基于BIM的放樣機器人智能放樣及測量施工技術

張梅 黃凱 戴超 袁淵 王濤

摘 要：傳統的測量放樣方法是通過對施工圖紙進行分析計算，得到待測設點的相應坐標、標高及軸線位置等數據，然后將待測設點的相應坐標、標高及角度等信息導入水準儀、經緯儀和全站儀等測量儀器，最終實現測量放樣定位。然而這種測量放樣方法工程量大、測量效率低下，尤其對于結構形式復雜的異形建（構）筑物，傳統的測量方法更是力不從心。隨著我國建筑技術的不斷發展，BIM技術雖然進入中國不過短短十幾年的時間，卻已經深刻地影響到國內建筑行業的幾乎所有從業人員，它已經引發了一場關乎技術、管理、理念的革命。然而在施工建造階段，如何將經過修改和驗證的三維模型落實到工地現場，真實地體現設計人員的意圖并將BIM數據成果轉換為指導現場施工，則配套的智能放樣及測量施工技術已是亟需解決。

關鍵詞：BIM技術;放線機器人;智能測量放樣;多功能集成放樣

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

1 工程概況

重慶約克北郡商業項目位于重慶市兩江新區，總建筑面積約43萬m2，包括4層地下車庫、6層商業裙樓和兩棟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、環球佳肴、室內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旗艦標志性建筑。該項目裙樓外立面和中庭區域的結構形式為曲面弧形結構，地下室頂板至裙樓屋頂范圍設計有西南首例的超大型異形曲面空間鋼結構玻璃幕墻植物園，施工放樣測量難度系數極大。

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模型導入、放樣機器人測站設定、模型測量點設置、放樣測量和數據導出及應用等。

3 測量放樣施工方法

3.1 BIM模型建立

應用BIM根據施工圖紙建立結構、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放樣參數信息完整有效。創建BIM模型應采用符合現行建模標準進行繪制，并需確保各專業模型的坐標、標高、軸網等信息與設計圖紙一致，以及根據測量放樣實際需求添加必要的相關特征點參數信息。建立BIM模型的過程中，宜按分樓層、分專業、分區域等方式完成BIM模型創建。

3.2 BIM模型導入

BIM模型按照設計圖紙創建完成后，首先需將該BIM模型轉換為放樣機器人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軟件實現打開、查看，并做旋轉、縮放BIM模型等操作，即可開始現場放樣測量工作，如圖2所示。

3.3 放樣機器人測站設定

應用放樣機器人進行放樣測量時，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行測站設定，現場可根據情況進行自由選擇設站方式。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行粗略對中，再按下自動整平按鈕進行精確整平。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行整平，如果自動整平存在誤差，可手動調整水平螺旋輔助調平，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 模型測量點設置

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

對于習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建點。然后將模型和點一起導入手簿，測量操作人員可以從手簿上同時查看點和模型。如果在現場操作時發現計算機上創建的點有遺漏，則測量操作人員通過在手簿的模型上捕捉創建點，直至點的數量符合現場需要為止。

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立成功后便可進行放樣點坐標的添加，添加放樣點坐標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以及直接從列表中選擇放樣點坐標。

3.5.2 開始放樣

放樣點坐標添加成功后便可以進行測量放樣，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行智能放樣更具有優越性。通過在手簿上的點列表中選擇目標點，在免棱鏡的激光模式下，點擊“瞄準”則放樣機器人自動轉動，照準目標位置，在目標處顯示高亮的激光點，工人在光點處做標記，即完成放樣操作，如圖5、6所示。

3.6 數據導出及應用

3.6.1 放樣數據導出

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

3.6.2 設計模型復核及更新

根據放樣結束后導出的測量放樣成果，包括點、線目標，通過放樣機器人自帶的插件可再次導入AutoCAD或Revit模型中，用于對比實際放線和理論放線的誤差，并將相關誤差更新至BIM模型中，保證模型與現場一致，確保各專業間深化設計與現場一致。

4 質量控制措施

（1）用于放線的BIM模型必須精準無誤，否則將對放線結果造成嚴重影響。（2）定期檢測維護放樣機器人主機馬達，放樣機器人主機驅動馬達與水平度盤同軸，直接帶動整機旋轉，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，解決了長時間連續作業后測量精度降低的風險。（3）由于放樣機器人采用激光投射目標點，則儀器基準站的選擇應無大面積遮擋，應選擇較為空曠的場地。以及本放樣機器人儀器為通過外業平板電腦手簿進行操作測設，則需避開無線電干擾，確保周圍沒有干擾源，基準站點位應選擇在較為空曠區域。（4）測量人員需特別注意對測量儀器的保護，規范操作，架設好基準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行定期校正檢驗，并需嚴格按照使用說明書的指導方法進行測量放樣。

5 安全控制措施

（1）測量人員進入施工現場需正確佩戴安全帽，臨邊作業必須系好安全帶，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。（3）測量人員必須拿穩儀器，防止儀器墜落。（4）施測前應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）當儀器出現故障時，不得強行操作儀器，需立即查明原因或送檢。

6 結語

本工程應用BIM技術根據施工圖紙建立結構、建筑、機電管線等設計模型。再將建立的BIM設計模型直接導入放樣機器人的手簿設備上，并通過在手簿上點擊捕捉的方式創建點目標，然后測量操作人員只要點擊該點目標，放樣機器人將自動旋轉直接照準該點，這樣就可以將目標點放樣到實地，省略了人工計算、手動輸入的環節，并且簡化了作業流程，提高了作業效率，而由于人工干預少，杜絕了計算錯誤和輸入錯誤的機會，保證了放樣結果的正確性。適用于應用BIM技術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設施類項目的測量工作，尤其適用于大型場館、商業綜合體項目和基礎設施類項目的較復雜測量工作，為建筑業工程智能化測量放樣積累了豐富的實踐經驗。

參考文獻

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