本发明涉及一种钢结构虚拟预拼装方法，属于桥梁施工技术领域，具体涉及一种钢结构预拼装的施工方法。
背景技术：
钢结构一般都是在工厂制作完成构件(包括扩大构件)，运输到建造现场安装组成的。为确保构件运到现场后能准确安装就位，一般需要在工厂进行实体预拼装以检验结构的可拼装性。工厂实体预拼装，就是将分段制造的大尺度柱、梁、桁架、支撑等钢构件和多层钢框架结构，特别是用高强度螺栓连接的大型钢结构，分块制造和供货的钢壳体结构等，在出厂前进行整体或分段分层临时性组装的作业过程。
实体预拼装不仅需要占用工厂的场地、设备，还要设置胎架，耗费大量的人力物力，其成本很高。近年来随着计算机技术的迅猛发展，为传统的实体预拼装技术带来了工艺革新的契机。人们可以借助于新的计算机及其相关技术在cad环境中对实体预拼装过程进行模拟，从而辅助甚至省掉实体预拼装过程，节约成本。
在中国发明专利cn103870657a中公开了一种钢结构预拼装计算机模拟实现方法，包括以下步骤：1)根据钢结构详图模型得到拼装构件，自动编制部件拼接编号；2)对详图模型中拼装构件的特征信息进行提取，依据提取的特征计算其实际坐标，生成各构件的理论测控点三维坐标，自动编号；3)依照理论测控点编号，对实物构件定位标记；4)利用三维坐标测量仪，对各定位标记进行三维坐标测量，得到各定位点实测三维坐标；5)将各控制点的理论坐标与实测坐标对比分析，根据国家钢结构制造技术规程和工艺要求，提出整改报告或预拼装检测报告，作为质量控制环节的凭据。该发明的理论控制点的智能化自动生成，可大大减少人工拟定理论控制点的误差，加工和生产效率高。但是其存在的问题是其虚拟拼装过程中仅仅是考虑到单个钢结构件的理论坐标于实际坐标的误差，忽略了钢结构件连接时两者孔位安装时位置的相对误差，故该方法用于指导实际安装时，还是会存在安装精度不足的缺陷。
在中国发明专利cn103336856a中公开了一种基于可视化模型的钢结构虚拟预拼装方法，包括以下步骤：步骤a，获取若干钢构件实体的模型信息；步骤b，对所述钢构件实体的模型信息进行复核；步骤c，在三维扫描软件内导入所述模型信息，通过所述三维扫描软件对所述扫描模型进行三维空间操作以实现预拼装。采用该发明的钢结构虚拟预拼装方法能使拼装精度更高，花费人力、物力更少，同进也能缩短制作周期，降低生产成本。但是其并没有公开能够保证相邻两块钢结构件高精度拼装的方法(即无法控制相邻两个钢结构件连接孔群的位置)。
技术实现要素：
本发明的目的就是要克服现有技术存在的不足，本发明设计了一种钢结构虚拟预拼装方法。其不仅方法简单，而且能够方便快捷地用于指导钢结构件的虚拟预拼装。
本发明公开了一种钢结构虚拟预拼装方法，其用于螺栓孔连接的钢结构件之间的虚拟预拼装，每个钢结构件的接口处设置有至少一组对接孔群，每组对接孔群四个角点上设置有数字近景摄影测量系统，相邻两个钢结构件通过对接孔群连接；虚拟预拼装前利用数字近景摄影测量系统获取钢结构件对接孔群的四个角点上螺栓孔的中心坐标，虚拟预拼装过程中利用该螺栓孔的中心坐标实现对相邻两个钢结构件的拼装，对比分析相邻两个钢结构件上的螺栓孔的中心坐标的偏差值，并通过该偏差值校正钢结构件上对接孔群位置。
在本发明的一种优选实施方案中，具体步骤包括：(1)确定预拼装单元：选定钢结构件，钢结构件连接处设置有对接孔群，在对接孔群的四个角点上布设摄影测量工装；(2)图像识别：通过数字近景摄影测量系统对钢结构件接口处的对接孔群进行拍照测量和解算，获取选定钢结构件本次摄影测量坐标系下的对接孔群四个角点上螺栓孔的中心三维坐标；(3)坐标转换及实体预拼装：导入各个钢结构件的三维设计模型，提取每个钢结构件接口处用于拼接用的螺栓孔的中心三维坐标，并利用该中心三维坐标值指导预拼装；(4)预拼装结构分析，当相邻两个钢结构件的接口处的中心三维坐标的偏差值在给定范围内时，该预拼装单元合格，以该拼接合格的两个钢结构件为单元进行下一轮余拼接；当相邻两个钢结构件的接口处的中心三维坐标的偏差值超出给定范围内时，分析偏差原因并得到校正结果，利用该校正结果指导钢结构件接口处的对接孔群位置的调整。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤(4)中，每个节段拼接后，对单节段进行指标评价，如果有指标未通过，则调节拼接参数重新拼接，直到所有指标最优为止；当单节段精度通过后，可进行两两节段的拼装；在进行两两节段拼接之前，保证每个节段拼接好并通过精度分析；两两节段拼接后，对所有节段进行拼装指标评价，如果有指标未通过，则调节拼接参数重新拼接，直到所有指标最优为止。
在本发明的一种优选实施方案中，在节段拼接之前，对每个钢结构件进行加工精度分析，各指标合格后，再进行单节段拼接。
在本发明的一种优选实施方案中，钢结构件进行加工精度分析的评价指标为：1)拼接缝两侧主梁高低差；2)横梁间距；3)试装全长；4)两主梁中心线；5)旁弯；6)横截面对角线差；7)水平对角线差；8)主梁端口垂直度；9)竖曲线线差；10)每节段四角高低差；11)高强度螺栓孔量规通过率。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤(3)中，通过近景摄影测量系统获取钢结构件的三维点云数据，并以三维模型的形式显示。
在本发明的一种优选实施方案中，三维模型形式的显示方式如下：1)导入结构件的测量点云；2)在软件中导入结构件的三维设计模型；3)从设计模型中获得螺栓孔的设计坐标值；4)对螺栓孔的测量点和设计点进行公共点转换，得到转换参数，运用转换参数对设计模型进行变换，则设计模型会显示到测量点所在的位置。可参考着模型对测量点云数据进行相关数据计算和显示。
在本发明的一种优选实施方案中，利用偏差值校正钢结构件上对接孔群位置的方法包括，利用金属材料回填原钢结构件上的对接孔群并重新钻孔或者在新的钢结构件的对接口上以修正后的对接孔群位置钻孔。
与先有技术及产品相比，本发明具有如下有益效果：本发明方法简单，其与实体预拼装相比可以极大地节约成本并缩短工期，对于大型复杂工程和施工条件恶劣的工程尤其如此。虚拟预拼装技术中采用了条件平差等技术，可以让实测坐标与理论坐标最大程度的接近，同时可以让桥梁尽量保持线形。与其他虚拟预拼装的方法相比，其对螺栓孔连接的钢结构拼装有更加显著的效果，由点到线，再到面，仅仅通过孔群角点的坐标位置，即能展开到整个杆件，全面反映出整个杆件的位置状态。需要指出，本发明实质上是从整体上实现了钢结构件的预拼装，因而比现有技术中的单个构件逐一与标准件对比有更大的精度，因为钢结构件与钢结构件在制作的时候本身会存在偏差，若仅仅考虑实现了两个钢结构件之间的连接，背景技术中提到的两篇对比文件所使用的方法确实可以消除上述拼装偏差，但是当多个节段的钢结构件(2个为一组，相邻两组之间相互连接的情况)之间的拼装偏差值是背景技术中所提到的对比文件没有考虑到的，而这也正是本发明的发明点所在。
附图说明
图1为现有技术中钢结构构件虚拟预拼装过程示意图。
图2为本发明的钢结构构件虚拟预拼装过程的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实例对本发明做进一步详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种钢结构虚拟预拼装技术。所述的方法具体包括以下步骤：(一)结构件测量数据获取。(二)拼接板设计点数据获取。(三)结构件拼装。(四)拼装精度分析。(五)拼装三维显示。
具体的，所述步骤(一)，选定待测结构件，对所有用于对接和检测的孔位和特征点进行编号，在对接孔群的四个角点上布设摄影测量工装，通过数字近景摄影测量系统进行拍照测量和解算，即可得到选定结构件本次摄影测量坐标系下的待测点三维坐标。步骤一是为了获取结构件的每个孔群四个角点的三维坐标。
具体的，所述步骤(二)，在预拼装软件中导入拼接板的三维设计模型，在模型上提取用于拼接用的螺栓孔的中心坐标。
具体的，所述步骤(三)，在节段拼接之前，对每个结构件进行加工精度分析，各指标合格后，再进行单节段拼接。每个节段拼接后，对单节段进行指标评价，如果有指标未通过，则调节拼接参数，重新拼接，直到所有指标最优为止。当单节段精度通过后，可进行两两节段的拼装。在进行两两节段拼接之前，保证每个节段拼接好并通过精度分析。两两节段拼接后，对所有节段进行拼装指标评价，如果有指标未通过，则调节拼接参数，重新拼接，直到所有指标最优为止。
具体的，所述步骤(四)，对结构件进行拼装后，需对拼装数据进行分析，对拼装结果进行评价，并将评价结果进行可视化输出，评价内容具体为11个指标：1)拼接缝两侧主梁高低差；2)横梁间距；3)试装全长；4)两主梁中心线；5)旁弯；6)横截面对角线差；7)水平对角线差；8)主梁端口垂直度；9)竖曲线线差(拱度)；10)每节段四角高低差；11)高强度螺栓孔量规通过率。
具体如下表：
具体的，所述步骤(五)，通过近景摄影测量系统idpms获得结构件的三维点云数据，为了使结构件显示更加直观，可以以三维模型的形式显示。显示方式如下：1)导入结构件的测量点云；2)在软件中导入结构件的三维设计模型；3)从设计模型中获得螺栓孔的设计坐标值；4)对螺栓孔的测量点和设计点进行公共点转换，得到转换参数，运用转换参数对设计模型进行变换，则设计模型会显示到测量点所在的位置。可参考着模型对测量点云数据进行相关数据计算和显示。
本方法中，数字模拟预拼装与实体预拼装相比可以极大地节约成本并缩短工期，对于大型复杂工程和施工条件恶劣的工程尤其如此。虚拟预拼装技术中采用了条件平差等技术，可以让实测坐标与理论坐标最大程度的接近，同时可以让桥梁尽量保持线形。与其他虚拟预拼装的方法相比，其对螺栓孔连接的钢结构拼装有更加显著的效果，由点到线，再到面，仅仅通过孔群角点的坐标位置，即能展开到整个杆件，全面反映出整个杆件的位置状态。