一种基于角度自适应补偿的斜梁下脚手架支撑体系自动排布方法及系统与流程

本发明属于建筑施工信息化，具体涉及一种基于建筑信息模型的盘扣式脚手架支撑体系自动设计方法，尤其适用于混凝土结构中与正交轴网成任意角度的斜梁下方的支撑体系智能排布。

背景技术：

1、在混凝土结构施工中，斜梁下方的模板支撑体系设计长期依赖人工经验手动布置。由于斜梁走向与传统正交轴网不一致，常规正交脚手架体系难以与之对齐，导致梁底立杆无法正对荷载中心，形成偏心受力，存在安全隐患。现有部分工程采用正交架体局部加密或人工独立排布斜向架体，但前者受力路径不直接，后者效率低下且难以与周边架体可靠连接。

2、近年来，建筑信息化领域已出现一些用于辅助脚手架排布的软件工具和技术方案。例如，上海建工四建集团有限公司申请的发明专利“盘扣式脚手架平面图智能排布与绘制系统”（公开号cn118094688a）提供了一种基于结构外轮廓提取的脚手架平面图智能排布方案。又如，中国新兴建筑工程有限责任公司申请的发明专利“一种房屋建筑工程模板支撑架智能排布系统及方法”（公开号cn119848993a）涉及步距智能预设、立杆间距智能预设等模块。此外，已有专利公开了基于revit平台的立杆自动配杆方法（cn117763703b），能够进行盘扣式支撑架立杆的平面排布、标高识别和高度差计算。

3、盈建科bim模板脚手架设计软件在2024年1月发布的v1.1.0版本中记载了“梁底附加立杆、斜梁部位架体排布优化”等功能；2024年9月的1.3.0版本进一步记载了“优化斜梁架体布置形式”和“新增梁底单排架独立支撑方式”；2025年的版本记载了“支持斜梁参照板布置方式”。

4、然而，上述现有技术均存在以下共同的技术缺陷：

5、第一，未能解决斜梁与正交模数网格之间的几何不协调问题。现有技术中，“斜梁参照板布置”方式仅在斜梁走向与板立杆布置方向相近时才能有效工作。当斜梁以任意角度与正交模数化脚手架体系相交时，现有技术无法通过算法实现梁底立杆与周边立杆之间的模数协调，导致现场仍会出现非标准间距、非标杆件等问题。

6、第二，缺乏立杆位置偏差的系统性补偿机制。在局部坐标系下生成的随梁走向的立杆，映射回整体坐标系后必然与正交模数网格产生位置偏差。现有技术仅笼统提及“模数协调”或“参照布置”，未公开如何通过算法对上述偏差进行量化分解和系统性补偿。

7、第三，独立架体与正交架体之间的连接节点无法自动精确定位。当独立架体与正交架体以任意角度相交时，连接节点的位置随斜梁角度而变化，现有技术无法实现连接节点的自动搜索、最优位置计算和连接杆件的自动生成。

8、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够自适应斜梁任意走向角度、通过偏差矢量分解与模数化补偿实现立杆精确定位、并能自动生成连接节点的斜梁下脚手架支撑体系自动排布方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中斜梁以任意角度与正交模数化脚手架体系相交时，梁底立杆无法对中导致偏心受力、立杆与正交模数网格之间产生位置偏差无法系统性补偿、独立架体与正交架体之间连接节点无法自动精确定位的技术缺陷，提供一种基于角度自适应补偿的斜梁下脚手架支撑体系自动排布方法及系统，通过偏差矢量分解与模数化补偿算法实现立杆位置的精确定位和连接节点的自动生成。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于角度自适应补偿的斜梁下脚手架支撑体系自动排布方法，包括以下步骤：

3、首先，导入待施工建筑的bim结构模型，提取梁构件的几何信息，识别出属于斜梁的梁构件，并提取斜梁的空间方位参数，所述空间方位参数包括斜梁两端点的三维坐标、斜梁的走向方向向量以及斜梁的截面尺寸参数。

4、其次，以斜梁走向方向在水平面上的投影方向为局部坐标系的第一坐标轴方向，以竖直方向为局部坐标系的第二坐标轴方向，建立局部坐标系，使立杆排布方向随斜梁走向自适应调整。

5、然后，在局部坐标系下，沿局部坐标系的第一坐标轴方向按预设的立杆间距生成第一组立杆排布点位，沿局部坐标系的第三坐标轴方向按预设的排数生成第二组立杆排布点位，形成与斜梁方向相适应的独立架体单元，并记录各立杆在局部坐标系下的坐标数据。

6、接着，将各立杆从局部坐标系映射至整体坐标系，获得各立杆在整体坐标系下的理论位置。对于每一个立杆，计算其理论位置与周边正交模数化脚手架体系的模数网格之间的位置偏差矢量，所述位置偏差矢量为立杆理论位置减去最近模数网格节点位置。将位置偏差矢量分解为沿斜梁走向方向的第一偏差分量和垂直于斜梁走向方向的第二偏差分量。分别对第一偏差分量和第二偏差分量进行模数化补偿，将各偏差分量的长度调整至各自方向上最接近的模数整数倍，使补偿后的立杆位置与正交模数网格的偏差控制在预设容许范围内。

7、随后，以经模数化补偿后的独立架体单元的边缘部位为基准，在整体坐标系下搜索周边正交模数化脚手架体系的立杆。根据搜索到的正交立杆与边缘立杆之间的空间位置关系，计算连接节点的最优位置，在所述最优位置生成连接杆件，将独立架体单元与正交模数化脚手架体系进行连接。

8、最后，整合上述步骤生成的所有杆件及连接节点，形成完整的三维支撑体系模型，并输出施工图纸、材料清单和计算书。

9、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于角度自适应补偿的斜梁下脚手架支撑体系自动排布系统，包括斜梁识别与参数提取模块、局部坐标系建立模块、立杆排布模块、偏差矢量分解与模数化补偿模块、动态节点连接模块和模型生成与输出模块，各模块分别被配置成能够执行上述方法中的对应步骤。其中，偏差矢量分解与模数化补偿模块包含偏差矢量计算子模块、矢量分解子模块和模数补偿子模块；动态节点连接模块包含搜索子模块、交点计算子模块和最优位置确定子模块。

10、与现有技术相比，本发明具有以下显著有益效果：

11、第一，本发明通过偏差矢量分解与模数化补偿算法，将立杆位置偏差分解为沿斜梁走向方向和垂直于斜梁走向方向的两个独立分量并分别进行补偿，解决了斜梁以任意角度与正交模数化脚手架体系相交时的模数协调难题，使梁底立杆能够在保证对中的前提下与周边立杆的间距满足模数要求。

12、第二，本发明通过动态节点搜索与最优位置计算算法，实现了独立架体与正交架体之间连接节点的自动识别、定位和连接杆件的自动生成，解决了现有技术中连接节点无法自动精确定位的问题。

13、第三，本发明建立了从斜梁自动识别、局部坐标系建立、偏差矢量分解与模数化补偿到动态节点连接的完整自动化技术链条，各步骤之间通过数据传递形成协同作用，实现了任意角度斜梁下支撑体系的全自动排布。

14、第四，本发明通过立杆高度自适应匹配步骤，根据斜梁底面沿走向方向的高度变化为不同位置处的立杆分别匹配最优长度组合，进一步提高了方案的适应性和自动化程度。

1.一种基于角度自适应补偿的斜梁下脚手架支撑体系自动排布方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中识别斜梁的具体方式为：提取梁构件的几何特征参数，所述几何特征参数包括梁两端点的高程差、梁水平投影方向与预设参考方向之间的夹角、以及梁两端支座类型；根据所述几何特征参数判定梁构件是否属于斜梁。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中所述局部坐标系以斜梁的底面中心线或顶面中心线的水平投影方向为局部坐标系的第一坐标轴方向。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中所述偏差矢量分解的具体方法为：设某一立杆的理论位置为p，该立杆到正交模数网格的最近节点的偏差矢量为δ=(δx,δy)，其中δ = p - g，g为最近模数网格节点位置；设斜梁走向方向向量为u，垂直于斜梁走向的方向向量为v；则所述第一偏差分量为δ1=(δ·u)·u，所述第二偏差分量为δ2=(δ·v)·v；所述模数化补偿为将δ1和δ2分别调整至各自方向上最接近的模数整数倍。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s5中所述连接节点最优位置的计算方法为：以边缘立杆位置为圆心、以预设的连接距离为半径构建搜索区域；在所述搜索区域与正交模数网格的交点中，选取距离边缘立杆最近的交点作为连接节点的最优位置；当存在多个距离相同的最近交点时，按预设优先级规则从中选取一个作为连接节点的最优位置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中还包括梁截面条件判断步骤：获取斜梁的截面尺寸参数，根据所述截面尺寸参数判断是否需要在斜梁中心线的正下方区域增设一排立杆。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括立杆高度自适应匹配步骤：根据斜梁底面沿走向方向的高度变化，为独立架体单元中不同位置处的立杆分别计算所需高度，并分别匹配最优的立杆长度组合。

8.一种基于角度自适应补偿的斜梁下脚手架支撑体系自动排布系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述偏差矢量分解与模数化补偿模块包含：

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述动态节点连接模块包含：