【技术实现步骤摘要】
本申请属于涉及隧道工程领域，具体涉及的是一种基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法及装置。
技术介绍
1、随着城市化的快速发展，各大城市的轨道交通需求迅速增长，盾构法作为一种重要的隧道施工技术，已广泛应用于城市地铁隧道的建设。盾构隧道工程通常涉及复杂的地质条件，要求高效率的施工技术以确保工程的安全与进度。施工完成后，隧道内部的管线、机电设备等必需设施通常通过在现有的管片结构上进行化学植筋或打膨胀螺栓来安装。这些固定方式需严格遵守《混凝土结构后锚固技术规程》（jgj145-2013）中的相关规定，特别是在执行钻孔作业时，需避免对管片中已存在的钢筋造成损伤。
2、然而，在现实操作中，由于缺乏精确的钢筋位置信息，施工人员在钻孔过程中经常意外击中钢筋，尤其是主筋。这种情况不仅可能导致结构管片的损伤，影响其耐久性和承载能力，而且也会显著降低施工效率，增加修复和重工的成本。此外，重复的试打钻孔操作不仅浪费时间，还可能对隧道的结构安全造成长远的影响。因此，急需一种能有效预防钻孔时碰撞钢筋的技术，以提高安装效率，降低维修成本，延长隧道的使用寿命，从而减少整个项目的全周期成本。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法及装置，利用建筑信息模型（bim）技术结合增强现实（ar）技术。通过创建管片及其内部钢筋的精确三维模型，并将此模型与ar设备结合使用，实现在施工现场实时、准确地识别和定位钢筋位置。这种技术的应用，能够极大地减少施工
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，用于盾构隧道施工中的螺栓安装，包括以下步骤：
3、步骤s1：利用bim设计软件对管片及内部钢筋进行三维建模；
4、步骤s2：将带有钢筋的管片模型导入到ar设备当中，ar设备的软件处理系统对不同分块管片特征进行识别，对管片内部的钢筋类型进行读取；
5、步骤s3：保持ar设备中的摄像头稳定，使得目标管片始终保持在拍摄范围内，将画面信息传输到ar设备中，利用图像识别技术，判断当前管片分块类型；
6、步骤s4：利用ar设备的三维注册技术和虚拟现实融合显示技术，将相应的分块类型的管片模型，与真实管片进行叠加融合，精确识别并定位管片，保证实体管片能与bim模型高度重合；
7、步骤s5：利用ar设备的交互技术和虚拟现实融合显示技术，在操作手柄放置处，生成虚拟螺栓；
8、步骤s6：ar设备的软件处理系统对虚拟螺栓与管片钢筋的碰撞情况进行判断。
9、优选地，在步骤s1中，在盾构隧道施工完成之后，参照施工阶段使用的管片模板图及管片配筋图，在与ar设备数据格式兼容的前提下，选用适当的bim设计软件对管片及其内部钢筋进行三维建模。
10、优选地，在步骤s1中，管片模型的轮廓与实际管片保持一致，便于ar设备在进行三维注册跟踪时能够准确识别，同时管片模型能够精确反映钢筋在管片内部的空间位置关系。
11、优选地，在步骤s2中，将不同分块类型的管片模型导入到ar设备的软件处理系统当中，人工输入以明确管片模型的分块类型，同时模型中钢筋类型包括主筋和次要筋；ar设备的软件处理系统对不同分块类型的管片模型的轮廓特征进行读取。
12、优选地，在步骤s3中，利用图像识别技术区分管片类型时，采用的特征包括管片幅宽、管片内轮廓、注浆孔设置；软件处理系统识别目标管片的分块类型后，能进一步判断该类型管片对应配筋类型。
13、优选地，在步骤s4中，利用三维注册技术增强真实管片的轮廓特征，自动生成真实管片的三维位置信息，基于真实管片轮廓特征，得到虚拟管片的放置位置信息；利用虚拟现实融合显示技术在显示设备将虚拟管片与真实管片进行叠加显示，同时以管片内部半透明的方式来实现钢筋位置信息的表达。
14、优选地，在步骤s5中，利用交互技术，将操作手柄的相对位置信息返回到软件处理系统中，得到虚拟螺栓生成位置和插入角度；在操作手柄返回的位置处生成虚拟螺栓，与虚拟管片、真实管片在显示设备上同时显示；虚拟螺栓采用bim模型预先导入到软件处理系统中生成，或者采用指定长度和半径的圆柱体示意。
15、优选地，在步骤s6中，软件处理系统通过对虚拟螺栓和内部钢筋模型进行布尔运算来判断螺栓是否与钢筋碰撞，当布尔运算结果存在交集时，系统通过显示设备提示碰撞信息，当布尔运算结果为空集时，提供无碰撞信息；当虚拟螺栓与管片内部钢筋发生碰撞时，提示碰撞信息中包括所碰撞钢筋的类型为主筋或次要筋。
16、本专利技术还公开了基于基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固装置，用于盾构隧道施工中的螺栓安装，装置包括管片模型单元、软件处理系统、操作手柄、ar显示系统和摄像头，所述管片模型单元用于在bim设计软件中创建管片及其内部钢筋的三维模型；所述软件处理系统用于导入管片模型并处理管片的不同分块特征及内部钢筋类型；所述操作手柄配置有与软件处理系统通信的接口，用于用户在ar显示系统中选择和确定螺栓的安装位置及角度；ar显示系统包括一头戴式显示装置，用于将虚拟螺栓和管片钢筋的三维模型与用户视野中的实际管片进行叠加显示，使得用户可视觉上判断螺栓的安装位置；摄像头用于实时捕捉管片的图像并将图像传输至软件处理系统。
17、优选地，所述软件处理系统包括图像处理模块和碰撞检测模块；所述图像处理模块用于识别通过摄像头捕获的实时管片图像中的分块类型；所述碰撞检测模块用于基于虚拟螺栓和管片内钢筋的三维模型进行布尔运算，判断螺栓与钢筋是否会碰撞，并输出碰撞结果。
18、本专利技术有益效果如下：本专利技术提供了一种基于bim三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，该方法通过集成建筑信息模型（bim）与增强现实（ar）技术，显著提高了盾构隧道内螺栓安装的精确性和效率，能够实时准确地获取管片内部钢筋的分布信息，从而有效预防在施工过程中螺栓与钢筋发生碰撞的问题，这是传统安装方法难以解决的关键技术难题。通过本专利技术的实施，施工人员可以在钻孔前通过ar设备直观地看到钢筋的具体位置，确保钻孔位置远离关键的钢筋结构，从而避免对管片结构造成损害，保持其结构完整性和耐久性，不仅降低了因误打钢筋而导致的施工重工和维修成本，也大幅提升了施工效率和安全性，并且本专利技术的方法通过减少因施工错误导致的结构损伤，有效延长了隧道的使用寿命，减少了长期的维护和修复需求，在经济效益方面，通过减少施工过程中的错误和提高施工速度，能够显著降低工程的全周期成本。
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1.一种基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，用于盾构隧道施工中的螺栓安装，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤S1中，在盾构隧道施工完成之后，参照施工阶段使用的管片模板图及管片配筋图，在与AR设备数据格式兼容的前提下，选用适当的BIM设计软件对管片及其内部钢筋进行三维建模。
3.根据权利要求2所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤S1中，管片模型的轮廓与实际管片保持一致，便于AR设备在进行三维注册跟踪时能够准确识别，同时管片模型能够精确反映钢筋在管片内部的空间位置关系。
4.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤S2中，将不同分块类型的管片模型导入到AR设备的软件处理系统当中，人工输入以明确管片模型的分块类型，同时模型中钢筋类型包括主筋和次要筋；AR设备的软件处理系统对不同分块类型的管片模型的轮廓特征进行读取。
5.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步
6.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤S4中，利用三维注册技术增强真实管片的轮廓特征，自动生成真实管片的三维位置信息，基于真实管片轮廓特征，得到虚拟管片的放置位置信息；利用虚拟现实融合显示技术在显示设备将虚拟管片与真实管片进行叠加显示，同时以管片内部半透明的方式来实现钢筋位置信息的表达。
7.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤S5中，利用交互技术，将操作手柄的相对位置信息返回到软件处理系统中，得到虚拟螺栓生成位置和插入角度；在操作手柄返回的位置处生成虚拟螺栓，与虚拟管片、真实管片在显示设备上同时显示；虚拟螺栓采用BIM模型预先导入到软件处理系统中生成，或者采用指定长度和半径的圆柱体示意。
8.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤S6中，软件处理系统通过对虚拟螺栓和内部钢筋模型进行布尔运算来判断螺栓是否与钢筋碰撞，当布尔运算结果存在交集时，系统通过显示设备提示碰撞信息，当布尔运算结果为空集时，提供无碰撞信息；当虚拟螺栓与管片内部钢筋发生碰撞时，提示碰撞信息中包括所碰撞钢筋的类型为主筋或次要筋。
9.一种基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固装置，用于盾构隧道施工中的螺栓安装，其特征在于，装置包括管片模型单元、软件处理系统、操作手柄、AR显示系统和摄像头，所述管片模型单元用于在BIM设计软件中创建管片及其内部钢筋的三维模型；所述软件处理系统用于导入管片模型并处理管片的不同分块特征及内部钢筋类型；所述操作手柄配置有与软件处理系统通信的接口，用于用户在AR显示系统中选择和确定螺栓的安装位置及角度；AR显示系统包括一头戴式显示装置，用于将虚拟螺栓和管片钢筋的三维模型与用户视野中的实际管片进行叠加显示，使得用户可视觉上判断螺栓的安装位置；摄像头用于实时捕捉管片的图像并将图像传输至软件处理系统。
10.根据权利要求9所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固装置，其特征在于，所述软件处理系统包括图像处理模块和碰撞检测模块；所述图像处理模块用于识别通过摄像头捕获的实时管片图像中的分块类型；所述碰撞检测模块用于基于虚拟螺栓和管片内钢筋的三维模型进行布尔运算，判断螺栓与钢筋是否会碰撞，并输出碰撞结果。
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，用于盾构隧道施工中的螺栓安装，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤s1中，在盾构隧道施工完成之后，参照施工阶段使用的管片模板图及管片配筋图，在与ar设备数据格式兼容的前提下，选用适当的bim设计软件对管片及其内部钢筋进行三维建模。
3.根据权利要求2所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤s1中，管片模型的轮廓与实际管片保持一致，便于ar设备在进行三维注册跟踪时能够准确识别，同时管片模型能够精确反映钢筋在管片内部的空间位置关系。
4.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤s2中，将不同分块类型的管片模型导入到ar设备的软件处理系统当中，人工输入以明确管片模型的分块类型，同时模型中钢筋类型包括主筋和次要筋；ar设备的软件处理系统对不同分块类型的管片模型的轮廓特征进行读取。
5.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤s3中，利用图像识别技术区分管片类型时，采用的特征包括管片幅宽、管片内轮廓、注浆孔设置；软件处理系统识别目标管片的分块类型后，能进一步判断该类型管片对应配筋类型。
6.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方法，其特征在于，在步骤s4中，利用三维注册技术增强真实管片的轮廓特征，自动生成真实管片的三维位置信息，基于真实管片轮廓特征，得到虚拟管片的放置位置信息；利用虚拟现实融合显示技术在显示设备将虚拟管片与真实管片进行叠加显示，同时以管片内部半透明的方式来实现钢筋位置信息的表达。
7.根据权利要求1所述的基于三维模型的防钢筋碰撞的螺栓锚固方...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕延豪，方黄磊，王金龙，王效文，沈学军，张婕，游龙飞，郑凯，张海涛，李文彪，孙雪兵，豆海涛，张存，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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