一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装方法及系统与流程

本发明涉及建筑施工，尤其是涉及一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装方法及系统。

背景技术：

1、在城市地下空间开发进程中，深基坑工程与既有高压输电线路交叉、邻近的工况日益普遍。此类施工面临的核心制约是高压线下方的“超低净空”环境，安全作业高度常被限制在极低范围（如7—8米）。这一极端约束使得常规的大型成槽与整体吊装工艺完全失效，如何在此条件下安全、高效地完成地下连续墙等重型构件的施工，成为亟待解决的关键技术难题。

2、为应对净空限制，现有技术通常采取一系列适应性措施。在工艺上，采用改装后的低矮冲击设备进行成槽，并使用折臂吊机等专用设备替代常规吊装机械；同时，将超长钢筋笼分割为多节进行分段吊装。在安全管控上，则主要依赖于设置物理限高装置、安排专人进行全过程旁站监督，并辅以安装单点式测距报警装置，构成一套以人工判断和被动响应为主的安全管理模式。

3、然而，上述现有技术方案存在显著的局限性。首先，其“分段吊装”决策往往基于经验，缺乏以绝对安全净空为刚性约束的精确路径规划与动态仿真验证，难以从设计源头保障吊装全流程的安全性。更为关键的是，其工艺执行与安全监控相互割裂：监测、风险评估与作业控制环节严重依赖人工衔接，无法形成一个实时感知、智能分析、自动决策与精准执行的一体化闭环。这导致施工过程存在风险判断滞后、管控响应迟缓、各环节协同性差等系统性缺陷，不仅制约施工效率，更无法从根本上杜绝动态作业中的净空侵限风险。因此，亟须一种能够将约束条件、工艺执行与智能管控深度融合的系统性解决方法。

技术实现思路

1、为了提升吊装平稳性与效率，确保对接精度，强化超低净空吊装智能化，本技术提供一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装方法及系统。

2、第一方面，本技术提供一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装方法，采用如下的技术方案：

3、一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装方法，包括：

4、s1、根据高压线下方设定的绝对安全作业高度，基于适配该作业高度的吊装设备的关键吊装参数，并结合钢筋笼的设计参数，形成一个满足净空约束的初步分节方案；

5、s2、针对当前待吊装节段，基于初步分节方案和现场环境，生成其从起吊点到目标槽位的吊装运动路径；控制吊装设备按运动路径执行吊装，并在吊装过程中通过监测单元实时获取吊装物的空间位姿、其与高压线的实时净空距离以及吊装设备的运行状态数据；

6、s3、基于实时获取的空间位姿、净空距离及设备状态数据，计算当前吊装动作对净空安全裕度的动态影响值；

7、s4、当动态影响值超过预设安全阈值时，自动触发调控指令，对吊装运动路径或吊装设备的运动参数进行实时修正；

8、s5、循环执行步骤s2至s4，直至完成所有节段的吊装，且各节段对接精度与全过程的净空安全记录均满足预设的完工标准。

9、通过采用上述技术方案，该智能吊装方法通过精准分节、实时监测净空与设备状态，动态修正路径参数，有效解决超低净空下多节钢筋笼吊装难题，提升安全裕度与作业效率，规避碰撞风险，保障对接精度与全流程安全记录达标，适配高压线等受限环境。

10、可选的，形成一个满足净空约束的初步分节方案包括：

11、基于绝对安全作业高度与关键吊装参数，计算单节钢筋笼在竖直吊装状态下的最大理论吊装长度，并在该理论值上乘以一个预设的安全冗余系数，得到用于方案设计的单节极限吊装长度；

12、以单节极限吊装长度为长度约束，结合钢筋笼的设计参数，建立并求解一个多目标分节优化模型；多目标分节优化模型以最小化总吊装次数为第一优化目标，以优化各节段吊装重量分布为第二优化目标，其求解结果为初步的分节数量与各节段长度分配；

13、根据分节数量与各节段长度分配，确定每一节段的预估吊装重量、吊点预设位置以及相邻节段的接头错开设计，集成输出结构化的初步分节方案。

14、通过采用上述技术方案，该方案通过理论计算与安全冗余确定单节极限长度，保障净空安全；以多目标优化模型（最小吊装次数、均衡重量分布）求解分节，兼顾效率与负载合理性；明确吊点、接头错开设计，输出结构化方案，为后续吊装提供精准依据，提升作业规划的科学性与可执行性。

15、可选的，以单节极限吊装长度为长度约束，结合钢筋笼的设计参数，建立并求解一个多目标分节优化模型包括：

16、将分节数量及各节段长度设置为决策变量，构建包含第一优化目标与第二优化目标的优化模型；其中，第一优化目标为最小化总吊装次数，第二优化目标为优化各节段吊装重量分布；

17、为优化模型设定核心约束条件，包括：每一节段的计算长度均不得超过单节极限吊装长度，且所有节段长度之和等于钢筋笼的总设计长度；

18、采用多目标优化算法对优化模型进行求解，得到在第一优化目标与第二优化目标之间进行权衡的帕累托最优解集，并依据预设的决策规则，从帕累托最优解集中选取最终的分节数量与各节段长度分配方案。

19、通过采用上述技术方案，该模型以分节数量、段长为变量，设置双目标（最小吊装次数、优化重量分布），约束保障单节长度与总长合规；多目标算法求帕累托最优集，按规则选择方案，平衡效率与负载合理性，提升分节规划科学性，为后续吊装提供精准、可行的基础依据。

20、可选的，针对当前待吊装节段，基于初步分节方案和现场环境，生成其从起吊点到目标槽位的吊装运动路径包括：

21、获取现场环境数据，建立包含高压线空间位置、预设安全净空区域、障碍物及目标槽位位置的三维环境模型；

22、基于三维环境模型，提取吊装设备及钢筋笼在运动过程中需遵守的空间几何约束条件；

23、以起吊点为初始位置，目标槽位为终止位置，在三维环境模型内，运用考虑吊装设备运动学特性的路径规划算法，生成一条满足空间几何约束条件的无碰撞候选路径；

24、对无碰撞候选路径进行平滑化处理，使其满足吊装设备的运动连续性与平稳性要求；随后，在考虑实时动态因素的虚拟仿真环境中对该平滑路径进行验证，确保其在当前工况下具备动态可行性，并输出验证通过的路径作为吊装运动路径。

25、通过采用上述技术方案，该过程通过三维环境建模精准还原高压线、障碍及槽位，提取空间约束；路径规划算法生成无碰撞候选路径，平滑化保障运动平稳；虚拟仿真验证动态可行性，确保路径适配工况。最终输出安全、可行、平稳的吊装路径，为超低净空下钢筋笼精准吊装奠定基础，降低碰撞风险，提升作业可靠性。

26、可选的，生成一条满足空间几何约束条件的无碰撞候选路径包括：

27、在三维环境模型中，以起吊点为起点、目标槽位为终点，采用考虑吊装设备运动学约束的快速扩展随机树算法或a*算法进行空间路径搜索；

28、在路径搜索过程中，对于每个生成的路径点，通过吊装设备的运动学逆解模型确定相应的吊臂各关节构型，并实时判断由该关节构型及钢筋笼轮廓构成的空间包络与高压线空间位置、预设安全净空区域及障碍物是否发生干涉，确保生成的路径段满足空间几何约束条件；

29、将搜索得到的连续路径段连接，形成一条从起点到终点的初始无碰撞路径；随后，通过迭代优化算法对初始无碰撞路径进行初步优化，在满足空间几何约束条件的前提下，以缩短路径总长度、减少路径转向次数并提高路径平滑性为优化目标，得到无碰撞候选路径。

30、通过采用上述技术方案，该路径生成采用rrt或a*算法搜索，结合吊装设备运动学逆解实时判断空间干涉，确保无碰撞；迭代优化以缩短路径、减少转向、提升平滑性为目标，在约束下形成高质量候选路径。兼顾搜索效率与路径可行性，为后续平滑验证提供基础，保障超低净空下吊装避障与运动适配性。

31、可选的，对无碰撞候选路径进行平滑化处理，使其满足吊装设备的运动连续性与平稳性要求包括：

32、采用b样条曲线或贝塞尔曲线对无碰撞候选路径的离散路径点进行拟合，生成一条具有连续一阶及二阶导数的光滑曲线路径；

33、基于吊装设备的运动学模型，计算光滑曲线路径上各点的曲率，并判断曲率是否超过吊装设备臂架系统允许的转弯半径限制，对超出限制的路径段进行局部修正；

34、将修正后的光滑曲线路径离散化为一系列密集的路径点，并计算相邻路径点间的距离，确保该距离满足吊装设备运动控制的最小步长要求，最终输出满足运动连续性与平稳性要求的平滑路径。

35、通过采用上述技术方案，该处理通过b样条/贝塞尔曲线拟合生成光滑路径，保障运动连续平稳；检查曲率并修正超设备转弯限制段，适配机械特性；离散化确保步长合规，控制精准。最终提升吊装平稳性与安全性，减少冲击，适配设备运行需求，为超低净空下精准吊装提供稳定路径基础。

36、可选的，在考虑实时动态因素的虚拟仿真环境中对该平滑路径进行验证，确保其在当前工况下具备动态可行性，并输出验证通过的路径作为吊装运动路径包括：

37、构建包含吊装设备多体动力学模型、钢筋笼柔性模型及环境风场模型的虚拟仿真环境，并将平滑路径作为吊装设备末端执行器的预设运动轨迹输入；

38、在虚拟仿真环境中，沿平滑路径以预设时间步长驱动吊装设备模型进行运动仿真，实时计算并记录仿真过程中每一时刻吊装设备各关节的受力状态、钢筋笼相对于吊具的摆动幅度，以及钢筋笼上特征点与高压线模型之间的动态净空距离；

39、将仿真中记录的动态净空距离序列与根据当前环境风场强度实时更新的动态安全阈值进行比较，同时将摆动幅度序列与预设的允许摆动稳定阈值进行比较；若整个仿真过程中，所有时刻的动态净空距离均大于对应的动态安全阈值，且摆动幅度均小于稳定阈值，则判定该平滑路径具备动态可行性，并将其作为最终的吊装运动路径输出；否则，判定验证不通过，生成包含风险信息的路径修正指令并触发对吊装运动路径的重新规划流程。

40、通过采用上述技术方案，该步骤通过构建含多体动力学、柔性模型及风场的虚拟仿真环境，模拟真实工况；沿平滑路径仿真，实时计算关节受力、摆动幅度、动态净空，对比动态阈值验证可行性。全程监控关键指标，确保路径适配实际动态变化，不可行则自动修正，从源头规避碰撞与失稳风险，大幅提升吊装安全性与可靠性。

41、可选的，基于实时获取的空间位姿、净空距离及设备状态数据，计算当前吊装动作对净空安全裕度的动态影响值包括：

42、将实时获取的空间位姿数据与设备状态数据进行时间同步与坐标系统一，并基于吊装设备的运动学模型与当前运动参数，对钢筋笼在未来一个预设时段内的运动轨迹及位姿变化进行短期预测；

43、基于未来轨迹预测结果，结合实时净空距离，计算预测时段内钢筋笼上各特征点与高压线之间可能出现的最小动态净空距离，并计算该最小动态净空距离相对于绝对安全作业高度的安全裕度比例；

44、综合安全裕度比例、吊装设备当前负载率与稳定姿态数据，并通过一个预设的加权评估函数进行计算，输出一个量化的动态影响值，该值表征了在当前动作延续趋势下，未来短时间内净空安全风险的综合程度。

45、通过采用上述技术方案，该过程通过时间同步与坐标统一、短期轨迹预测，计算最小动态净空及安全裕度比例，综合负载率与姿态经加权函数量化动态影响值，全面反映未来短时净空风险。实现风险动态量化，为实时调控提供精准依据，提升超低净空吊装动态安全保障能力。

46、第二方面，本技术提供一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装系统，采用如下的技术方案：

47、一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，该程序能够被处理器加载执行时实现如第一方面所述的一种超低净空环境下多节钢筋笼的智能吊装方法。