[发明专利]一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法

权利要求书

1.一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

装配式建筑预制构件智能吊装的施工现场实体建模由智能吊装构件建模、智能吊装设备建模和智能网关建模组成，实现装配式建筑预制构件智能吊装施工现场数据采集；

数字孪生虚体建模从几何、物理、行为、规则四个层面对装配式建筑预制构件智能吊装施工现场进行模拟仿真；

虚实交互关联建模是通过数据传输协议，使装配式建筑预制构件智能吊装施工现场实体建模和数字孪生虚体建模实现同步仿真，实现模型驱动的预测与优化。

2.根据权利要求1所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：装配式建筑智能吊装构件由构件本身、主动RFID标签、嵌入式终端X组成。

3.根据权利要求2所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：

装配式建筑智能吊装构件的类型包括叠合板、楼梯、墙体和阳台；

RFID标签紧密附着在装配式建筑智能吊装构件上，通过扫描RFID标签识别构件的唯一编号和装配式建筑智能吊装构件的全部特征信息；

嵌入式终端X采用STEM32，集成有实时数据采集和预处理APP，用于环境及构件状态的实时感知与数据存储、计算、传输。

4.根据权利要求1所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：

智能吊装设备由设备本身、异构传感器、执行器、控制器、嵌入式终端Y组成。

5.根据权利要求4所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：

吊装设备包括吊车、横吊梁；

异构传感器采集位置数据S，速度数据V，应力数据F、能耗数据E、视觉数据I、语音数据L；

执行器和控制器接收执行指令与控制指令，实现对装配式预制构件吊装自动化的执行与控制；

嵌入式终端Y通过调用实时数据采集预处理APP，以请求的形式向传感器请求数据，实现吊装设备相关实时数据的非冗余存储、边缘计算与传输通讯，自主分析与决策。

6.根据权利要求1所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：

智能网关采用RPI嵌入式设备，通过MTConnect、AutomationML或OPC UA通讯协议与底层智能制造设备建立连接；

智能网关将智能吊装构件和智能吊装设备上的嵌入式终端X和嵌入式终端Y上的数据进行整合集成，数据以JSON格式传输并按权限及层级存储至云端NoSQL公有数据库中；

智能网关与智能吊装构件和智能吊装设备之间通过Zigbee、WIFI、蓝牙等无线方式进行连接。

7.根据权利要求1所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：

数字孪生虚体建模从几何、物理、行为、规则四个层面对施工现场进行模拟仿真；

几何层面主要针对吊装构件和吊装设备的外观、尺寸、型号等基本信息进行建模，应用Revit、3Dsmax等BIM建模软件建立几何模型；

物理层面主要针对吊装构件和吊装设备的材料参数、力学性能等方面进行建模，应用midas、ansys等有限元分析软件建立物理模型；

行为层面对整个吊装过程进行按时空演化仿真，得到时空演化过程中材料参数、力学性能的变化，并以参数化的形式集成到物理模型；

规则模型按照国家标准规范对吊装过程中构件的力学性能参数、设备运行状态进行量化限制，并以参数化的形式集成到物理模型。

8.根据权利要求1所述的一种装配式建筑预制构件智能吊装过程数字孪生建模方法，其特征在于：

虚实交互关联模型通过高速、高稳定性、低延迟的数据传输协议；虚实交互关联模型将装配式建筑吊装施工现场实体模型中的构件参数、设备运行状态、环境变化等实时数据同步至数字孪生虚体模型并按安全权限存储于公有数据库中，使数字孪生虚体模型实现同步仿真；

虚实交互关联模型应用BP神经网络、SVM、深度学习算法，形成对吊装过程的实时判断、分析和预测，实现对装配式建筑吊装施工现场实体自感知、自决策、自控制。