RTS放样机器人在钢结构测量工程中的应用

RTS放样机器人在钢结构测量工程中的应用曹启光,韩立柱(2.北京建谊建筑工程有限公司,北京市100068)摘要:钢结构工程作为国家倡导的绿色建筑，在近几年来越来越多的应用到建筑中。在钢构件安装过程中，经常面临着一些较为复杂的节点构造和多样的结构外形，再加上钢构件数量众多且对安装精度要求高，钢结构施工测量成为影响安装进度及安装质量的重要一环。随着建筑工程BIM技术及计算机仪器科技的不断发展，TrimbleRTS机器人全站仪成为装配式钢结构工程中重要的BIM解决方案。使用AutodeskRevit、Tekla等BIM建模软件建立3D模型，通过RTS机器人全站仪的3D模型化施工放样能够在施工坐标系统内把3D模型数据精确放样。关键词:钢结构；施工测量；RTS机器人全站仪；放样；BIM技术；3D模型Abstract：Asthecountryadvocatedgreenbuilding,theassemblyofsteelworksaremoreandmoreapplicationstomodernarchitectureinrecentyears.Wheninstallingsteelmembers,weoftenfacedwithsomeofthemorecomplexnodestructureandavarietyofstructuralappearance.Inaddition,itneedsalargenumberofsteelcomponentsandhighinstallationaccuracyrequirements.Steelconstructionmeasurementbecomesanimportantpartoftheinstallationprogressandinstallationquality.WiththeconstructionofBIMtechnologyandcomputerequipmenttechnologycontinuestodevelop,TrimbleRTSrobottotalstationbecomesanimportantBIMsolutionforfabricatedsteelworks.Wecreate3DmodelsusingBIMmodelingsoftwaresuchasAutodeskRevit,Tekla,the3DmodeledconstructionoftheRTSrobottotalstationallowsthe3Dmodeldatatobestakedoutintheconstructioncoordinatesystem.Keywords：steelstructure;Constructionsurvey;RTSrobottotalstation;Lofting;BuildingInformationModelingtechnology；3Dmodel1施工放样技术的演变与发展[1]（1）传统方式的工程测量利用光学经纬仪、水准仪等常用仪器和工具，用于测量点的平面位置和高程点的平面位置。它是工程施工放样技术发展的基础。在传统的工程施工放样中，由于测量距离较长或地形复杂，使用钢卷尺测量水平距离的准确性很难保证。而圆曲线或曲线的施工放样更为复杂，其测设大多采用偏角法和切线支距法。这些方法很容易产生累计误差，不仅会有大量内业计算，而且还会受地形限制，放样速度慢，精度低。（2）全站仪坐标放样为主的阶段[2]随着全站仪的出现，坐标放样方法与经纬仪的施工放样方法相比，其优势是显而易见的。它使得放样过程简化，不需做任何放样数据计算，精度提高，且不受地形的限制。但是，面临建筑施工过程中现场环境的复杂性，全站仪坐标放样往往需要反复移动目标，至少需要2人-3人参与操作，施工效率有待进一步提高。（3）利用rtk技术来放样的阶段rtk技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它可以提供实时测站点在指定坐标系的三维定位结果，并达到厘米级精度。在作用模式下，基准站通过数据链将观察值和测站坐标信息传送到流动站。rtk技术使施工放样有了突破性发展，不仅克服了传统放样方法和坐标放样方法的劣势，而且具有观测时间短、精度高、无需通视、即时给出精确坐标等优点。（4）BIM技术引领下智能放样技术的发展趋势[3]随着近年来BIM技术的发展，在虚拟建造过程中，使用BIM建模软件对建筑物建立全信息3D模型。使得建筑物每一个构件的点都具有其唯一的三维坐标。RTS机器人全站仪的3D模型化施工放样能够在施工坐标系统内把3D模型数据精确的放样。基于精确的3D模型的放样不仅可以提高放样精度，而且可以提高放样的工作效率，更好的对工地全局更好的观测和把握，放样点、线、弧等复杂结构，单独选取在图纸中任意想要防线的点，有效避免错误造成的返工，提高施工效率，节约工期成本。3D模型数据精准放样，将逐渐代替传统的坐标放样方式，成为未来智能建筑的发展方向。2钢结构工程施工放样面临的问题及研究意义[4]随着建筑业的不断发展，装配式建筑成为未来发展的趋势。而钢结构建筑作为绿色建筑，区别于PC装配式建筑与传统现浇结构，其构件数量众多，而且允许误差范围较小，整体性较强，测量校核困难，使得承包商面临的挑战日益严峻。再加上设计日益复杂，多种曲面及非常规角度墙面，无疑增加了施工测量的难度。另外，严格的施工进度安排使得施工作业需要24小时连续进行。因此，对施工测量放样工作带来的压力也越来越大。为此，我们对TrimbleRTS放样机器人在钢结构工程中的应用进行研究，旨在借助TrimbleRTS放样机器人这一新型放样仪器，解决上述问题。从而实现施工测量放样观测时间短、精度高、可视性强的目标，以提高施工效率，节约工期成本。3TrimbleRTS放样机器人系统组成及特点（1）TrimbleRTS机器人全站仪序号系统名称特点/用途优点1免棱镜测距测量工地要素时，直接测量任何物体或表面1、安全：无需在有危险的地点放置目标来测量；可以从安全的地方远程测量混杂环境的地点。2、效率高：单人测量点无需在2个测量点之间来回跑动；且能测量无法安装目标的地点2磁浮系统1、每秒转速高达115度2、转动非常平稳3、无限制的慢转速1、非常快速和可靠，对于短距离工程放样测量非常理想。2、减少极端追踪环境下的棱镜丢失，短距离，高转速，大高程差。3追踪光1、指示仪器指向的位置方向2、使用放样来指示需要的线3、在拓扑网指示当前线1、短时间内找到放样的线。2、在追踪目标丢失后短时间搜索到目标。3、快速指示拿棱镜杆人员仪器已经锁定的棱镜。4光学对中器光学对中1、方便设定已知站点2、方便检查对中5智能电池系统1、锂电池2、安置在仪器电池卡盒3、电池电量指示1、电量长，可连续使用6h，典型的一天放样工时。2、可快速检查电池电量。6电池充电系统循环充电1、充电器可连续充5个电池。2、支持全站仪和外接电台电池混合。7液晶显示屏1、在开始显示水平电子气泡2、设定电台频道和ID无需TFL来实行检查和校准，设定和整平（2）平板电脑1）特点1为现场使用量身定做的工业级设计，后侧设置托架及手写笔槽，使用舒适2电池寿命高3电容触摸屏（多点触控）4顶级显示屏，强光下可读5具有与全站仪一体化的2.4GHz电台6具有摄像头和闪光灯，可现场拍照2）规格参数操作系统Windows7专业版(32-位)处理器DualCore1.6GHzIntelAtomN2600Cedar跟踪处理器内存4GB存储128GB固态驱动器显示屏增强了强光可读性,顶级,电容触摸屏无线蓝牙Wi-FiAlliancecertified802.11b/g/n连接3.5mmheadphone/microphonejack,(2)USBhosts,HDMI,dockingstation,GPSantenna,power相机Autofocus5MPcamerawithflash(photo&video)定位2-4mGPS/WAAS/SBAS,加速计，电子罗盘电池xxxxx等级IP65,质量标准106G4RTS机器人全站仪智能放样[5]4.1智能放样的组成及步骤（1）设计模型（2D/3D）：CAD&Revit&SU&Tekla等模型，IFC格式的模型。（2）桌面软件抓点：LM80桌面软件（目标文件为平面图*.dwg）；TrimblePointCreator桌面软件(目标文件为三维模型，以下缩写TPC)。（3）控制器操作放样点：LM80放样软件；TrimbleFieldLink放样软件（以下缩写TFL）。（4）全站仪自动放样：RTS633/773/873机器人全站仪。4.2基于revit的TPC抓点软件使用流程[6]（1）在revit中安装TPC插件。（2）从revit打开模型数据。（3）从revit中导出DXF模型数据。（4）利用TPC插件，在revit中设置TPC。（5）在revit中进行放样点单点标注及批量标注。（6）从revit导出放样点。4.3智能放样流程（1）使用LM80对仪器进行控制放样进入LM80系统→连接→创建任务（打开导入的图形）→放样→设站（已知点设站、未知点设站）→对抓出的点进行放样→放样及偏移报告的导出→数据返回到图形（2）使用TFL对仪器进行控制放样点击打开TFL放样软件→打开控制面板进行仪器连接→设定基本设置→创建任务→导入已抓好点的图纸、模型→点击放样进行设站→编辑放样点列表进行放样→导出放样、偏移报告5RTS机器人全站仪在钢结构工程中的应用[7]5.1施工放样流程图5.2钢结构Tekla模型取点导入BIM放样机器人（1）打开Tekla模型（2）Ctrl+F调取组件目录（3）下拉菜单选取插件，后选择布置点，或布置线（4）设置好点线尺寸形状颜色等信息点击确认，应用（5）抓取需要放样的点（6）输出放样点（7）点击输出，选择需要输出点格式（输出下拉菜单中选取后缀为TFL的文件），选择输出路径及命名，以及选取背景文件，然后输出（输出点文件前将Tekla模型输出一个DWG的文件、选取地图文件将输出DWG文件选中）（8）将输出的两个文件导入平板电脑当中进行点放样操作5.3现场施工放样（1）根据现场条件，选择已知点或者未知点设站。（2）运行Trimble软件,与全站仪无线连接。（3）利用平板电脑调平设备。（4）在钢构件上设置放样点靶标。（5）选取2个控制点，机器人全站仪自动追踪控制点进行放样，设站完成。（6）选择放样点及位置，全站仪自动追踪，进行放样。（7）红外线通过靶标反射回全站仪，显示安装误差。（8）根据偏差值对钢构件进行调整，全站仪进行实时追踪，至误差允许范围内。6RTS机器人全站仪的优势（1）精确度高：仪器测角精度为3″，测距精度为±2mm+2ppm。（2）操作简单，工作效率高：利用传统方法进行钢柱钢梁测量放样及校核需要5名工人，工作2个小时。使用RTS放样机器人靶标模式进行放样，只需要1名工人，工作15分钟即可完成。提高了工作效率4-5倍。（3）设立站点少，减少了移动平台等机具占用的时间。（4）自动生成测量报告，无内业计算过程。（5）受现场环境影响小。（6）自动追踪，可迅速找到放样点，进行实时放样检查。（7）放样的同时，可以记录现场的放样点，将数据返回原来的BIM模型，将施工现场的实际数据和设计数据做比对，进行误差分析。（8）具有模型查看功能，三维透视模型，可视化强（9）在工地现场可实现多点管理，实现深化设计与现场施工的无缝连接。7应用前景分析天宝RTS测量机器人是一种全自动高精度的、具有世界领先水平的一种全站仪。它有世界上最好的数据采集器和放样软件，无需目镜，直接运用手簿（平板电脑）操作，能将CAD平面坐标图，三维坐标图，BIM模型（建筑信息模型）导入手簿中，进而通过仪器进行放样。大大提高放样精度及工作效率。实践证明，RTS放样机器人在现场使用过程中的成效是显而易见的。除有效解决工程难题外，其具有显著经济和社会效益，更为工程测量创新提供了一个技术手段。通过该仪器的应用推广能有效促进工程施工BIM技术的发展和创新，为同类项目施工提供宝贵的经验和可靠的依据，可做为BIM+钢结构工程实施的一项解决方案，能够促进装配式钢结构建筑的质量提升及行业发展，综合提高国内建筑施工的技术水平。参考文