装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法及系统

技术领域

本发明属于装配式建造管理与施工现场平面布置技术领域，尤其涉及一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法及系统。

背景技术

智能建造与建筑工业化协同发展背景下，预制装配式建筑正被大力推广。装配式建筑是典型的空间受限工程，其吊装设备和预制构件占用施工场地空间大，这对施工平面布置提出了很大挑战。不合理的装配式建筑施工现场临时设施布置，将导致工作空间冲突、影响施工效率、延误工期，甚至导致安全事故。

发明人发现，随着装配式建筑装配率的进一步提高，施工现场构配件堆场、生产及生活临时设施的需求与场地面积受限的矛盾更加突出，塔吊及预制构件堆放位置对装配吊装效率和其他临时设施的布置均有较大影响；而当前装配式建筑施工中，预制构件堆场位置确定主要依赖工程师经验，尚未形成明确的理论方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法及系统，本发明以吊装效率高以及吊装路径短为目标，采用多堆场布置方案，提出的装配式建筑施工现场预制构件堆场位置确定方法，提高了施工现场预制构件堆场布置的科学性、灵活性和智能化水平。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法，包括：

获取场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息；

根据获取的场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息，确定场地模型；

根据场地模型，由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数；

求解潜在最佳堆场位置点，得到塔吊吊钩不变幅情况下，边界函数中所有满足要求的堆场位置坐标；

以塔吊吊装时间最短为依据，在所有满足要求的堆场位置坐标中，确定各需求点对应的最佳堆场位置。

进一步的，所述场地信息包括场地边界线、塔吊位置、地形、道路和周围障碍物；所述拟建建筑信息包括建筑物轮廓线、预制构件种类和安装位置；所述塔吊参数信息包括塔吊的位置、型号、起重臂幅、起降速度、变幅速度和回转速度。

进一步的，确定场地模型时，对建筑物轮廓线为曲线的情况，在曲线上选取若干个点，相邻两点间采用直线连接，将曲线轮廓等效为直线或折线。

进一步的，边界函数由建筑物轮廓线向外扩展预设距离确定，函数形式如下：

其中，a

进一步的，根据建筑物轮廓线向外扩展预设的一定距离构建边界函数，扩展距离可根据建筑物的围护和基坑开挖等情况确定；确定公式如下：

其中，l

根据构件类型和数量增加边界数量，增加边界扩展距离确定公式如下：

其中，l

进一步的，塔吊吊装时间最短为依据，确定各需求点对应的最佳堆场位置：

其中，T

进一步的，根据预制构件的堆放特性、单车运输数量和场地限制条件，对各需求点所对应的构件堆场位置进行二次分配，确定最终堆场区域。

第二方面，本发明还提供了一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划系统，包括：

数据采集模块，被配置为：获取场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息；

场地模型确定模块，被配置为：根据获取的场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息，确定场地模型；

边界函数确定模块，被配置为：根据场地模型，由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数；

堆场位置坐标确定模块，被配置为：求解潜在最佳堆场位置点，得到塔吊吊钩不变幅情况下，边界函数中所有满足要求的堆场位置坐标；

最佳堆场位置确定模块，被配置为：以塔吊吊装时间最短为依据，在所有满足要求的堆场位置坐标中，确定各需求点对应的最佳堆场位置。

第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了第一方面所述的装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法的步骤。

第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了第一方面所述的装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中，根据场地模型，由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数；求解潜在最佳堆场位置点，得到塔吊吊钩不变幅情况下，边界函数中所有满足要求的堆场位置坐标；以塔吊吊装时间最短为依据，在所有满足要求的堆场位置坐标中，确定各需求点对应的最佳堆场位置，解决了依赖工程师经验确定预制构件堆场位置步准确的问题，提高了施工现场预制构件堆场布置的科学性、灵活性和智能化水平。

附图说明

构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。

图1为本发明实施例1的框图；

图2为本发明实施例1的方法流程图；

图3为本发明实施例1的场地示意图；

图4为本发明实施例1的堆场位置布置示意图；

图5为本发明实施例1的化曲为直示意图；

图6为本发明实施例1的多层边界线示意图；

图7为本发明实施例1的叠合板堆叠位置二次分配示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例1：

当前装配式建筑施工中，预制构件堆场位置确定主要依赖工程师经验，精度和效率较低，存在布置方案单一、灵活性差以及缺少理论支撑的问题，尚未形成明确的理论方法；针对上述问题，本实施例提供了一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法，包括：

获取场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息；

根据获取的场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息，确定场地模型；

根据场地模型，由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数；

求解潜在最佳堆场位置点，得到塔吊吊钩不变幅情况下，边界函数中所有满足要求的堆场位置坐标；

以塔吊吊装时间最短为依据，在所有满足要求的堆场位置坐标中，确定各需求点对应的最佳堆场位置。

具体的，根据场地模型，由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数；求解潜在最佳堆场位置点，得到塔吊吊钩不变幅情况下，边界函数中所有满足要求的堆场位置坐标；以塔吊吊装时间最短为依据，在所有满足要求的堆场位置坐标中，确定各需求点对应的最佳堆场位置，解决了依赖工程师经验确定预制构件堆场位置步准确的问题，提高了施工现场预制构件堆场布置的科学性、灵活性和智能化水平。如图1和图2所示，本实施例的具体步骤如下：

S1、获取信息与场地建模。信息包括场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息。

S2、确定边界函数。由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数。

S3、构建并求解方程组，得到满足要求堆场位置坐标。根据吊装任务中各需求点位置与构件堆场位置到塔吊位置的距离相等，构建并求解方程组，得到塔吊吊钩不变幅情况下所有满足要求的堆场位置坐标。

S4、确定各需求点对应的最佳堆场位置。根据塔吊与需求点及堆场坐标的相对位置关系，以塔吊吊装时间最短为判据确定各需求点对应的最佳堆场位置。

S5、确定最终堆场区域。根据预制构件的堆放特性、单车运输数量和场地限制条件等，对各需求点所对应的构件堆场位置进行二次分配，确定最终堆场区域。

在一些实施例中，对步骤S1-步骤S5的验证和计算，可以借助MATLAB、PYTHON或C语言等编写相应的算法实现。

可选的，在步骤S1中，信息的获取与场地建模。获取的信息可以包括场地信息、拟建建筑信息、塔吊参数信息的输入和建立模型等。

其中，所述场地信息可以包括场地边界线、塔吊位置、地形、道路和周围障碍物等；所述拟建建筑信息可以包括建筑物轮廓线、预制构件种类和安装位置等；所述塔吊参数信息可以包括塔吊的位置、型号、起重臂幅L(m)、起降速度V

步骤S1中，对建筑物轮廓线为曲线的情况。在曲线上选取若干个点，相邻两点间采用直线连接，将曲线轮廓等效为直线或折线，如附图5所示。

可选的，步骤S2中，边界函数

其中，a

步骤S2中，根据建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数，扩展距离可根据建筑物的围护和基坑开挖等情况确定；确定公式如下：

其中，l

同时，为了满足更多构件的堆放需求，可根据构件类型和数量增加边界数量，如附图6所示；增加边界扩展距离确定公式如下：

其中，l

步骤S2中，边界函数确定存在的一种特殊情况为，对于现场不设置预制构件堆场，直接将构件由运输车吊装至需求点的情况，可根据运输车辆通行道路来确定边界函数。

可选的，步骤S3中，吊装任务中各需求点位置与构件堆场位置到塔吊位置的距离相等，如下式：

其中，(x

步骤S3中，构建并求解方程组，得到塔吊吊钩不变幅情况下所有满足要求的堆场位置坐标。方程组如下：

可选的，步骤S4中，塔吊吊装时间最短为判据确定各需求点对应的最佳堆场位置。

其中，T

可选的，步骤S5中，根据预制构件的堆放特性、单车运输数量和场地限制条件等，对各需求点所对应的构件堆场位置进行二次分配，确定最终堆场区域。

步骤S5中，对需要多层叠放的构件，如叠合板，其位置中心为所叠放构件位置坐标的平均值或最远距离线的中点，如附图7所示。

步骤S5中，确定最终堆场区域时，对于构件堆放范围内无其他限制的情况，可将运输车辆停靠位置与堆场位置进行匹配，直接将构件送运输车辆吊运至需求点，避免二次运输。对于构件堆放范围内有其他限制的情况，应考虑实际构件堆放特性和限制条件将构件进行集中堆放。

本实施例针对当前装配式建筑施工中场地平面布置和预制构件堆场布置主要依赖工程师经验，布置方案单一、灵活性差、缺少理论支撑的问题；通过对塔吊吊装过程中变幅运动与回旋运动的协调以及水平运动和竖直运动的协调进行深入研究，提出多堆场布置策略，以塔吊回旋运动为主导计算最短吊装时间、确定吊装路径，由此确定最佳堆场位置；本实施例为装配式建筑施工现场平面布置与优化提供理论支撑，有益于提高施工现场预制构件堆场布置的科学性、灵活性和智能化水平。

实施例2：

本实施例提供了一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法，对实施例1中的方法进行说明，具体包括：

S1、信息获取与场地建模。包括场地信息、拟建建筑信息、塔吊参数信息的输入和建立模型。

可选的，信息包括，场地边界线：(-13，-13)，(50，-13)，(50，40)，(-13，40)，建筑物轮廓线：(0，0)，(36.4，0)，(36.4，27.6)，(0，27.6)；预制构件种类：叠合板(3m×2.6m)，安装位置见附图2；塔吊位置：(x

S2、确定边界函数。由建筑物轮廓线向外扩展一定距离构建边界函数。扩展距离为：

边界函数

y＝-10，x∈(-10，46.4)；/>

S3、构建并求解方程组，得到满足要求堆场位置坐标。

可选的，根据吊装任务中各需求点位置与构件堆场位置到塔吊位置的距离相等，构建并求解方程组，得到塔吊吊钩不变幅情况下所有满足要求的堆场位置坐标。

以编号706的需求点(x

仅与

方程解为(-9.04，-10)和(21.04，-10)。

S4、确定各需求点对应的最佳堆场位置。

可选的，根据塔吊与需求点及堆场坐标的相对位置关系，以吊装时间最短为判据确定各需求点对应的最佳堆场位置。

θ

T

故(21.04，-10)为需求点(16.7，5.3)最佳堆场位置。

S5、确定最终堆场区域。

可选的，根据预制构件的堆放特性、单车运输数量和场地限制条件等，对各需求点所对应的构件堆场位置进行二次分配，确定最终堆场区域。

叠合板的最大堆叠层数为6层，单车运送叠合板数量是10～12块。最终堆场区示意图如图4所示，堆场坐标及需求点分配情况如下表示：

堆场坐标：(15.853，-10)，需求点编号：703、704、803、804、805、806；

堆场坐标：(21.556，-10)，需求点编号：603、705、706、707、807、808。

需求点坐标数据如表1所示：

表1需求点坐标数据

实施例2：

本实施例提供了一种装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划系统，包括：

数据采集模块，被配置为：获取场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息；

场地模型确定模块，被配置为：根据获取的场地信息、拟建建筑信息和塔吊参数信息，确定场地模型；

边界函数确定模块，被配置为：根据场地模型，由建筑物轮廓线向外扩展预设距离构建边界函数；

堆场位置坐标确定模块，被配置为：求解潜在最佳堆场位置点，得到塔吊吊钩不变幅情况下，边界函数中所有满足要求的堆场位置坐标；

最佳堆场位置确定模块，被配置为：以塔吊吊装时间最短为依据，在所有满足要求的堆场位置坐标中，确定各需求点对应的最佳堆场位置。

所述系统的工作方法与实施例1的装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现了实施例1所述的装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法的步骤。

实施例4：

本实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现了实施例1所述的装配式建筑施工现场预制构件堆场位置规划方法的步骤。

以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。