四航局研究院获批6项大跨度空间网格结构数字化建造国家发明专利

近日，四航局研究院凭借“大跨度空间网格结构数字化建造技术研究”这一重大研发项目。成功获得了“一种可视化的大跨度空间网架结构提升施工的监控方法”等 6 项国家发明专利。并且结合已经登记的 2 项软件著作权。从而形成了大跨度空间钢结构数字化建造与监控的关键技术专利集群。

专利集群攻坚，构建六大创新体系

一种可视化的大跨度空间网架结构提升施工的监控方法，它把数字孪生以及物联网技术运用到工程结构提升施工当中，对关键节点的数据进行监测，能够动态地重构有限元模型，还可以实时地计算结构状态。团队所开发的“基于数字孪生的工程结构提升施工监控平台”，达成了物理施工与虚拟仿真之间的双向映射，并且已经登记了软件著作权。（主要负责人：李金祥）

基于计算机视觉的自动化点云定向方法得以提出，此方法能够实现把局部坐标系下的原始点云数据迅速转换到施工坐标系下。团队依据该方法开发出了“基于计算机视觉的结构点云模型自动化定向分析处理软件”，通过一键操作就能完成点云定向，并且该软件已登记了软件著作权。（主要负责人为廖李灿）

一种基于点云来从空间网架里提取焊接球的方法以及处理终端，它提出了切片投影降维的方法和随机采样圆检测的方法。通过对点云进行分层处理，接着进行圆心聚类筛选，然后进行球体优化拟合，从而实现了在复杂网架中对焊接球的精准提取。（主要负责人：李金祥）

一种网架结构点云的球面拟合方法提出了一种分区优化球面拟合方法，该方法基于 RANSAC 与遗传算法。这种方法能够在整体点云模型处于高噪声环境的情况下，批量精准地提取结构球节点的坐标。通过这种方式，可以快速获取结构整体的施工变形情况，从而为大型空间钢结构施工偏差的快速监测提供支撑。（主要负责人：廖李灿）

一种点云分割方法能够有效区分构件，它融合了多方向曲率特征分析与区域增长算法，并且改进了协方差矩阵的计算方式，从而突破了传统方法在复杂构件分割中的局限性。（主要负责人：李金祥）

一种网格结构的 BIM 模型和点云模型能够转换为有限元模型，该方法提出了基于 BIM 与点云模型快速生成有限元模型的方式，从而实现了多维度数据的高效动态融合与修正，这样模型就能更准确地模拟结构的真实响应，为大型空间钢结构施工安全提供了支撑。（主要负责人：廖李灿）

数字技术突破，打造智能建造新范式

这 6 项专利围绕着“数字建模-智能监测-精准施工”的全流程，构建了一套完整的解决方案，该解决方案是大跨度空间钢结构的数字化建造方案。

智能监测

建立了一种有限元分析方法，这种方法考虑了吊点提升的实时状态，用于大跨度空间钢结构的施工力学分析；提出了一种结构位移动态监测方法，该方法基于计算机视觉实现点云的自动化定向；开发了大跨度空间钢结构提升施工动态监测预警数字孪生系统平台，从而能够精确掌控施工过程。

点云解析

发明了一种技术，能够对空间钢结构球节点的三维激光扫描点云数据进行自动分割、聚类和拟合，从而获取空间坐标的智能信息。利用该技术，可以实现大跨度空间钢结构的高精度加工与装配，并且能够快速监测施工偏差，有效提升建造精度。

模型互通

形成复杂空间钢结构高保真数字孪生模型构建技术，此技术基于 BIM 模型、有限元模型与三维激光扫描点云模型进行动态交互，打破了模型间的数据壁垒，从而实现了信息的高效流通。

创新驱动发展，铸就行业硬核实力

该技术将 BIM、物联网、计算机视觉等前沿科技深度融合。它已成功应用于多个大型空间钢结构项目，如海口新海滚装码头客运综合枢纽、中交集团南方总部基地、龙港市公共服务中心等。此技术能为施工过程提供精准测量，还能进行全程动态监控。它有效解决了行业难题，比如结构节点复杂、装配精度高、施工监控要求严苛等。同时，显著提升了施工效率与质量。

———— /END/ ————

来源 | 研究院

作者 | 李金祥、廖李灿、吴佳琪