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原文传递一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏系统和方法

专利名称：	一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏系统和方法
摘要：	本发明提供一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏系统和方法。该纠偏系统具体包括控制单元、三维激光扫描设备、顶升设备和监测设备；利用三维激光扫描设备扫描刻画出包含倾斜建筑物各边线和各角点的三维模型，并将外边线作为追踪线，铅垂线作为参考线，在三维坐标系统中，计算出每条边线与参考线之间的夹角和该边线顶部角点的基础沉降值；取最大夹角值的1/10作为第一次顶升目标，计算出对应变形顶部角点所需高度变化量即千斤顶的最大顶升量，通过似三角形原则计算出其它每个千斤顶第一次的顶升量，通过PLC主站给顶升施工系统控制站发布指令进行顶升纠偏工作。本发明提高了建筑物纠偏施工的科学性、准确性，使得纠偏可靠度更高、纠偏质量更好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中冶集团武汉勘察研究院有限公司
发明人：	田田;李梦云;崔军;程静;陈龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910695058.5
公开号：	CN110424479A
代理机构：	武汉楚天专利事务所
代理人：	杨宣仙
分类号：	E02D35/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D35
申请人地址：	430080 湖北省武汉市青山区冶金大道17号
主权项：	1.一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏系统，其特征在于：该纠偏系统包括控制单元、三维激光扫描设备、顶升设备和监测设备；所述三维扫描设备，安装在待纠偏建筑物的施工现场，通过三维激光进行扫描，以获取待纠偏建筑物内部的点云数据，刻画出包含倾斜建筑物各边线和各角点的三维模型；所述顶升设备，包括多个安装在待纠偏建筑物的基座下方的千斤顶；所述监测设备包括安装在每个千斤顶与待纠偏建筑物的基座接触的位置位移传感器和安装在每个千斤顶的底部的压力传感器，多个位移传感器、压力传感器、三维激光扫描设备的信号输出端与控制单元的信号输入端连接，控制单元的信号输出端与顶升设备的控制端连接，利用多个位移传感器传输的数据确定千斤顶的每次抬升行程高度以及建筑物纠偏过程中建筑基础的运动轨迹；并通过多个压力传感器监测建筑基础内力变化。 2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏系统，其特征在于：所述控制单元包括PLC集中控制站、顶升设备控制站和三维激光扫描计算站，顶升设备控制站和三维激光扫描计算站分别通过数据线对三维激光扫描设备、顶升设备和监测设备进行通讯和指令，PLC集中控制站与顶升设备控制站和三维激光扫描计算站通过信号连接。 3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏系统，其特征在于所述顶升设备中的千斤顶数量根据以下公式(1)进行计算：式中，N-千斤顶理论数量；Fn-建筑物基础承担的荷载；k-顶升安全系数；Qt-千斤顶抬升力。 4.一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏方法，其特征在于该纠偏方法采用权利要求3中的建筑物纠偏系统进行纠偏，具体步骤如下： (1)利用三维激光扫描设备扫描倾斜建筑物外轮廓，刻画出包含倾斜建筑物各边线和各角点的三维模型； (2)利用三维激光扫设备拾取出竖向上建筑物模型的外边线，并将之作为追踪线，且将铅垂线作为参考线，在三维坐标系统中，以建筑物模型外边线的底部角点b为基准点，建筑物外边线长度L固定不变，可得到每条外边线发生偏移后，其顶部角点a相对于底部角点b在铅垂线Z方向上的高度ha-b，按照公式计算出每条边线与参考线之间的夹角θ，并按照公式H＝L-ha-b计算每条边线顶部角点a的基础沉降值H； (3)根据步骤(2)计算的每条建筑物外边线与参考线之间的夹角值选出最大的夹角值θ以及该夹角值对应的外边线顶部角点的基础沉降值H，并取作为第一次顶升目标，其第一次顶升纠偏后其建筑物外边线与参考线之间的最大倾斜夹角为并根据公式可计算得出第一次顶升后该倾斜角度下的外边线顶部角点a相对于角点b在铅垂线Z方向上的新的高度ha-b’，并按照公式H/＝L-ha-b’计算出纠偏后该边线顶部角点a的基础沉降值H/，则得到该边线顶部角点a所需高度变化量ΔH＝H-H/，即某一千斤顶的最大顶升量。 (4)确定千斤顶数量以及千斤顶的布设，其千斤顶的数量按照根据公式(1)进行计算：式中，N-千斤顶理论数量；Fn-建筑物基础承担的荷载；k-顶升安全系数；Qt-千斤顶抬升力；计算好千斤顶数量之后，按照设计图纸布设千斤顶，其千斤顶安装在待纠偏建筑物的基座下方，并与偏建筑物的中轴线对称分布，在每个千斤顶与建筑物基座接触的位置安装有位移传感器，并在每个前千斤顶底部安装有压力传感器； (5)以步骤(2)与参考线之间的夹角值最大的建筑物外边线所对应的基础部位作为最大顶升部位，该部位的千斤顶顶升值采用步骤(3)中计算的最大顶升值，假设建筑物地基是刚体结构，根据相似三角形原则，可以计算出其它每个千斤顶第一次的顶升量，并通过PLC主站给顶升施工系统控制站发布指令，输入各千斤顶所需顶升量开始第一次顶升纠偏工作，并在纠偏过程中通过每个千斤顶上的位移传感器进行顶升监控，同时通过压力传感器进行应力监控； (6)第一次纠偏完成后，重复步骤(1)～(5)，三维激光扫描设备将第一次纠偏后的建筑物的追踪线再与参考线对比，读出新的夹角，系统将其转化为顶升指令传达给顶升施工系统控制站，同时对监测数据进行分析处理，如此反复，直到追踪线与参考线的夹角θ满足要求，整个自动纠偏过程结束。 5.根据权利要求4所述的一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏方法，其特征在于：所述步骤(5)在顶升过程中，其位移传感器和压力传感器监测数据通过数据线在PLC主站汇总，利用采集的监测数据，及时绘制应力、应变曲线图，应力σ与应变ε满足σ＝E·ε，其中E是常数，为弹性模量；若采集到的位移或应力值均未超过限定允许值，则可以进行下一步，若采集到的位移或应力值有一方超过限定允许值，则停止顶升，调整顶升方案，待问题解决后再次进行顶升纠偏。 6.根据权利要求4所述的一种基于三维激光扫描的建筑物纠偏方法，其特征在于：所述步骤(4)中在进行千斤顶安装之前，先针对建筑物的基础进行加固并施工扩大承台，具体是先将建筑物进行保护，并在原基础侧面凿毛，焊接受力主筋、水平植筋，施工新的承台，其新的承台外挑基础0.5～1.5m宽；所述多个千斤顶安装在扩大承台的底部。
所属类别：	发明专利