信息化預(yù)拼裝在在鋼結(jié)構(gòu)成成品檢驗(yàn)中中的應(yīng)用丁一峰張亞（寶鋼鋼構(gòu)有限限限公司上海）摘要：我國的鋼鋼鋼結(jié)構(gòu)隨隨著建建筑業(yè)的的高速速發(fā)展應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域也得得到不不斷地?cái)U(kuò)擴(kuò)大，復(fù)復(fù)雜鋼構(gòu)構(gòu)件的的成品檢檢驗(yàn)成成為了工工程技技術(shù)中的的瓶頸頸。本文文結(jié)合合上海中中心大大廈項(xiàng)目目的第第三道環(huán)環(huán)帶桁桁架鋼構(gòu)構(gòu)件的的信息化化預(yù)拼拼裝的操操作過過程，論論述了了綜合利利用三三維建模模軟件件對復(fù)雜雜空間間桿件放放樣定定位優(yōu)勢勢，以以及全站站儀精精密測量量空間間坐標(biāo)的的特點(diǎn)點(diǎn)，有效效地解解決復(fù)雜雜鋼構(gòu)構(gòu)件的檢檢測難難題，提提高復(fù)復(fù)雜鋼構(gòu)構(gòu)件制制作精度度，保保障現(xiàn)場場安裝裝順利進(jìn)進(jìn)行。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)、成品品檢驗(yàn)驗(yàn)、信息息化預(yù)預(yù)拼裝概述1.1背景自上世紀(jì)80年年年代末開開始，鋼鋼結(jié)構(gòu)在在建設(shè)設(shè)領(lǐng)域得得到廣廣泛應(yīng)用用。隨隨著經(jīng)濟(jì)濟(jì)的發(fā)發(fā)展鋼鐵鐵工業(yè)業(yè)技術(shù)和和產(chǎn)能能的提升升，高高層建筑筑、體體育場館館、機(jī)機(jī)場航站站樓等等建筑物物逐漸漸增多，鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)入入了快快速發(fā)展展期。然然而國內(nèi)內(nèi)大多多數(shù)鋼結(jié)結(jié)構(gòu)加加工企業(yè)業(yè)中，普普遍采用用鋼尺尺、拉線線、放放樣吊線線和檢檢驗(yàn)?zāi)０灏宓葌鱾鹘y(tǒng)方法法來檢檢驗(yàn)鋼構(gòu)構(gòu)件是是否符合合設(shè)計(jì)計(jì)的要求求。對對于復(fù)雜雜的鋼鋼構(gòu)件還還要通通過實(shí)物物預(yù)拼拼裝，檢檢驗(yàn)構(gòu)構(gòu)件的空空間位位置，減減小累累積誤差差。如今的鋼結(jié)構(gòu)造造造型已經(jīng)經(jīng)變得得十分復(fù)復(fù)雜，如如高層建建筑的的避難層層桁架架構(gòu)件、雨雨棚棚網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)和和頂冠造造型；；又如各各種場場館的空空間大大跨度立立體桁桁架構(gòu)件件和巨巨型的高高架橋橋梁，給給鋼構(gòu)構(gòu)件的檢檢驗(yàn)增增添了許許多難難度。采采用現(xiàn)現(xiàn)有的檢檢測手手段不但但需要要大片的的預(yù)拼拼裝場地地，檢檢測過程程繁瑣瑣，測量量時(shí)間間長，檢檢測費(fèi)費(fèi)用高，而而且且檢測精精度低低，已經(jīng)經(jīng)無法法滿足現(xiàn)現(xiàn)在鋼鋼結(jié)構(gòu)加加工制制造技術(shù)術(shù)的需需求。1.2應(yīng)用簡簡簡介現(xiàn)在，有一種信信信息化預(yù)預(yù)拼裝裝正在悄悄然興興起，即即采用用電腦模模擬構(gòu)構(gòu)件的實(shí)實(shí)際數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行行檢驗(yàn)驗(yàn)和預(yù)拼拼裝的的方法，已已在在一些重重大項(xiàng)項(xiàng)目中得得到了了應(yīng)用。這種方法的基本本本思路是是：采采用鋼結(jié)結(jié)構(gòu)三三維設(shè)計(jì)計(jì)軟件件構(gòu)筑三三維模模型（以以下簡簡稱理論論模型型），從從中選選擇合適適的測測量位置置，并并予以編編號形形成單一一構(gòu)件件的測量量圖用用于實(shí)物物測量量（如采采用全全站儀或或三維維掃描儀儀等設(shè)設(shè)備測量量），然然后將構(gòu)構(gòu)件實(shí)實(shí)測數(shù)據(jù)據(jù)輸入入三維設(shè)設(shè)計(jì)軟軟件形成成實(shí)測測的三維維模型型（以下下簡稱稱實(shí)測模模型），與與與原始理理論模模型進(jìn)行行比對對，檢驗(yàn)驗(yàn)構(gòu)件件是否滿滿足設(shè)設(shè)計(jì)的要要求。然然后將合合格的的構(gòu)件實(shí)實(shí)測模模型導(dǎo)入入整體體模型中中進(jìn)行行構(gòu)件之之間各各接口的的匹配配分析，起起到到構(gòu)件實(shí)實(shí)物預(yù)預(yù)拼裝的的效果果，保證證最終終構(gòu)件滿滿足現(xiàn)現(xiàn)場安裝裝的要要求。此類方法可以獲獲獲取實(shí)物物構(gòu)件件的三維維數(shù)據(jù)據(jù)信息，不不但但能夠用用于檢檢驗(yàn)單個(gè)個(gè)構(gòu)件件，而且且能夠夠模擬復(fù)復(fù)雜構(gòu)構(gòu)件安裝裝后的的真實(shí)情情況；；既方便便實(shí)物物構(gòu)件數(shù)數(shù)據(jù)信信息的存存儲，還還可以提提供給給現(xiàn)場，作作為為實(shí)際安安裝的的參考依依據(jù)。應(yīng)用實(shí)例下面以在建工程程程“上海中心心大大廈項(xiàng)目”第三道環(huán)環(huán)帶帶桁架為為例進(jìn)進(jìn)行具體體介紹紹。上海中心是上海海海這個(gè)國國際化化大都市市新的的地標(biāo)性性建筑筑，代表表著上上海新一一輪的的騰飛與與發(fā)展展。作為為世界界矚目的的工程程，上海海中心心在其建建造過過程中，應(yīng)應(yīng)用用了多項(xiàng)項(xiàng)建筑筑科技領(lǐng)領(lǐng)域內(nèi)內(nèi)的高新新技術(shù)術(shù)，其中中鋼構(gòu)構(gòu)件信息息化檢檢驗(yàn)技術(shù)術(shù)是其其中一大大亮點(diǎn)點(diǎn)。該技術(shù)方案可分分分為四個(gè)個(gè)主要要實(shí)施步步驟：：（一）確定整體體體坐標(biāo)系系進(jìn)行行實(shí)體建建模對預(yù)拼裝范圍內(nèi)內(nèi)內(nèi)結(jié)構(gòu)建建立整整體坐標(biāo)標(biāo)系，然然后建立立結(jié)構(gòu)構(gòu)整體模模型。由由于此模模型中中的尺寸寸均為為理論尺尺寸，不不考慮實(shí)實(shí)際制制作中出出現(xiàn)的的變形，故故稱稱此模型型為理理論模型型。理理論模型型可分分為結(jié)構(gòu)構(gòu)整體體的理論論模型型和單個(gè)個(gè)構(gòu)件件的理論論模型型。首先，根據(jù)構(gòu)件件件和結(jié)構(gòu)構(gòu)的實(shí)實(shí)際特點(diǎn)點(diǎn)，建建立與結(jié)結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)相適適應(yīng)的的整體坐坐標(biāo)系系。在整整體理理論模型型建立立完畢后后，為為每一個(gè)個(gè)構(gòu)件件的理論論模型型選定測測量控控制點(diǎn)，并并根根據(jù)一定定的規(guī)規(guī)則，對對各控控制點(diǎn)進(jìn)進(jìn)行合合理編號號。步步驟如下下：1）整體坐標(biāo)系系系設(shè)定：桁架巨柱下弦桿上弦桿桁架巨柱斜腹桿豎腹桿由于環(huán)帶桁架的的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)呈呈環(huán)形布布置，屬屬于中心心對稱稱布局，所所以以整體坐坐標(biāo)系系設(shè)置在在環(huán)形形的中心心位置置，Z向高度設(shè)設(shè)在在桁架上上弦桿桿頂面。構(gòu)構(gòu)件件主要包包括：：桁架巨巨柱、弦弦桿、腹腹桿三三大類型型。如桁架巨柱下弦桿上弦桿桁架巨柱斜腹桿豎腹桿上海中心大廈第第第三道環(huán)環(huán)帶桁桁架整體體效果果圖2）視圖方向和和和構(gòu)件接口口名名稱的定定義：：內(nèi)、外側(cè)：站在在在環(huán)帶桁桁架的的環(huán)外向向環(huán)內(nèi)內(nèi)看，內(nèi)內(nèi)、外外側(cè)是區(qū)區(qū)別在在同一個(gè)個(gè)構(gòu)件件內(nèi)所處處的不不同位置置比較較而言的的，越越靠近環(huán)環(huán)外即即表示外外側(cè)，反反之越靠靠近環(huán)環(huán)內(nèi)表示示內(nèi)側(cè)側(cè)；左、右端：站在在在環(huán)帶桁桁架的的環(huán)外向向環(huán)內(nèi)內(nèi)看，偏偏向左左手的一一側(cè)為為左端，反反之之偏向右右手的的一側(cè)為為右端端；上、下端：參照照照建筑的的高度度方向，根根據(jù)據(jù)該構(gòu)件件或部部件處于于建筑筑的實(shí)際際位置置來決定定的；；上翼緣：是指HHH型的水平平桿桿件在建建筑中中位置較較高的的那塊翼翼板。3）控制點(diǎn)的選選選擇：因?yàn)闃?gòu)件檢驗(yàn)和和和預(yù)拼裝裝的最最終目的的是檢檢驗(yàn)各構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)現(xiàn)場接口口之間間的匹配配程度度，即通通過預(yù)預(yù)拼裝的的方法法檢驗(yàn)構(gòu)構(gòu)件接接口間隙隙和錯(cuò)錯(cuò)邊量?？伎紤]慮到接口口處兩兩側(cè)的桿桿件均均為H型截面，為為為此測量量控制制點(diǎn)選擇擇每個(gè)個(gè)H型截面接接口口最外側(cè)側(cè)的四四個(gè)點(diǎn)。4）構(gòu)件測量控控控制點(diǎn)的編編號號規(guī)則：：該編號由三個(gè)部部部分組成成，分分別是桿桿件符符號、方方位符符號和流流水號號，如下下所示示：構(gòu)件測量控制點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)編號中中流水水號的編編號先先保證翼翼板一一側(cè)的兩兩個(gè)控控制點(diǎn)的的流水水號連續(xù)續(xù)，并并保證每每個(gè)H型桿件四四個(gè)個(gè)控制點(diǎn)點(diǎn)的流流水號連連續(xù)。先先后順序序是先先左后右右；先先內(nèi)后外外；先先上后下下為基基本原則則。構(gòu)構(gòu)件編號號前兩兩個(gè)符號號的組組合規(guī)則則如下下：A、巨柱測量控控控制點(diǎn)編號號規(guī)規(guī)則：a、巨柱本體上上上端接口BU*；本體下下端端接口BD*；b、巨柱左端弦弦弦桿接口XL*；右端弦弦桿桿接口XR*；c、巨柱左端腹腹腹桿接口FL*；右端腹腹桿桿接口FR*。B、弦桿測量控控控制點(diǎn)編號號規(guī)規(guī)則：a、弦桿本體左左左端接口BL*；本體右右端端接口BR*；b、弦桿左端腹腹腹桿接口FL*；右端腹腹桿桿接口FR*；c、弦桿中間腹腹腹桿接口FM*。C、腹桿測量控控控制點(diǎn)編號號規(guī)規(guī)則：a、腹桿本體體上上端接口BU*；本體下下端端接口BD*。5）構(gòu)件測量控控控制點(diǎn)的具具體體編號，見見下下方示意意圖：：上海中心桁架測測測量控制制點(diǎn)編編號原則則示意意圖（二）單個(gè)構(gòu)件件件測量控控制點(diǎn)點(diǎn)的理論論值與與實(shí)際值值對比比：提取單個(gè)構(gòu)件模模模型，建建立局局部坐標(biāo)標(biāo)系，提提取其上上各控控制點(diǎn)的的局部部坐標(biāo)理理論值值。測量量實(shí)際際構(gòu)件上上各控控制點(diǎn)在在其自自身局部部坐標(biāo)標(biāo)系下的的實(shí)際際坐標(biāo)，將將理理論值與與實(shí)際際值對比比以檢檢驗(yàn)單個(gè)個(gè)構(gòu)件件制作精精度。1）構(gòu)件局部坐坐坐標(biāo)系的設(shè)設(shè)定定：對于單根構(gòu)件的的的理論模模型，首首先要根根據(jù)實(shí)實(shí)際情況況，建建立合適適的局局部坐標(biāo)標(biāo)系。局局部坐標(biāo)標(biāo)系的的選定原原則，是是有利于于理論論模型和和實(shí)測測模型的的對比比。XOY平面設(shè)置置在在構(gòu)件上上端銑銑削面內(nèi)內(nèi)，在在該平面面內(nèi)，取取位于構(gòu)構(gòu)件截截面中部部的H型桿件的的截截面形心心點(diǎn)設(shè)設(shè)為原點(diǎn)點(diǎn)，X軸指向右右方方，Y軸指向內(nèi)內(nèi)側(cè)側(cè)，Z軸指向建建筑筑上方。2）提取各控制制制點(diǎn)在其構(gòu)構(gòu)件件局部坐坐標(biāo)系系下的理理論坐坐標(biāo)值：：在對單個(gè)理論模模模型建立立合適適的局部部坐標(biāo)標(biāo)系后，提提取取各控制制點(diǎn)在在局部坐坐標(biāo)系系下的坐坐標(biāo)（稱稱為控制制點(diǎn)的的局部坐坐標(biāo)理理論值）?？乜刂泣c(diǎn)的選取取和編號見前前述。形成構(gòu)構(gòu)件的測量圖圖。如下圖所所示：典型的下弦桿測測測量圖3）實(shí)物測量后后后繪制實(shí)測測模模型：由于構(gòu)件在制作作作時(shí)必然然產(chǎn)生生變形，各各控控制點(diǎn)很很可能能與理論論模型型有偏差差。為為控制構(gòu)構(gòu)件的的偏差度度不超超過規(guī)范范要求求，需確確定各各控制點(diǎn)點(diǎn)的實(shí)實(shí)際位置置。為為此采用用全站站儀進(jìn)行行測量量，確定定實(shí)際際構(gòu)件各各控制制點(diǎn)在其其局部部坐標(biāo)系系下的的坐標(biāo)。由由實(shí)實(shí)測控制制點(diǎn)坐坐標(biāo)所構(gòu)構(gòu)成的的線框模模型稱稱之為實(shí)實(shí)測模模型。4）建立構(gòu)件實(shí)實(shí)實(shí)測模型局局部部坐標(biāo)系系：采用與理論模型型型相同的的方法法為構(gòu)件件的實(shí)實(shí)測模型型建立立局部坐坐標(biāo)系系。5）調(diào)整實(shí)測模模模型與理論論模模型對比比：調(diào)整實(shí)測模型使使使之坐標(biāo)標(biāo)系與與理論模模型坐坐標(biāo)系吻吻合，通通過控制制點(diǎn)的的理論坐坐標(biāo)和和實(shí)測坐坐標(biāo)對對比，判判斷構(gòu)構(gòu)件的制制作精精度是否否滿足足要求規(guī)規(guī)范要要求。當(dāng)當(dāng)誤差差大于公公差要要求時(shí)，對對構(gòu)構(gòu)件超差差部位位提出整整改要要求，制制作部部門按要要求進(jìn)進(jìn)行整改改。并并將修整整后的的構(gòu)件重重新測測量，再再次比比對直到到構(gòu)件件符合要要求為為止。如如下圖圖所示：：理論模型理論模型實(shí)測模型下弦桿對比效果果果圖（三）檢驗(yàn)接口口口兩側(cè)的的控制制點(diǎn)實(shí)際際值是是否匹配配：將各構(gòu)件模型放放放回到整整體模模型中去去，根根據(jù)各構(gòu)構(gòu)件自自身局部部坐標(biāo)標(biāo)系與整整體坐坐標(biāo)系之之間的的關(guān)系，將將各各控制點(diǎn)點(diǎn)在局局部坐標(biāo)標(biāo)系下下的理論論坐標(biāo)標(biāo)值和實(shí)實(shí)際坐坐標(biāo)值轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為為在整體體坐標(biāo)標(biāo)系下的的理論論值和實(shí)實(shí)際值值。根據(jù)據(jù)接口口兩側(cè)的的控制制點(diǎn)整體體坐標(biāo)標(biāo)實(shí)際值值，檢檢驗(yàn)各構(gòu)構(gòu)件接接口位置置的匹匹配度。如如下下圖所示示：桁架巨柱桁架巨柱19WC1116S-1下弦桿3BT-D-3下弦桿3BT---D-3與桁架巨巨柱19WCC111166S--1接口匹配配效效果圖下節(jié)巨柱19WWWC111166S-1與下弦桿3BT--DD-3接口坐標(biāo)標(biāo)匹匹配表如如下：：下弦桿3BT---D-33坐標(biāo)標(biāo)（整體坐標(biāo)系下下下）桁架巨柱19WWWC111166S-11坐標(biāo)標(biāo)（整體坐標(biāo)系下下下）實(shí)際間隙備注位置控制點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)值位置控制點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)值弦桿本體右端接接接口BR-01(-3828,,,12055,,-299922)柱子左端弦桿接接接口XL-01(-3808,,,11988,,-299922)21.2BR-02(-3972,,,779,,--29992))XL-02(-3955,,,773,,--29992))18.2BR-03(-3828,,,12033,,-399922)XL-03(-3808,,,11977,,-399922)20.8BR-04(-3973,,,777,,--39992))XL-04(-3955,,,772,,--39992))18.6BR-05(-4253,,,-26,,--29992))XL-05(-4235,,,-33,,--29992))19.3BR-06(-4471,,,-6911,,-299922)XL-06(-4452,,,-6977,,-299922)19.9BR-07(-4252,,,-25,,--39992))XL-07(-4233,,,-32,,--39992))20.2BR-08(-4470,,,-6911,,-399922)XL-08(-4451,,,-6988,,-399922)20.2（四）信息化檢檢檢驗(yàn)和預(yù)預(yù)拼裝裝的驗(yàn)收收：構(gòu)件先通過控制制制點(diǎn)的理理論坐坐標(biāo)和實(shí)實(shí)測坐坐標(biāo)對比比，確確保單個(gè)個(gè)構(gòu)件件的制作作精度度是否滿滿足要要求。然然后通通過整體體模型型的信息息化預(yù)預(yù)拼裝，將將每每一個(gè)接接口相相關(guān)的實(shí)實(shí)測數(shù)數(shù)據(jù)提取取出來來作對比比，檢檢驗(yàn)接口口部位位的實(shí)際際間隙隙是否符符合規(guī)規(guī)范要求求。當(dāng)當(dāng)數(shù)據(jù)超超出規(guī)規(guī)范要求求時(shí)，對對超差部部位進(jìn)進(jìn)行整改改，以以達(dá)到實(shí)實(shí)物預(yù)預(yù)拼裝的的效果果。構(gòu)件允許偏差表表表如下：：序號控制項(xiàng)目允許偏差（mmmm）1單節(jié)柱的高度±3.02桿件截面尺寸±3.03桿件截面對角線線線差≤3.04實(shí)際桿件與理論論論桿件型型芯偏偏移量≤3.05多節(jié)柱預(yù)裝單元元元總長±5.06柱與柱之間距離離離±5.07桁架上弦桿與下下下弦桿之之間距距離±3.08接口錯(cuò)邊量板厚/10，且且≤≤3.09接口間隙偏差量量量±3.0實(shí)施效果上海中心第三道道道環(huán)帶桁桁架外外圈直徑徑為63米，高度度為13米，最大大構(gòu)構(gòu)件的重重量近近100噸，環(huán)帶帶桁桁架和桁桁架層層巨型外外框柱柱