一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法及系统与流程

本发明属于计算机数据处理，涉及一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法及系统。

背景技术：

1、模块化钢结构建筑作为一种现代化的建造方式，其核心在于将建筑分解为独立的模块单元在工厂预制，再运输至现场进行吊装和拼接。这种建造模式的效率和最终建筑质量，高度依赖于模块之间接口的装配精度。在这一过程中，利用计算机辅助设计与仿真技术，即通过数据处理手段对装配过程进行预测和控制，已成为提升工程质量的关键技术。

2、现有技术中，对模块化钢结构装配误差的预测，通常采用基于理想理论几何模型数据的计算机仿真方法。这类方法在计算机中创建理想化的数字化模块，并模拟其对接过程，通过几何干涉分析来预测可能出现的装配问题。或者，在施工现场依赖激光跟踪仪等测量设备对已安装模块的姿态进行测量，然后通过人工经验或简单的几何推算来指导下一模块的安装，这种方式也涉及基础的数据采集与处理。

3、然而，上述现有技术方案在实际应用中存在明显的技术缺陷。完全依赖理想理论几何模型进行数据处理的仿真方法，忽略了制造和施工过程中必然存在的多种物理影响因素。例如，模块表面的防腐涂层厚度并非均匀，这种不平整性会改变模块间的初始接触状态；在消除初始涂层间隙的螺栓紧固过程中，紧固顺序会引起连接板的空间微小姿态偏转，且传统的非线性接触力学计算过于复杂，难以满足施工现场的快速计算需求；待装配模块在仅一端固定的情况下，其自重会引起悬臂端的下垂和转角。现有数据处理方法未能将这些真实存在的、相互关联的物理效应集成到预测模型中，导致仿真结果与实际装配情况之间存在偏差，预测精度不足。此外，现有的预测方法往往仅停留在给出误差数值的阶段，缺乏将预测偏差转化为量化补偿方案的数据处理机制，导致现场施工仍需依赖人工试凑，难以实现误差的主动校正。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，包括：s1、获取待装配模块和已安装模块的理论几何模型数据，并接收在模块的节点接触面上采集的离散测点防腐涂层厚度，将离散测点防腐涂层厚度与理论几何模型数据进行空间对齐，生成带坐标标签的多点防腐涂层厚度实测数据。

2、s2、基于带坐标标签的多点防腐涂层厚度实测数据，构建待装配模块和已安装模块的连续涂层厚度分布曲面，通过叠加两个连续涂层厚度分布曲面，提取总厚度最大位置的坐标作为干涉极值点坐标。

3、s3、获取螺栓紧固顺序，以干涉极值点坐标为初始旋转支点，依据螺栓紧固顺序，计算螺栓紧固过程引起的节点连接板位姿变化，将位姿变化进行累积，生成节点连接偏移齐次矩阵。

4、s4、基于理论几何模型数据中的模块结构参数，构建以已完成紧固的节点为固定端的悬臂梁受力模型，计算待装配模块在自重作用下的终端变形量，并将终端变形量转换为局部坐标系下的自重变形齐次矩阵。

5、s5、获取已安装模块的终端实际三维坐标矩阵，将终端实际三维坐标矩阵与节点连接偏移齐次矩阵相乘，生成偏移后空间基准矩阵，再将其与自重变形齐次矩阵相乘，得到全局位姿结果矩阵，进而从中提取平移分量，得到待装配模块的终端节点真实三维坐标预测值。

6、s6、获取下一待装配模块的理论接入坐标，通过将终端节点真实三维坐标预测值与理论接入坐标进行比较，计算三维偏差向量，进而计算各螺栓孔位所需的非负垫片厚度数值，生成垫片排样图并输出。

7、本发明的第二方面提供的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测系统，包括：数据采集对齐模块，用于获取待装配模块和已安装模块的理论几何模型数据，并接收在模块的节点接触面上采集的离散测点防腐涂层厚度，将离散测点防腐涂层厚度与理论几何模型数据进行空间对齐，生成带坐标标签的多点防腐涂层厚度实测数据。

8、涂层曲面叠加模块，用于基于带坐标标签的多点防腐涂层厚度实测数据，构建待装配模块和已安装模块的连续涂层厚度分布曲面，通过叠加两个连续涂层厚度分布曲面，提取总厚度最大位置的坐标作为干涉极值点坐标。

9、紧固偏移累积模块，用于获取螺栓紧固顺序，以干涉极值点坐标为初始旋转支点，依据螺栓紧固顺序，计算螺栓紧固过程引起的节点连接板位姿变化，将位姿变化进行累积，生成节点连接偏移齐次矩阵。

10、自重变形计算模块，用于基于理论几何模型数据中的模块结构参数，构建以已完成紧固的节点为固定端的悬臂梁受力模型，计算待装配模块在自重作用下的终端变形量，并将终端变形量转换为局部坐标系下的自重变形齐次矩阵。

11、位姿映射预测模块，用于获取已安装模块的终端实际三维坐标矩阵，将终端实际三维坐标矩阵与节点连接偏移齐次矩阵相乘，生成偏移后空间基准矩阵，再将其与自重变形齐次矩阵相乘，得到全局位姿结果矩阵，进而从中提取平移分量，得到待装配模块的终端节点真实三维坐标预测值。

12、垫片厚度排样模块，用于获取下一待装配模块的理论接入坐标，通过将终端节点真实三维坐标预测值与理论接入坐标进行比较，计算三维偏差向量，进而计算各螺栓孔位所需的非负垫片厚度数值，生成垫片排样图并输出。

13、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：（1）本发明通过获取离散测点防腐涂层厚度并与理论几何模型进行空间对齐，进而构建连续涂层厚度分布曲面以提取干涉极值点坐标，克服了传统仿真仅依赖理想理论几何模型的缺陷。该处理过程将真实的涂层不均匀性引入预测数据流，还原了模块装配时的初始物理接触状态，从数据输入源头保障了误差预测结果的客观性与准确度。

14、（2）本发明以干涉极值点坐标为初始旋转支点，结合螺栓紧固顺序迭代计算节点连接板的微小转角与平移量，并累积生成节点连接偏移齐次矩阵。该算法逻辑将多点接触的非线性接触力学问题降维转化为序列化空间运动学变换，有效降低了系统的计算复杂度，满足了施工现场对装配误差快速评估与实时计算的工程需求。

15、（3）本发明基于悬臂梁受力模型计算待装配模块在自重作用下的终端变形量，并将其转化为局部坐标系下的自重变形齐次矩阵，随后将连接偏移齐次矩阵与自重变形齐次矩阵依次与终端实际三维坐标矩阵进行有序乘法运算。该运算机制将微观的涂层干涉、紧固偏转与宏观的自重下垂等多种物理效应进行系统性耦合，实现了局部物理形变向全局坐标系的准确映射，构建了误差累积全过程的数字模型。

16、（4）本发明基于终端节点真实三维坐标预测值与理论接入坐标比对产生的三维偏差向量，通过分解法向偏差分量与切向偏差分量，针对各螺栓孔位分别计算基础厚度与厚度调整量，最终生成垫片排样图。该机制打通了从误差预测到误差补偿的数据链路，为现场模块化拼接提供了直接、量化的垫片排布指导，实现了装配误差的主动校正。

1.一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，在将离散测点防腐涂层厚度与理论几何模型数据进行空间对齐之前，包括：

3.根据权利要求1所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，所述构建待装配模块和已安装模块的连续涂层厚度分布曲面，包括：

4.根据权利要求1所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，所述计算螺栓紧固过程引起的节点连接板位姿变化，包括：

5.根据权利要求4所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，所述将位姿变化进行累积，生成节点连接偏移齐次矩阵，包括：

6.根据权利要求1所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，所述计算待装配模块在自重作用下的终端变形量，包括：

7.根据权利要求1所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，所述将终端实际三维坐标矩阵与节点连接偏移齐次矩阵相乘，生成偏移后空间基准矩阵，再将其与自重变形齐次矩阵相乘，得到全局位姿结果矩阵，包括：

8.根据权利要求1所述的一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测方法，其特征在于，所述计算三维偏差向量，进而计算各螺栓孔位所需的非负垫片厚度数值，包括：

9.一种模块化钢结构建筑装配误差累积预测系统，其特征在于，包括：