一种基于BIM的建筑悬挑架系统安装优化方法与流程

本发明涉及建筑施工，尤其涉及一种基于bim的建筑悬挑架系统安装优化方法。

背景技术：

1、悬挑架属于脚手架的一个细分类型，特指通过悬挑承重结构从建筑主体向外延伸搭设的脚手架，主要用于高层建筑或复杂结构施工。现有悬挑架安装方法多依赖预设施工方案，基于静态力学计算确定安装点位，但实际施工中因测量误差、结构变形、材料公差等因素，安装点位易产生偏差。传统方法对偏差的影响评估滞如事后检测，且难以量化单一点位偏差对整体架体的传导效应，可能导致安全隐患或返工成本增加。bim技术虽已应用于悬挑架建模，但现有技术未实现bim 模型、力学仿真与现场偏差数据的实时联动，无法动态修正安装方案或校验仿真模型的准确性，制约了悬挑架安装的精准度与安全性。

2、中国专利公开号：cn112069586a，公开了一种悬挑结构上安装型钢悬挑脚手架设计与施工方法，包括，一、绘制型钢悬挑脚手架平面布置图；二、优化悬挑钢梁位置；三、确定混凝土悬挑结构计算单元；四、型钢悬挑脚手架承载力计算；五、悬挑脚手架支座反力统计计算；六、混凝土悬挑结构建模与验算；七、搭设型钢悬挑脚手架。本发明将混凝土悬挑结构边梁作为脚手架悬挑钢梁支座，解决大悬挑混凝土结构无法搭设悬挑脚手架的全国性技术难题，与传统技术相比，大幅度缩短施工周期，大量节约施工综合费用，施工方法简单、可操作性强，具有普遍推广应用价值，经济与社会效益显著，符合高效节能绿色施工要求。

3、由此可见，现有技术存在以下问题：在含有反向曲面坡度墙体的复杂建筑结构中，悬挑架安装因墙体几何特征特殊、施工精度难控制及受力状态复杂，导致传统安装方式易出现安装区域适配性差、锚固点位受力超限以及实际安装偏差影响结构安全问题，无法实现悬挑架安装的精准化、安全化与高效化。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于bim的建筑悬挑架系统安装优化方法，用以克服现有技术中在含有反向曲面坡度墙体的复杂建筑结构中，悬挑架安装因墙体几何特征特殊、施工精度难控制及受力状态复杂，导致传统安装方式易出现安装区域适配性差、锚固点位受力超限以及实际安装偏差影响结构安全问题，无法实现悬挑架安装的精准化、安全化与高效化的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于bim的建筑悬挑架系统安装优化方法，包括，

3、基于bim模型和含有反向曲面坡度墙体的建筑主体结构数据构建目标建筑的三维建筑信息模型，基于所述三维建筑信息模型确定悬挑架安装区域，并标注悬挑架的初始预设安装点位的三维坐标；

4、基于所述三维坐标和力学仿真软件构建力学仿真模型，基于所述力学仿真模型和所述悬挑架安装区域的预设载荷确定锚固安装点位的初始理论受力值，基于所述初始理论受力值确定锚固安装点位的初始安装深度；

5、基于所述三维坐标对预设安装点位进行实际安装以得到实际安装点位坐标，对比三维坐标和所述实际安装点位坐标以确定偏差点位数量，基于所述偏差点位数量与坐标偏差点位参数确定悬挑架挠度变化量，基于所述悬挑架挠度变化量确定坐标点位二次理论受力值；

6、基于所述初始理论受力值和所述二次理论受力值以确定实际影响偏差值；

7、基于所述实际影响偏差值与影响偏差阈值，以及，建筑主体结构数据确定目标安装深度，或，安装方式；

8、其中，所述坐标偏差点位参数包括坐标偏差点位值和偏差点位的位置；所述二次理论受力值与所述悬挑架挠度变化量呈正相关。

9、进一步地，基于bim模型和反向曲面坡度墙体的建筑主体结构数据构建目标建筑的三维建筑信息模型的过程包括，

10、获取建筑主体的整体尺寸数据和反向曲面坡度墙体的特殊区域参数，基于所述整体尺寸数据和所述特殊区域参数确定建筑主体结构数据，将所述建筑主体结构数据输入bim模型以得到三维建筑信息模型；

11、其中，所述整体尺寸数据包括建筑主体的全局坐标和建筑主体的框架尺寸，所述特殊区域参数包括外墙墙体曲率和外墙墙体坡度值。

12、进一步地，基于所述三维建筑信息模型确定悬挑架安装区域的过程包括，

13、基于反向曲面坡度墙体的底部标高、顶部标高以及水平投影范围确定悬挑架安装区域；

14、其中，所述水平投影范围为反向曲面坡度墙体在地面的水平投影面积。

15、进一步地，标注悬挑架的初始预设安装点位的三维坐标的过程包括，

16、基于底部标高在反向曲面坡度墙体的投射点位和所述水平投影面积确定初始预设安装点位的三维坐标并进行标注。

17、进一步地，基于所述力学仿真模型和所述悬挑架安装区域的预设载荷确定锚固安装点位的初始理论受力值的过程包括，

18、将预设载荷输入力学仿真模型以得到锚固安装点位初始理论受力值；

19、其中，所述预设载荷包括悬挑架自身结构载荷、施工载荷以及附加载荷。

20、进一步地，基于所述初始理论受力值确定锚固安装点位的初始安装深度的过程包括，

21、基于所述初始受力值和安装深度系数确定初始安装深度；

22、其中，所述安装深度系数为初始受力值对初始安装深度的影响补偿参数，初始受力值与初始安装深度呈正相关；安装深度系数根据主体结构数据中的混凝土强度等级和反向曲面坡度墙体的厚度确定。

23、进一步地，对比三维坐标和所述实际安装点位坐标以确定偏差点位数量的过程包括，

24、基于三维坐标和实际安装点位坐标以得到平面偏差和高程偏差，基于所述平面偏差和高程偏差确定综合偏差；

25、基于平面偏差和平面偏差阈值以得到平面偏差对比结果和平面坐标偏差点位参数；

26、基于高程偏差和高程偏差阈值以得到高程偏差对比结果和高程坐标偏差点位参数；

27、基于综合偏差和综合偏差阈值以得到综合偏差对比结果和综合坐标偏差点位参数；

28、基于平面偏差大于平面偏差阈值，或，高程偏差大于高程偏差阈值，或，综合偏差大于综合偏差阈值，则该点位为偏差点位，统计并获取偏差点位数量。

29、进一步地，基于所述偏差点位数量与坐标偏差点位参数确定悬挑架挠度变化量的过程包括，

30、基于坐标偏差点位的位置确定其对悬挑架挠度变化量的权重参数，基于所述权重参数和偏差点位数量确定悬挑架挠度变化量。

31、进一步地，基于所述初始理论受力值和所述二次理论受力值以确定实际影响偏差值的过程包括，

32、基于初始理论受力值和二次理论受力值确定受力值对比结果，基于所述受力值对比结果和初始影响偏差值确定实际影响偏差值，

33、基于初始理论受力值大于等于二次理论受力值，则实际影响偏差值为初始影响偏差值；

34、基于初始理论受力值小于二次理论受力值，则根据二次理论受力值与初始理论受力值的差值确定实际影响偏差值；

35、其中，所述初始理论受力值根据锚固安装点位最大受力值确定；所述初始影响偏差值为预设的受力波动基准值，根据建筑主体结构一级安全等级确定。

36、进一步地，基于所述实际影响偏差值与影响偏差阈值，以及，建筑主体结构数据确定目标安装深度，或，安装方式的过程包括，

37、基于实际影响偏差值小于等于一级偏差阈值，维持当前安装深度和安装方式；

38、基于实际影响偏差值大于一级偏差阈值小于二级偏差阈值，基于建筑主体结构数据确定当前位置的最大允许安装深度，基于初始安装深度和二级偏差阈值与实际影响偏差值的差值确定目标安装深度，基于所述目标安装深度与最大允许安装深度的安装深度对比结果确定安装方式；

39、基于实际影响偏差值大于等于三级偏差阈值，则基于实际影响偏差值和三级偏差阈值的差值确定安装方式；

40、其中，所述安装方式包括化学锚栓锚固、预埋件焊接和组合锚固。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过bim模型构建与安装区域精准确定，能充分适配含有反向曲面坡度墙体的复杂建筑结构，确保悬挑架安装区域与墙体空间特征高度匹配，避免因结构特殊性导致的安装冲突，提升了安装区域规划的准确性与合理性。结合力学仿真软件计算初始理论受力值及初始安装深度，实现了对锚固点位受力状态的科学预判，使初始安装深度设置更贴合实际受力需求，为悬挑架系统的安全稳定性奠定了理论基础。通过实际安装点位与预设点位的对比分析，量化偏差对悬挑架挠度及二次受力的影响，形成了从设计到施工的闭环管控，有效识别并评估了安装偏差带来的风险，提升了对施工精度的把控能力。基于实际影响偏差值与阈值的对比，结合建筑主体结构数据动态调整目标安装深度或安装方式，能够针对性地解决偏差超限问题，在保障结构安全的同时，优化了安装方案的经济性与可行性，确保悬挑架系统在复杂墙体结构中实现安全、高效、精准安装。

42、进一步地，通过整合建筑主体的整体尺寸数据与反向曲面坡度墙体的特殊区域参数，确保了建筑主体结构数据的完整性与关联性，为三维建模提供了精准依据。在bim建模中，既精准还原了建筑框架的基本形态与属性，又针对反向曲面坡度墙体的弧形特征、倾斜坡度等特殊构造进行细致建模，通过坐标植入预留洞口等细节，实现了复杂墙体结构的数字化精准呈现。建模后的验证环节进一步保证了模型与设计参数的一致性，使生成的三维建筑信息模型能直观、准确地反映建筑各构件的空间关系、结构特征及材质属性，为后续悬挑架安装区域的确定、点位标注等工作提供了可靠的数字化基础，有效提升了后续施工规划的精准度与效率。

43、进一步地，通过结合反向曲面坡度墙体的标高与水平投影范围确定安装区域，既保证了区域覆盖墙体施工的全范围，通过竖向、水平方向的合理扩展，满足了施工操作空间需求，使悬挑架能适配墙体的弧形与倾斜特性。借助bim模型的碰撞检测功能，精准识别并避开窗洞、外挑梁等障碍，对安装区域边界进行动态调整，有效避免了架体与建筑构件的冲突，提升了安装区域的可行性与安全性。最终确定的安装区域通过三维标记与数据导出，为后续初始预设安装点位的标注提供了清晰、准确的空间范围依据，确保了点位规划与墙体结构、施工需求的高度适配，为悬挑架的精准安装奠定了基础。

44、进一步地，以底部标高投射点位为基准，结合水平投影面积扩展竖向点位，使初始预设安装点位的分布既能适配反向曲面坡度墙体的弧形与倾斜特征，又能与建筑框架结构如框架柱间距相匹配，保证了点位布局的合理性。标注时同步关联墙体局部特性及与窗洞的距离等信息，为后续受力验算提供了直观参考，有助于精准评估点位受力状态。通过bim模型验证点位间距、与障碍物距离及坐标范围，确保所有点位符合施工规范与安全要求，避免因点位设置不当导致的安装冲突或受力不均，为悬挑架的安全、精准安装提供了可靠的坐标依据，提升了施工规划的科学性与效率。

45、进一步地，通过将bim模型核心数据导入力学仿真软件，精准还原反向曲面坡度墙体的几何特征、材质属性及锚固点连接方式，为受力分析提供了贴合实际的模型基础。针对曲面墙体施工复杂度高的特点，合理确定包含架体自重、施工载荷、附加载荷在内的预设载荷，充分考虑了曲面适配、操作难度等特殊因素，使载荷取值更符合实际施工场景。通过仿真计算得到各锚固点位的初始理论受力值，清晰呈现了不同位置点位的受力差异如根部与顶部、不同连接方式的点位，为后续确定初始安装深度提供了科学依据，确保锚固设计能有效应对复杂受力状态，提升了悬挑架系统的安全可靠性。

46、进一步地，通过结合初始理论受力值与安装深度系数确定初始安装深度，实现了受力需求与安装深度的精准匹配，且初始受力值与安装深度呈正相关的设定，确保了受力较大的点位有足够深度支撑，提升了锚固安全性。安装深度系数根据混凝土强度等级和墙体厚度动态调整，充分考虑了材料性能与结构对锚固效果的影响，使系数取值更贴合实际工况。针对不同受力类型拉力为主或剪切力为主修正系数，进一步提高了安装深度计算的针对性与准确性。通过验证安装深度与墙体厚度、保护层要求的适配性，以及对特殊点位的深度调整，确保初始安装深度既满足受力需求，又符合构造规范，为锚固点位的稳定可靠提供了重要保障，也为后续实际安装提供了科学的量化依据。

47、进一步地，通过分别计算平面偏差、高程偏差及综合偏差，全面考量了实际安装点位在三维空间中的偏差情况，避免了单一维度评估的局限性，使偏差分析更全面精准。通过反向曲面坡度墙体的曲率、坡度等结构特性设定偏差阈值，确保了阈值标准与墙体特殊构造相适配，提升了偏差判定的合理性与针对性。通过统计偏差点位数量，可直观掌握安装精度的整体状况，为后续挠度变化量计算及安装方案优化奠定了数据基础，有助于实现对施工过程的精细化管控。

48、进一步地，通过偏差点位的位置赋予不同权重参数，充分考虑了根部与端部点位对悬挑架挠度影响的差异，符合结构力学中支点效应的规律，使权重分配更贴合实际受力逻辑。结合偏差程度计算权重参数，体现了偏差值大小与挠度影响的正相关关系，尤其对多项偏差超标的点位进行叠加计算，增强了挠度分析的精准性。将权重参数与偏差点位数量相结合计算总挠度变化量，综合考量了偏差的分布范围与影响程度，能科学量化安装偏差对悬挑架变形的作用。通过与规范允许值对比，可明确判断挠度是否超限，为后续调整安装方案提供了直接依据，有助于及时规避因挠度过大导致的结构安全风险，保障悬挑架系统的稳定性。

49、进一步地，以锚固点位的最大受力值作为初始理论受力值基准，精准锁定了控制安装安全的核心指标，确保受力分析的针对性。通过建立二次理论受力值与挠度变化量的正相关关系，量化了安装偏差引发的附加受力，使偏差对结构受力的影响得以清晰呈现。基于初始受力值与二次理论受力值的对比结果动态确定实际影响偏差值，当受力值增大时按差值百分比计算，能客观反映偏差带来的受力增幅，避免了固定偏差值难以适配实际工况的局限。结合建筑主体安全等级设定初始影响偏差值，为偏差评估提供了合理基准，最终得出的实际影响偏差值可直观判断受力是否超限，为后续调整安装深度或方式提供了明确的量化依据，有助于保障悬挑架系统在复杂工况下的受力安全。

50、进一步地，通过针对不同区间的实际影响偏差值采取分级处理策略，实现了安装方案的精细化调整。当偏差值介于一级与二级阈值之间时，通过计算目标安装深度并与最大允许深度对比，在不改变安装方式的情况下仅调整深度，既补偿了受力偏差，又充分利用了墙体结构的承载潜力，兼顾了安全性与经济性。当偏差值达三级阈值时，采用组合锚固方式，借助钢板与锚栓的协同作用增强整体刚度与承载力，适配了反向曲面坡度墙体的复杂受力需求。同时，结合建筑主体结构数据验证安装方案，确保调整后的深度、方式符合墙体厚度、混凝土强度等限制条件，避免结构损伤。针对反向曲面特性定制的弧形钢板保证了与墙体的贴合度，减少应力集中，使锚固系统更适应曲面结构的力学特点。这种分级调整机制全面覆盖了不同偏差程度的处理需求，有效平衡了安全、经济与适配性，提升了悬挑架系统在复杂墙体结构中的可靠性与稳定性。