BIM机器人放样在地铁站后工程施工中的应用

王明理

摘    要：地铁工程装饰装修和设备安装等站后工程施工过程中，对图纸的深化设计较为关键。如何采用高效、精准的措施来避免管线的差、错、漏、碰是我们今天阐述的重点。本文主要介绍某地铁项目采用BIM+机器人放榜来解决站后工程中容易出现管线空间位置交叉导致返工等一系列棘手问题。快速、精准、智能、操作简便、劳动力需求少的优势，将BIM模型中的数据直接精准投放到现场。

关键词：BIM机器人;工程施工;快速;精准

1  引言

与常规地铁工程装饰装修、机电安装工艺相比，借助CAD图纸使用卷尺等工具人工现场放样的方式，存在放样误差大、无法保证施工精度，且工效低，不易达到优质工程标准。现利用BIM放样机器人──智能全站仪，利用其快速、精准、智能、数字化的优势，将BIM模型中的数据直接投放到现场，实现精准定位，提高放样的质量及工作效率。

2  传统地铁站后工程施工工艺常见质量问题

2.1  设计深度不够

地铁站后工程专业多，主要包括常规设备安装、装饰装修、人防工程、消防工程、屏蔽门、供电工程、通信、信号等众多专业。由于设计图纸专业跨度大，设计人员受专业限制未在施工蓝图上对有限空间进行精准分配，设计深度不够，存在同一个设备房内无统筹、交织、重位。且考虑设备运用安全等欠缺，如风口、空调通风管布置在设备上方，致使产生冷凝水，滴入设备内，存在安全隐患;火灾探测器布置在变压器上方，维护安全风险较大。照明灯具未布置在设备操作、维护面，给运维带来极大不便。

2.2  安装无序

由于缺乏统筹管理，在管线布置上，先进场施工的专业队伍，对其他专业图纸不清楚，不熟悉，优先选择有利位置进行施工，未考虑其他专业管线安装位置预留。后进场专业，可能会存在局部无法布设管线。安装杂乱无章，定位精度靠手工尺量，安装效果观感质量较差，仅能满足使用功能，无法达到精品工程。甚至，局部需要返工重新分配空间，重新布设。

3  什么是BIM机器人

BIM机器人基于BIM的现场3D激光测量放样技术。它是采用“BIM云平台数据同步及BIM云链接测量”技术实现BIM模型与现场构件的对应关系，通过“激光标记棱镜杆系统”技术，提高棱镜投射点定位速度和精度，通过“连接电脑与棱镜杆装置”技术实现了3D测量技术能单人操作完成。

4  系统组成

4.1  主要硬件包括

4.4.1  全站仪主机

用于指示、测量放样点位的设备，其放大倍率：32倍;测角精度：1秒;测距精度：1mm;高速测距精度：2mm。

4.1.2  外业平板电脑

即手持终端，导入BIM模型后，用于控制、选择测量或放样点，可直观连接和设置全站仪。

4.1.3  三脚架

支撑及固定全站仪主机，可根据需要调整高度及角度。

4.1.4  全反射棱镜及棱镜杆

用于点位在地面上测量及放样，与主机智能连接后准确定位，实时动态跟踪。

4.2  主要软件包括

4.2.1  Trimble Field Link软件

连接内业到外业（BIM到现场）;可视化放样、采集现场数据、计算误差、输出工作报告、拍摄实时视频等。

4.2.2  基于REVIT及CAD的测量及放样点位插件

把点位在模型中选取并设置完成，导出到Trimble Field Link软件，操作软件可指挥机器人现场放样。

5  工作原理

首先，通过BIM导入施工图纸建模或人工建模，对模型进行优化及碰撞检查，确定模型可利用施工后，按规范及实际情况设置机电管线的综合支吊架等附件，使得模型能够达到验收标准及创优标准。

放样定位模型，同步至移动端界面。利用审核完的施工模型，建立定位放样模型。在模型上创建虚拟坐标系并设立控制点。然后确定需要放样定位的点，如综合支吊架锚固螺栓安装点，水管或风管的中心位置等，在模型中根据不同专业管线要求放置放样定位点，形成放样定位模型，并上传至云端，IPAD可同步模拟。

棱镜杆系统（投影至天花平面），利用BIM机器人现场设站，按顺序组装好棱镜杆系统，并根据所定位的点所处的工作面，选择棱镜和激光放线仪的位置。棱镜杆系统通过与激光放线仪的相互配合，结合“测量放样应用程序”定位的虚拟棱镜位置，将棱镜杆移动至定位点附近，通过精调将软件中虚拟棱镜与定位点重合，此事棱镜所在位置即模型中定位点在现场的准确位置，此时激光放线仪的投射激光，就是定位点在现场工作面的位置。

6  BIM+机器人放样优势

6.1  仪器操作复杂、误差控制环节多

传统测量放线是：轴网线、标高线作为拉皮尺的依据，不断地“以此为基础”偏移出要测量的尺寸，这样拉尺测量所累积出来的误差是很大的。

放样机器人：不依赖于现场的轴网和标高线，它依据的是现场的控制点坐标系，它的放样误差是基于现场坐标系的整体误差而定的，并且在每一个测站中的所有的测量值之间不会有任何误差的传递。 更重要的一点是，在整个放样过程中，我们不需要去拉皮尺，放样机器人会自动打出红色激光点用以标识。

6.2  现场与图纸不符处修改不及时

传统测量放线：现场与图纸不符时，设计人员到现场确定放线大小尺寸或调整方案，标注至纸面上、留影像资料，然后反成电子版图纸与影资料一起归档，或反馈给设计方或业主方。

放样机器人：控制平板和主机均带有相机拍摄功能，和影像实时传输功能，在放样点存在质疑需提交深化人员修改时，拍照功能可将现场放样实物拍照记录并配合放样数值一并提交。在追踪放样过程中，可打实时影像功能，通过全球电台 2.4GHZ 的高效率數据传输，可实时影像观测放样过程。当现场与图纸不符时。也可以直接放样从设计图纸创建的点文件，也可以现场控制平板上创建放样点、尤其是异型空间点，设备使用过程灵活性、适应性强。

6.3  BIM技术目前已能完全能集合土建、结构、安装等工作集中同一平台;在同一平台上所有数据已不再是简单的平面尺寸关系

传统测量放线：在模型中，进行提出所需点进行的信息，编辑成三维信息。打印成点信息，逐个输入全仗仪，进行定位;放样机器人：BIM 模型或 CAD 图纸通过软件支持一键批量提取放样点信息，即自动提取每个点的（X、Y、Z）坐标、属性，无需人工手动输入。在现在需要那个点就通过手持电脑点到对应点，放样机器人会自动打出红色激光点用以标识。

6.4  提质增效效果显著

通过BIM+放样机器人的使用，使地铁站后工程提质增效效果非常显著，与以往传统工艺项目相比，统计结果如下。

7  结语

传统测量方法无论是经纬仪、全站仪、GPS测量、相对位置测量技术，均需要对图纸进行分析和数据计算后再进行测量定位，且需要多人写作操作才能完成。此外，传统方法均无法与BIM模型建立有效链接，很难保证模型与现场构件一致，BIM技术在深化设计、施工、运维阶段应用大打折扣。机器人实现了对BIM模型与现场构件一致性的控制，填补了国内外BIM模型对现场构件精确定位的空白，使得BIM模型能更加有效的应用到深化设计、施工、运维等各个阶段，且施工工艺简单，工效高，成本低、安全、节能环保。