RTS放樣機器人在鋼結(jié)構(gòu)測量工程中的應(yīng)用

RTS放樣機器人在鋼結(jié)構(gòu)測量工程中的應(yīng)用曹啟光,韓立柱(2.北京建誼建筑工程有限公司,北京市100068)摘要:鋼結(jié)構(gòu)工程作為國家倡導(dǎo)的綠色建筑，在近幾年來越來越多的應(yīng)用到建筑中。在鋼構(gòu)件安裝過程中，經(jīng)常面臨著一些較為復(fù)雜的節(jié)點構(gòu)造和多樣的結(jié)構(gòu)外形，再加上鋼構(gòu)件數(shù)量眾多且對安裝精度要求高，鋼結(jié)構(gòu)施工測量成為影響安裝進度及安裝質(zhì)量的重要一環(huán)。隨著建筑工程BIM技術(shù)及計算機儀器科技的不斷發(fā)展，TrimbleRTS機器人全站儀成為裝配式鋼結(jié)構(gòu)工程中重要的BIM解決方案。使用AutodeskRevit、Tekla等BIM建模軟件建立3D模型，通過RTS機器人全站儀的3D模型化施工放樣能夠在施工坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)把3D模型數(shù)據(jù)精確放樣。關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)；施工測量；RTS機器人全站儀；放樣；BIM技術(shù)；3D模型Abstract：Asthecountryadvocatedgreenbuilding,theassemblyofsteelworksaremoreandmoreapplicationstomodernarchitectureinrecentyears.Wheninstallingsteelmembers,weoftenfacedwithsomeofthemorecomplexnodestructureandavarietyofstructuralappearance.Inaddition,itneedsalargenumberofsteelcomponentsandhighinstallationaccuracyrequirements.Steelconstructionmeasurementbecomesanimportantpartoftheinstallationprogressandinstallationquality.WiththeconstructionofBIMtechnologyandcomputerequipmenttechnologycontinuestodevelop,TrimbleRTSrobottotalstationbecomesanimportantBIMsolutionforfabricatedsteelworks.Wecreate3DmodelsusingBIMmodelingsoftwaresuchasAutodeskRevit,Tekla,the3DmodeledconstructionoftheRTSrobottotalstationallowsthe3Dmodeldatatobestakedoutintheconstructioncoordinatesystem.Keywords：steelstructure;Constructionsurvey;RTSrobottotalstation;Lofting;BuildingInformationModelingtechnology；3Dmodel1施工放樣技術(shù)的演變與發(fā)展[1]（1）傳統(tǒng)方式的工程測量利用光學(xué)經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等常用儀器和工具，用于測量點的平面位置和高程點的平面位置。它是工程施工放樣技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的工程施工放樣中，由于測量距離較長或地形復(fù)雜，使用鋼卷尺測量水平距離的準(zhǔn)確性很難保證。而圓曲線或曲線的施工放樣更為復(fù)雜，其測設(shè)大多采用偏角法和切線支距法。這些方法很容易產(chǎn)生累計誤差，不僅會有大量內(nèi)業(yè)計算，而且還會受地形限制，放樣速度慢，精度低。（2）全站儀坐標(biāo)放樣為主的階段[2]隨著全站儀的出現(xiàn)，坐標(biāo)放樣方法與經(jīng)緯儀的施工放樣方法相比，其優(yōu)勢是顯而易見的。它使得放樣過程簡化，不需做任何放樣數(shù)據(jù)計算，精度提高，且不受地形的限制。但是，面臨建筑施工過程中現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，全站儀坐標(biāo)放樣往往需要反復(fù)移動目標(biāo)，至少需要2人-3人參與操作，施工效率有待進一步提高。（3）利用rtk技術(shù)來放樣的階段rtk技術(shù)是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它可以提供實時測站點在指定坐標(biāo)系的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在作用模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將觀察值和測站坐標(biāo)信息傳送到流動站。rtk技術(shù)使施工放樣有了突破性發(fā)展，不僅克服了傳統(tǒng)放樣方法和坐標(biāo)放樣方法的劣勢，而且具有觀測時間短、精度高、無需通視、即時給出精確坐標(biāo)等優(yōu)點。（4）BIM技術(shù)引領(lǐng)下智能放樣技術(shù)的發(fā)展趨勢[3]隨著近年來BIM技術(shù)的發(fā)展，在虛擬建造過程中，使用BIM建模軟件對建筑物建立全信息3D模型。使得建筑物每一個構(gòu)件的點都具有其唯一的三維坐標(biāo)。RTS機器人全站儀的3D模型化施工放樣能夠在施工坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)把3D模型數(shù)據(jù)精確的放樣?；诰_的3D模型的放樣不僅可以提高放樣精度，而且可以提高放樣的工作效率，更好的對工地全局更好的觀測和把握，放樣點、線、弧等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，單獨選取在圖紙中任意想要防線的點，有效避免錯誤造成的返工，提高施工效率，節(jié)約工期成本。3D模型數(shù)據(jù)精準(zhǔn)放樣，將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的坐標(biāo)放樣方式，成為未來智能建筑的發(fā)展方向。2鋼結(jié)構(gòu)工程施工放樣面臨的問題及研究意義[4]隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，裝配式建筑成為未來發(fā)展的趨勢。而鋼結(jié)構(gòu)建筑作為綠色建筑，區(qū)別于PC裝配式建筑與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，其構(gòu)件數(shù)量眾多，而且允許誤差范圍較小，整體性較強，測量校核困難，使得承包商面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。再加上設(shè)計日益復(fù)雜，多種曲面及非常規(guī)角度墻面，無疑增加了施工測量的難度。另外，嚴(yán)格的施工進度安排使得施工作業(yè)需要24小時連續(xù)進行。因此，對施工測量放樣工作帶來的壓力也越來越大。為此，我們對TrimbleRTS放樣機器人在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用進行研究，旨在借助TrimbleRTS放樣機器人這一新型放樣儀器，解決上述問題。從而實現(xiàn)施工測量放樣觀測時間短、精度高、可視性強的目標(biāo)，以提高施工效率，節(jié)約工期成本。3TrimbleRTS放樣機器人系統(tǒng)組成及特點（1）TrimbleRTS機器人全站儀序號系統(tǒng)名稱特點/用途優(yōu)點1免棱鏡測距測量工地要素時，直接測量任何物體或表面1、安全：無需在有危險的地點放置目標(biāo)來測量；可以從安全的地方遠(yuǎn)程測量混雜環(huán)境的地點。2、效率高：單人測量點無需在2個測量點之間來回跑動；且能測量無法安裝目標(biāo)的地點2磁浮系統(tǒng)1、每秒轉(zhuǎn)速高達(dá)115度2、轉(zhuǎn)動非常平穩(wěn)3、無限制的慢轉(zhuǎn)速1、非?？焖俸涂煽?，對于短距離工程放樣測量非常理想。2、減少極端追蹤環(huán)境下的棱鏡丟失，短距離，高轉(zhuǎn)速，大高程差。3追蹤光1、指示儀器指向的位置方向2、使用放樣來指示需要的線3、在拓?fù)渚W(wǎng)指示當(dāng)前線1、短時間內(nèi)找到放樣的線。2、在追蹤目標(biāo)丟失后短時間搜索到目標(biāo)。3、快速指示拿棱鏡桿人員儀器已經(jīng)鎖定的棱鏡。4光學(xué)對中器光學(xué)對中1、方便設(shè)定已知站點2、方便檢查對中5智能電池系統(tǒng)1、鋰電池2、安置在儀器電池卡盒3、電池電量指示1、電量長，可連續(xù)使用6h，典型的一天放樣工時。2、可快速檢查電池電量。6電池充電系統(tǒng)循環(huán)充電1、充電器可連續(xù)充5個電池。2、支持全站儀和外接電臺電池混合。7液晶顯示屏1、在開始顯示水平電子氣泡2、設(shè)定電臺頻道和ID無需TFL來實行檢查和校準(zhǔn)，設(shè)定和整平（2）平板電腦1）特點1為現(xiàn)場使用量身定做的工業(yè)級設(shè)計，后側(cè)設(shè)置托架及手寫筆槽，使用舒適2電池壽命高3電容觸摸屏（多點觸控）4頂級顯示屏，強光下可讀5具有與全站儀一體化的2.4GHz電臺6具有攝像頭和閃光燈，可現(xiàn)場拍照2）規(guī)格參數(shù)操作系統(tǒng)Windows7專業(yè)版(32-位)處理器DualCore1.6GHzIntelAtomN2600Cedar跟蹤處理器內(nèi)存4GB存儲128GB固態(tài)驅(qū)動器顯示屏增強了強光可讀性,頂級,電容觸摸屏無線藍(lán)牙Wi-FiAlliancecertified802.11b/g/n連接3.5mmheadphone/microphonejack,(2)USBhosts,HDMI,dockingstation,GPSantenna,power相機Autofocus5MPcamerawithflash(photo&video)定位2-4mGPS/WAAS/SBAS,加速計，電子羅盤電池xxxxx等級IP65,質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)106G4RTS機器人全站儀智能放樣[5]4.1智能放樣的組成及步驟（1）設(shè)計模型（2D/3D）：CAD&Revit&SU&Tekla等模型，IFC格式的模型。（2）桌面軟件抓點：LM80桌面軟件（目標(biāo)文件為平面圖*.dwg）；TrimblePointCreator桌面軟件(目標(biāo)文件為三維模型，以下縮寫TPC)。（3）控制器操作放樣點：LM80放樣軟件；TrimbleFieldLink放樣軟件（以下縮寫TFL）。（4）全站儀自動放樣：RTS633/773/873機器人全站儀。4.2基于revit的TPC抓點軟件使用流程[6]（1）在revit中安裝TPC插件。（2）從revit打開模型數(shù)據(jù)。（3）從revit中導(dǎo)出DXF模型數(shù)據(jù)。（4）利用TPC插件，在revit中設(shè)置TPC。（5）在revit中進行放樣點單點標(biāo)注及批量標(biāo)注。（6）從revit導(dǎo)出放樣點。4.3智能放樣流程（1）使用LM80對儀器進行控制放樣進入LM80系統(tǒng)→連接→創(chuàng)建任務(wù)（打開導(dǎo)入的圖形）→放樣→設(shè)站（已知點設(shè)站、未知點設(shè)站）→對抓出的點進行放樣→放樣及偏移報告的導(dǎo)出→數(shù)據(jù)返回到圖形（2）使用TFL對儀器進行控制放樣點擊打開TFL放樣軟件→打開控制面板進行儀器連接→設(shè)定基本設(shè)置→創(chuàng)建任務(wù)→導(dǎo)入已抓好點的圖紙、模型→點擊放樣進行設(shè)站→編輯放樣點列表進行放樣→導(dǎo)出放樣、偏移報告5RTS機器人全站儀在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用[7]5.1施工放樣流程圖5.2鋼結(jié)構(gòu)Tekla模型取點導(dǎo)入BIM放樣機器人（1）打開Tekla模型（2）Ctrl+F調(diào)取組件目錄（3）下拉菜單選取插件，后選擇布置點，或布置線（4）設(shè)置好點線尺寸形狀顏色等信息點擊確認(rèn)，應(yīng)用（5）抓取需要放樣的點（6）輸出放樣點（7）點擊輸出，選擇需要輸出點格式（輸出下拉菜單中選取后綴為TFL的文件），選擇輸出路徑及命名，以及選取背景文件，然后輸出（輸出點文件前將Tekla模型輸出一個DWG的文件、選取地圖文件將輸出DWG文件選中）（8）將輸出的兩個文件導(dǎo)入平板電腦當(dāng)中進行點放樣操作5.3現(xiàn)場施工放樣（1）根據(jù)現(xiàn)場條件，選擇已知點或者未知點設(shè)站。（2）運行Trimble軟件,與全站儀無線連接。（3）利用平板電腦調(diào)平設(shè)備。（4）在鋼構(gòu)件上設(shè)置放樣點靶標(biāo)。（5）選取2個控制點，機器人全站儀自動追蹤控制點進行放樣，設(shè)站完成。（6）選擇放樣點及位置，全站儀自動追蹤，進行放樣。（7）紅外線通過靶標(biāo)反射回全站儀，顯示安裝誤差。（8）根據(jù)偏差值對鋼構(gòu)件進行調(diào)整，全站儀進行實時追蹤，至誤差允許范圍內(nèi)。6RTS機器人全站儀的優(yōu)勢（1）精確度高：儀器測角精度為3″，測距精度為±2mm+2ppm。（2）操作簡單，工作效率高：利用傳統(tǒng)方法進行鋼柱鋼梁測量放樣及校核需要5名工人，工作2個小時。使用RTS放樣機器人靶標(biāo)模式進行放樣，只需要1名工人，工作15分鐘即可完成。提高了工作效率4-5倍。（3）設(shè)立站點少，減少了移動平臺等機具占用的時間。（4）自動生成測量報告，無內(nèi)業(yè)計算過程。（5）受現(xiàn)場環(huán)境影響小。（6）自動追蹤，可迅速找到放樣點，進行實時放樣檢查。（7）放樣的同時，可以記錄現(xiàn)場的放樣點，將數(shù)據(jù)返回原來的BIM模型，將施工現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)和設(shè)計數(shù)據(jù)做比對，進行誤差分析。（8）具有模型查看功能，三維透視模型，可視化強（9）在工地現(xiàn)場可實現(xiàn)多點管理，實現(xiàn)深化設(shè)計與現(xiàn)場施工的無縫連接。7應(yīng)用前景分析天寶RTS測量機器人是一種全自動高精度的、具有世界領(lǐng)先水平的一種全站儀。它有世界上最好的數(shù)據(jù)采集器和放樣軟件，無需目鏡，直接運用手簿（平板電腦）操作，能將CAD平面坐標(biāo)圖，三維坐標(biāo)圖，BIM模型（建筑信息模型）導(dǎo)入手簿中，進而通過儀器進行放樣。大大提高放樣精度及工作效率。實踐證明，RTS放樣機器人在現(xiàn)場使用過程中的成效是顯而易見的。除有效解決工程難題外，其具有顯著經(jīng)濟和社會效益，更為工程測量創(chuàng)新提供了一個技術(shù)手段。通過該儀器的應(yīng)用推廣能有效促進工程施工BIM技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，為同類項目施工提供寶貴的經(jīng)驗和可靠的依據(jù)，可做為BIM+鋼結(jié)構(gòu)工程實施的一項解決方案，能夠促進裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的質(zhì)量提升及行業(yè)發(fā)展，綜合提高國內(nèi)建筑施工的技術(shù)水平。參考文