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1、(10)申请公布号 CN 103745026 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103745026 A (21)申请号 201310625036.4 (22)申请日 2013.11.27 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 上海国际航运服务中心开发有限公 司 地址 200000 上海市虹口区杨树浦路 18 号 1005 室 申请人 上海建瓴工程咨询有限公司 (72)发明人 傅瑜 吴鹏程 陆小青 杨靖培 蒋迪 赵渊 邵宇钦 刘炜 付心建 龙海永 (74)专利代理机构 北京连和连知识产权代理有 限公司 11278 代理人 王光辉 (54) 发明名称 用于水工构。
2、筑物的预埋件的定位装置及安装 方法 (57) 摘要 本发明公开一种用于水工构筑物的预埋件的 定位装置， 其特征在于， 包括 ： 三维扫描仪， 用于 探测一预埋件及毗邻所述预埋件的门槽的几何结 构 ； 数据库， 用于存储若干预埋件三维图形及对 应的生产工艺数据及组装工艺数据 ； 处理模块， 该处理模块与该数据库与该三维扫描仪连接， 该 处理模块根据该预埋件的几何结构查找该数据库 中所匹配的预埋件三维图形， 并判断该预埋件的 几何结构与该生产工艺数据的差值， 根据比较后 差值判断该预埋件是否合格 ； 输出模块， 该输出 模块根据该处理模块的判断结果输出对应的组装 工艺数据。 (51)Int.Cl.。
3、 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103745026 A CN 103745026 A 1/1 页 2 1. 一种用于水工构筑物的预埋件的定位装置， 其特征在于， 包括 ： 一三维扫描仪， 用于探测一预埋件及毗邻所述预埋件的门槽的几何结构 ； 一数据库， 用于存储若干预埋件三维图形及对应的生产工艺数据及组装工艺数据 ； 一处理模块， 所述处理模块与所述数据库与所述三维扫描仪连接， 所述处理模块根据 所述预埋件的几何结构查找所述数据库中所匹配的预埋件三维图。
4、形， 并判断所述预埋件的 几何结构与所述生产工艺数据的差值， 根据比较后差值判断所述预埋件是否合格 ； 一输出模块， 所述输出模块根据所述处理模块的判断结果输出对应的组装工艺数据。 2. 如权利要求 1 所述的用于水工构筑物的预埋件的定位装置， 其特征在于， 所述定位 装置还包括一网络， 所述网络为因特网或移动互联网或 WIFI。 3. 如权利要求 2 所述的用于水工构筑物的预埋件的定位装置， 其特征在于， 所述三维 扫描仪通过所述网络与所述处理模块连接。 4. 如权利要求 2 所述的用于水工构筑物的预埋件的定位装置， 其特征在于， 所述输出 模块通过所述网络与所述处理模块连接。 5. 如权利。
5、要求 2 所述的用于水工构筑物的预埋件的定位装置， 其特征在于， 所述输出 模块为一打印机、 液晶显示屏或者一便携式移动设备。 6. 一种用于水工构筑物的预埋件的定位方法， 其特征在于， 包括 ： 探测一现场施工的 预埋件及毗邻所述预埋件的门槽的几何结构 ； 根据所述预埋件的几何结构查找匹配的预埋 件三维图形， 所述预埋件三维图形还包括对应的生产工艺数据及组装工艺数据 ； 并判断所 述预埋件的几何结构与所述生产工艺数据的差值， 根据比较后差值判断所述预埋件是否合 格 ； 根据差值和所述组装工艺数据输出一修正后的组装工艺数据。 权 利 要 求 书 CN 103745026 A 2 1/5 页 3。
6、 用于水工构筑物的预埋件的定位装置及安装方法 技术领域 0001 本发明涉及一种建筑信息加工及处理技术 , 尤其涉及一种用于水工构筑物的预 埋件的定位装置及安装方法。 背景技术 0002 预埋件在工业建筑中有着广泛的应用， 主要用来固定和连接一些大型设备， 以及 对一些混凝土平台的边缘进行加固保护。由于预埋件在固定设备时具有可承受力大、 定位 牢固的优点， 故， 预埋件被广泛运用于大型的冶金建筑、 水工结构中。在工业建筑的设计过 程中， 土建设计人员将预埋件按照要求在混凝土的模板图中表示， 土建施工单位按照土建 设计图纸的要求将预埋件加工后安放在混凝土中， 用来固定和连接各种设备。由于预埋件 。
7、的数量多、 规格多、 位置要求准确， 因此预埋件的设计和施工的工作量均非常巨大。另一方 面 , 用于水工构筑物的预埋件的制造及安装工艺不同于一般的工民建工程。与一般的工民 建工程相比较而言， 其特殊性在于， 水工构筑物本身具有大量的金属结构件 ； 典型的水工构 筑物如闸门的埋件的常规工艺是二期混凝土浇筑 ； 水工工程的精度要求精确到 1 至 5mm 之 间 ； 水工工程的止水要求非常高 ； 并且水工构筑物通常构筑及操作空间狭小。这些都与预 埋件的设计、 制作、 安装、 调试、 维护有着密切的关联。 0003 现有技术中为解决预埋件的设计施工问题， 通常的解决方案是利用二维工程图来 设计、 制作。
8、及安装预埋件。 由于二维工程图不够直观， 设计施工人员读图费力， 且容易出错， 不利于设计中图纸的校对。再次， 在设计、 安装预埋件的过程中有很多相同类型的预埋件， 很多时候它们形状尺寸完全相同或者只是在尺寸上面有所差异， 却需要对这些预埋件一一 设计， 造成大量的重复劳动， 导致设计周期的延长， 设计成本提高。 发明内容 0004 为了克服现有技术中存在的缺陷， 本发明提供一种用于水工构筑物的预埋件的定 位装置及安装方法， 能够针对各个预埋件的实际工艺参数提供更为精确地安装方式。 0005 为了实现上述发明目的， 本发明公开一种用于水工构筑物的预埋件的定位装置， 其特征在于， 包括 ： 三维。
9、扫描仪， 用于探测一预埋件及毗邻所述预埋件的门槽的几何结构 ； 数据库， 用于存储若干预埋件三维图形及对应的生产工艺数据及组装工艺数据 ； 处理模块， 该处理模块与该数据库与该三维扫描仪连接， 该处理模块根据该预埋件的几何结构查找该 数据库中所匹配的预埋件三维图形， 并判断该预埋件的几何结构与该生产工艺数据的差 值， 根据比较后差值判断该预埋件是否合格 ； 输出模块， 该输出模块根据该处理模块的判断 结果输出对应的组装工艺数据。 0006 更进一步地， 该定位装置还包括一网络， 该网络为因特网或移动互联网或 WIFI。 0007 更进一步地， 该三维扫描仪通过该网络与该处理模块连接。该输出模块。
10、通过该网 络与该处理模块连接。 0008 更进一步地， 该输出模块为一打印机、 液晶显示屏或者一便携式移动设备。 说 明 书 CN 103745026 A 3 2/5 页 4 0009 本发明还公开一种用于水工构筑物的预埋件的定位方法， 包括 ： 探测一现场施工 的预埋件及毗邻所述预埋件的门槽的几何结构 ； 根据该预埋件的几何结构查找匹配的预埋 件三维图形， 该预埋件三维图形还包括对应的生产工艺数据及组装工艺数据 ； 并判断该预 埋件的几何结构与该生产工艺数据的差值， 根据比较后差值判断该预埋件是否合格 ； 根据 差值和该组装工艺数据输出一修正后的组装工艺数据。 0010 与现有技术相比较， 。
11、本发明所提供的用于水工构筑物的预埋件的定位装置和方 法， 能根据加工工艺中出现的误差， 实时调整施工方式， 并可以将现场施工和后台数据匹配 有效结合在一起， 提高了传统施工工艺中的精确性， 避免了因部分加工缺陷所导致的安装 精度差， 运营期间维护及更换不及时或不匹配等问题。 附图说明 0011 关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了 解。 0012 图 1 是基于水工构筑物的预埋件三维图像生成系统的整体示意图 ； 0013 图 2 是基于水工构筑物的预埋件三维图像生成流程图 ; 0014 图 3 是基于水工构筑物的预埋件的定位装置的结构示意图。 具体实施方式 00。
12、15 下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。 0016 本发明的目的在于提供一种针对水工构筑物的预埋件的定位装置及安装方法， 能 根据加工工艺中出现的误差， 实时调整施工方式， 并可以将现场施工和后台数据匹配有效 结合在一起， 提高了传统施工工艺中的精确性， 避免了因部分加工缺陷所导致的安装精度 差， 运营期间维护及更换不及时或不匹配等问题。 0017 如图 1 所示， 图 1 是本发明所涉及的用于水工结构的预埋件的全生命周期处理系 统的结构示意图。 该系统包括一三维图形生成装置10， 该三维图形生成装置10根据预埋件 的输入参数生成三维图形 20、 生产工序数据 21 和组装工序数据 22。
13、。 0018 水工结构中所使用的预埋件可以分为不同种类， 如 ： 预埋件角钢、 预埋件螺栓、 预 埋件钢板以及其他类型的预埋件。每一类预埋件又可以分为若干不同型号的预埋件。同一 种类但不同型号的预埋件往往是结构完全相同或者拓扑结构完全相同只是在尺寸上面稍 有差异。不同的预埋件其输入的参数包括类型、 尺寸和约束条件后生成一三维图形 20。进 一步进行拓扑约束、 尺寸约束和工程驱动约束参数的定义后可以生成生产工序数据 21 和 组装工序数据 22。 0019 该系统还包括一序号生成装置 11， 该序号生成装置 11 至少可以生成由物料清单 或水工预埋件标准编码或一二维扫描码组成的序号23。 该序号。
14、23与三维图形20唯一相关， 这意味着不同类型、 尺寸和约束条件下的预埋件在生成一特定三维图形 20 时， 还具有一唯 一的序号 23。 0020 以物料清单为例， 在水工结构设备制造、 施工、 监理过程中， 可以通过物料清单实 现工程造价、 总量的统计， 实现原材料进货和库存控制， 制作质量的控制， 有助于在设备制 造、 施工、 监理过程减少工作量， 提高工程进度。在生成的流水码中可以采用水工预埋件标 说 明 书 CN 103745026 A 4 3/5 页 5 准编码技术， 通过设计水工预埋件标准编码， 在技术应用的各个环节唯一标识每个预埋件 个体。 与此同时， 该序号还可以是二维扫描码，。
15、 通过在生产制造完成预埋件上设置一二维扫 码可以实现项目各阶段甚至包括运输、 场地堆放过程的追踪。 0021 该系统还包括一定位装置 12， 用于在预埋件施工环节实现安装精度的控制。该定 位装置根据该三维图形的生产工序数据和组装工序数据以及该序号确定该预埋件的安装 位置 13。 0022 图 2 是本发明所涉及的针对水工构筑物的预埋件的三维图形生成装置的流程图。 0023 如图 2 中所示， 首先， 根据预埋件的功能作用、 安装方式、 安装精度要求等要素对 预埋件进行分类， 例如一期预埋件， 二期预埋件 201。由于典型的水工构筑物如闸门的埋件 的常规工艺是二期混凝土浇筑， 通常也可以使用一期。
16、混凝土浇筑。因此预埋件也会按照工 序被相对应地分为一期预埋件， 二期预埋件。由于一期混凝土浇筑工艺和二期混凝土浇筑 工艺的施工过程不同， 对预埋件的工艺要求也不同， 因此在进行三维建模前必须将待建模 预埋件按照施工工艺的差别， 分类为一期预埋件， 二期预埋件。 0024 将分好类的预埋件模型进行拆分以形成基础构件 202。因为预埋件模型是通过更 小的构件组合拼装组成的， 例如角钢， 箍筋， 钢板， 螺栓等。 这是预埋件能够进行进一步拆分 的工程物理基础。 即使是类似于螺栓构件， 根据结构的不同还可以进一步划分为直埋螺栓、 预留孔螺栓、 调整孔螺栓、 钻孔螺栓、 套筒螺栓等， 直到拆分成最为基础。
17、的基础构件。 将拆分 得到基本构件进行分类， 形成基础构件库目录。 0025 再次， 根据图纸给出参数和设计的性能要求， 对基础构件借助先进的软件实现三 维建模， 并加入构件信息， 形成技术构件库203。 实体模型参数建模技术， 是实现基础构件库 的基础技术之一， 通过参数、 组合参数的控制， 可以在一个模型中实现多个造型尺寸的模型 变化， 从而极大降低基础模型库的大小， 同时也降低三维图形生成工作量。 0026 根据已经拆分而成的基础构件， 对该预埋件的基础构件进行三维参数化模型建 立。 依据各个预埋件的拓扑结构、 关键尺寸、 拓扑结构与关键尺寸之间的联系建立预埋件的 三维参数化模型。 对于。
18、各个预埋件的三维参数化模型在建立的过程中须注意根据各个实体 之间的相互联系添加一些必要的约束， 比如 ： 共面、 点重合等。 0027 定义预埋件的属性信息。需要定义的预埋件的属性信息包括 ： 确定各个预埋件的 关键尺寸， 设置预埋件的参数化变量并与系统尺寸相互关联， 以及各个相关尺寸之间的关 联 ； 设置预埋件在装配过程中的各个配合实体， 并确定与装配实体之间的配合关系。 在定义 预埋件属性信息时需要同时定义预埋件是属于一期预埋件还是二期预埋件， 并按照两种混 凝土浇筑工艺方式设定不同的约束关系。另外， 由于用于水工构筑物预埋件的精度要求及 止水要求， 还需要定义与预埋件发生作用关系的门槽、。
19、 门槽的二期混凝土及沉降， 门槽上的 金属固定件等。这些信息都将作为与之相关的预埋件属性信息进行定义。 0028 在完成对上述参数模型的建立后， 再进一步对预埋件进行实体造型。实体造型的 过程和其他几何模型的实体造型过程类似， 都必须经历扫掠、 边界表示、 参数化体素、 空间 占领、 分解、 基于特征造型、 参数化造型的一系列步骤。 0029 再次， 根据单个预埋件的图纸， 选取该预埋件所需要所有基础构件类别， 然后统计 每个类别基础构件在该预埋件上需要的数量。接着根据图纸尺寸要求对基础构件进行参 变。最后根据预埋件的三维形体， 借助组合， 阵列， 放样， 扫掠等三维造型拼装技术， 实现单 说。
20、 明 书 CN 103745026 A 5 4/5 页 6 个预埋件的生成 304。 0030 由于该预埋件三维建模的最终目的是为了实现生产与混凝安装， 因此在生成单个 预埋件三维模型的生产后还必须同时生成一生产工序数据和一组装工序数据。 根据设计要 求对线长度超过设计要求的预埋件进行分段。利用一编码系统对所有预埋件、 分段预埋件 进行编码， 将编码信息也加入到预埋件三维图像库。 0031 编码的方式可以采用序列号、 条形码或二维码。以下将介绍一种编码方式的实施 例， 但是实际编码过程可以不以此为限。 0032 首先， 其每个预埋件的基本编码形式为 ：“ X- X- X- X” 。第 一组的一。
21、到五位数字为对应设备编号， 用设备名称汉语拼音的第一个大写字母表示， 其位 数不定长。 0033 例如 ： 0034 外检修门 =WJXM ； 0035 外闸门 =WZM ； 开启桥 =KQQ ； 栏杆、 =LG ； 爬梯 =PT ； 0036 排水泵 （潜水轴流泵） =PSB。 0037 然后， 第二组的数字为对应功能编号， 用对应功能汉语拼音的第一个大写字母表 示。其位数不定长。 0038 例如 ： 0039 ZS= 止水 ； ZC= 支撑。 0040 接着， 第三组的一到三位数字为对应位置的编号， 用对应位置汉语拼音的第一个 大写字母表示。 0041 例如 ： 0042 中 M 0043。
22、 顶 T 0044 底 B 0045 东 E 0046 南 S 0047 西 W 0048 北 N。 0049 最后第四组的一到两位数字为同类预埋件的区分序列号， 从 1 开始计数。上述是 一种较佳的四组编码的方式。本领域技术人员应该知道， 还可以包括第五组编码。第五组 是可选的。表示一组完全相同预埋件的编号。前面的数字表示当前数， 中间接符号 “/” ， 后 面表示总数。例如， 1/4， 1/5。当前数的编码按照 “竖直埋件从下到上的顺序 ； 水平埋件面 向正北方向从左到右的顺序” 的规则。 0050 基于上述编码规则， 每个预埋件对应唯一的一个编码， 上述编码信息中又包含了 该预埋件的工程。
23、信息。 0051 最后， 在整体船闸的水工构筑物模型中逐个放置预埋件三维图像， 完成整体模型 中的预埋件部分的模型生成305。 在本实施方式中， 将若干个预埋件三维模型组装成一个整 体的三维模型， 可以通过确定一系列形状尺寸关系式来确定一个零件的位置和形状尺寸， 然后系统通过重构生成新的零件三维模型。也可以根据已经定义的三维模型参数， 系统自 说 明 书 CN 103745026 A 6 5/5 页 7 动匹配的方式帮助完成整体三维模型。 0052 在构建预埋件参数化模板的基础上， 在预埋件装配或安装工程中， 只需要输入所 需的参数化信息、 建筑结构模型中配合的几何实体 （如与预埋件发生作用关。
24、系的门槽， 门槽 的二期混凝土及沉降， 门槽上的金属固定件等。 预埋件装配特征可以分为两类， 分别是基于 预埋件库的特征和基于特征的预埋件特征。基于于预埋件库的特征分为角钢特征、 螺栓特 征和钢板特征， 分别用来安装从预埋件模板库中选择的角钢、 螺栓和钢板 ； 基于特征的特征 分为镜像特征、 阵列特征和复制特征， 分别用于镜像、 阵列和复制已经安装的预埋件， 主要 用于安装螺栓和钢板这类在空间位置上按规律分布的预埋件。在上述预埋件中， 角钢通常 用来保护结构边， 其长度和位置取决于所保护结构边的长度和位置。 0053 预埋件的具体装配步骤包括 ： 首先选择要装配的预埋件 ； 如果选取的是角钢，。
25、 则 首先确定装配方式， 然后确定安装的结构边， 系统将自动求出结构边的长度和夹角， 并确定 角钢的长度和位置， 根据需要还可以调整角钢的基准面， 这样就完成了一个角钢的装配 ； 如 果选取的不是角钢而是其它种类的预埋件， 则首先选定装配方式， 然后确定装配体上的各 个配合元素， 接着确定各个定位参数和预埋件的形状参数， 这样就完成了该预埋件的装配。 0054 图 3 是本发明所涉及的用于水工构筑物的预埋件的定位装置的结构示意图。如 图 3 所示， 该定位装置包括三维扫描仪 301， 用于探测一预埋件及毗邻所述预埋件的门槽的 几何结构。由于水工构筑物的预埋件的制造及安装工艺不同于一般的工民建工。
26、程。与一般 的工民建工程相比较而言， 其特殊性在于， 水工构筑物本身具有大量的金属结构件 ； 典型的 水工构筑物如闸门的埋件的常规工艺是二期混凝土浇筑 ； 水工工程的精度要求精确到 1 至 5mm 之间 ； 水工工程的止水要求非常高 ； 并且水工构筑物通常构筑及操作空间狭小。因此， 除了需要探测预埋件的几何结构外还需要进一步探测跟预埋件发生作用关系的门槽， 门槽 的二期混凝土及沉降， 门槽上的金属固定件等。这样才能在狭小的空间中实现预埋件安装 的精度及止水要求。 0055 数据库 303， 用于存储若干预埋件三维图形及对应的生产工艺数据及组装工艺数 据 ； 处理模块 304， 处理模块与所述数。
27、据库与所述三维扫描仪连接， 所述处理模块根据所述 预埋件的几何结构查找所述数据库中所匹配的预埋件三维图形， 并判断所述预埋件的几 何结构与所述生产工艺数据的差值， 根据比较后差值判断所述预埋件是否合格 ； 输出模块 302， 所述输出模块根据所述处理模块的判断结果输出对应的组装工艺数据。 该装置还包括 一网络 305， 所述网络为因特网或移动互联网或 WIFI。在本实施方式中输出模块 302 可以 为一打印机、 液晶显示屏或者一便携式移动设备。施工人员可以在施工现场通过三维扫描 仪 301 对已经加工完成的预埋件进行扫描， 通过网络 305 把三维扫描仪的数据传到后台服 务器， 该服务器中包括。
28、一处理器 304 和数据库 303， 比对现场数据和建模时数据是否一致， 若不一致， 是否在可调整偏差范围内。若不在可调整偏差范围内， 则该预埋件属于不合格 品。 根据服务器中已经存储的预埋件的安装数据， 以及实测的误差数据， 生成一现场施工安 装数据。 0056 本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例， 以上实施例仅用以说明本发明 的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、 推理 或者有限的实验可以得到的技术方案， 皆应在本发明的范围之内。 说 明 书 CN 103745026 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103745026 A 8 。