑道定位骨架6与承台混凝土8的缝隙，拆除驱动系统4；在承台混凝土上进行后续的混凝土浇筑，封闭并固定球铰定位骨架5和滑道定位骨架6，完成下承台建设；