一种装配式数字建造协同智慧管控系统的制作方法

本发明属于装配式建筑与数字建造智能管控，具体涉及一种装配式数字建造协同智慧管控系统。

背景技术：

1、在目前的装配式建筑施工过程中，数字化管控已成为提升施工质量与效率的重要手段。现有的装配式施工数字化采集设备大多采用一体式固定结构，存在以下问题和不足：

2、第一，适配性差。传统采集设备的安装结构固定单一，难以适应异形构件、多规格梁柱板等不同形态的预制构件表面，在工厂生产、场内转运、现场吊装、安装运维等不同施工阶段需要反复更换或改造设备，通用性不足。

3、第二，数据孤岛问题突出。现有设备各自独立工作，采集的数据无法实现多点位同步汇聚和跨设备协同联动，难以支撑施工现场全域范围的统一数字化管控。

4、第三，布设繁琐且不可复用。传统设备多为一次性固定安装，布设过程复杂耗时，项目结束后无法拆卸迁移至其他工程重复使用，造成资源浪费和改造成本居高不下。

5、第四，工地环境适应性弱。施工现场粉尘大、湿度高、存在磕碰风险，普通电子设备的防护等级不足以应对恶劣工况，故障率高、使用寿命短。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种装配式数字建造协同智慧管控系统，它以模块化分体式硬件架构为载体，实现构件全态采集、多设备级联汇聚、现场协同管控的一体化作业。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种装配式数字建造协同智慧管控系统，包括前端采集单元、中端汇聚单元和末端操作单元。前端采集单元用于采集装配式构件的姿态、荷载、身份编码及现场图像数据，并通过卡扣基座实现与预制构件表面的无损伤快速拆装；中端汇聚单元与前端采集单元通信连接，用于多设备级联组网、数据汇聚整合与边缘研判，包括混合自适应联组网模组和边缘计算主机；末端操作单元与中端汇聚单元通信连接，用于现场数据可视化展示与人机协同作业，包括离线指令缓存模块和一对多网关联动调度单元；三个单元依次逐级联动，形成从前端分布式感知到中端网关汇聚边缘研判再到末端现场人机协同调度的全链路硬件协同管控闭环。

4、进一步地，前端采集单元包括前端机身和卡扣基座。卡扣基座包含弹性夹爪、硅胶真空吸盘以及设置于两者之间的角度调节转轴。弹性夹爪采用弹簧钢材质制成，夹持开口宽度可弹性调节，通过夹紧力锁定前端机身的底盘边缘形成第一重机械固定连接；硅胶真空吸盘采用工业级耐候硅胶材质，吸附于预制构件表面形成第二重真空负压固定连接；角度调节转轴连接弹性夹爪和硅胶真空吸盘，允许两者之间发生相对转动以调节前端机身相对于构件表面的倾斜方向。该卡扣基座结构无需打孔、不使用粘接辅材，拆卸时同步释放负压与卡扣锁止，实现对预制构件饰面的无损伤快速拆装。

5、进一步地，前端机身的底盘上设有防撞框架，防撞框架围设在前端机身外侧周圈形成突出机身轮廓的保护性笼状结构，外侧包裹有防撞泡棉。前端机身的一侧设有摄像头，采用广角镜头组件用于采集构件吊装过程中的对位图像。前端机身内部集成倾角传感器、吊装拉力传感器、rfid构件身份读写模块以及无线传输硬件模块。倾角传感器用于实时检测构件的安装垂直度和倾斜方向并在超过安全阈值时触发预警；吊装拉力传感器用于检测吊具的实际荷载并在接近额定起重量时发出超载预警；rfid构件身份读写模块用于读取预埋在构件中的无源rfid标签所存储的构件身份信息。前端机身壳体采用密封一体注塑结构，达到ip67级防护等级，内部集成凝露除湿微风道，利用自然烟囱效应和微型直流风扇主动强制对流相结合的方式消除昼夜温差产生的凝露。

6、进一步地，中端汇聚单元包括中端机身。中端机身上表面设有无线mesh自组网，采用ieee 802.11s协议标准，支持多节点自组织组网和网络拓扑自动修复；前表面设有接线端口，提供以太网接口和串行接口用于有线直连附近的前端采集单元。二者配合构成混合自适应联组网模组：构件密集区域采用接线端口有线联组网以降低无线干扰，高空或临水区域切换为无线mesh自组网无线联组网。中端机身内部设有边缘计算主机和稳压电源。边缘计算主机接收来自各前端采集单元的实时数据并按照预设阈值规则进行实时判定，在检测到构件姿态异常、吊装超载或安装倾角超标等危险工况时生成本地预警信号推送至末端操作单元，使系统具备完整的离线管控能力。稳压电源采用交流宽范围输入设计，抵御施工现场电压波动，保障整套设备持续稳定运行。

7、进一步地，中端机身的一侧插接安装有模块化热插拔拓展仓，采用标准化热插拔接口设计，可在不断电情况下插入或拔出功能扩展模块。拓展仓上可选配振弦传感器解调模块、多通道rfid读写模块和视频流编解码模块中的至少一种，项目竣工后可直接拆卸迁移复用至其他工程项目。

8、进一步地，末端操作单元包括防爆便携机身。外壳采用阻燃防爆材料，电路接口经隔爆型或本安型防爆处理。前表面设有高亮度工业显示屏，覆盖防眩光钢化玻璃盖板，下方对应设有采用机械行程开关结构的实体功能按键。内部集成无线通信模块、离线指令缓存模块以及一对多网关联动调度单元。离线指令缓存模块在网络断开时自动激活本地缓存模式，待通信恢复后自动批量回传数据。一对多网关联动调度单元将单台终端同时绑定至多台中端汇聚单元，实现分区施工现场统一调度。两侧设有带防滑纹理或防滑套的防滑把手，顶部一侧通过磁吸方式安装有音视频外接终端，可快速外接高清摄像组件与防爆对讲模块。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、第一，模块化硬件适配性强，全场景通用。采用可调卡扣快装模块化结构，可适配平板、曲面、异形梁柱、弧形墙板等各类预制构件表面，支持工厂生产、场内转运、现场吊装、安装运维全流程布设，设备通用性与工程适配性大幅提升。

11、第二，多设备级联组网，消除数据孤岛。创新采用分体式级联网关硬件结构，支持多点位采集设备密集组网、协同联动，实现施工现场多构件、多区域、多工序数据统一汇聚同步，构建装配式数字建造全域数据协同体系。

12、第三，硬件防护等级高，工地适配性优异。各硬件单元集成防水、防尘、防碰撞多重防护结构，适配施工现场恶劣工况，设备运行稳定、故障率低。

13、第四，设备可拆装复用，降本增效显著。全部模块支持快速拆装、跨项目重复使用，大幅降低装配式工程数字化改造成本。

14、第五，人机协同便捷，适配智慧工地管控。配套便携防爆管控终端，实现现场数据可视化、状态核验、指令下发一体化，构建硬件采集—网关汇聚—终端管控的闭环智慧管控体系。

1.一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述前端采集单元（1）包括前端机身（101）和卡扣基座（104）；

3.根据权利要求2所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述前端机身（101）的底盘上设置有防撞框架（103），所述防撞框架（103）围设于所述前端机身（101）的外侧周圈，形成突出机身轮廓的保护性笼状结构，所述防撞框架（103）的外侧包裹有防撞泡棉；

4.根据权利要求2或3所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述前端机身（101）的壳体采用密封一体注塑结构，整体达到ip67级防护等级；

5.根据权利要求1所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述中端汇聚单元（2）包括中端机身（201），所述中端机身（201）的上表面设置有无线mesh自组网（202），前表面设置有接线端口（203）；

6.根据权利要求5所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述中端机身（201）内部设置有边缘计算主机（204）和稳压电源（205）；

7.根据权利要求5或6所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述中端机身（201）的一侧插接安装有模块化热插拔拓展仓（206）；

8.根据权利要求1所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述末端操作单元（3）包括防爆便携机身（301）；

9.根据权利要求8所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述防爆便携机身（301）内部集成有离线指令缓存模块和一对多网关联动调度单元；

10.根据权利要求9所述的一种装配式数字建造协同智慧管控系统，其特征在于，所述防爆便携机身（301）的顶部一侧通过磁吸方式安装有音视频外接终端（303）；