项目8基于BIM建筑机器人智能仿真系统关键技术研发.PDF

项目8 基于BIM 的建筑机器人智能仿真系统关键技术研发 需求单位：广东博智林机器人有限公司 需求描述： 广东博智林机器人有限公司是碧桂园控股有限公司的全资子公司，成立于 2018 年7 月。碧桂园控股有限公司于2007 年在香港上市，是世界500 强企业， 是行业龙头企业、标杆企业。 2018 年，碧桂园开始进军机器人行业，计划投入至少800 亿元，将机器 人更广泛的运用到建筑业、社区服务、生活起居等各类场景当中。 1.需求背景：随着社会的发展和技术水平的提高，利用建筑机器人代替建 筑工人从事建筑行业的大量危险及重体力作业已成为必然趋势。然而，建筑工 地情况复杂，机器人作业工序设计困难阻碍了建筑机器人真正走向实用。设计 建筑机器人的仿真平台，解决建筑机器人作业任务（程序）自动生成、工艺仿 真测试、工作台套数计算、多工序调度安排，以及优化施工流程和工艺等内容， 既是建筑机器人设计研发的加速剂，更是建筑机器人走向实际应用的粘合剂。 2.情况介绍：不同于传统机器人应用场景，建造过程中的楼宇内部结构复 杂、空间尺度差别大、机械装置移动复杂多变、各种障碍物多且位置随机，应 用场景呈现高度的非结构化特点；建筑机器人与传统工人在任务调度上有明显 不同，建筑工程流程控制及施工步骤也存在较大差异，呈现高度动态特点。这 种非结构化和动态变化，对建筑机器人的设计制造、生产定型、乃至工程应用 等方面都提出了极大的挑战。建筑机器人需要从产品设计的最开始阶段就进行 有针对性的优化设计，并不断测试修改产品性能和定位，才能最终满足实际建 筑工程需求。因此，研究基于VR （虚拟现实）技术和BIM （建筑信息化模型） 技术的建筑机器人仿真的测试系统，既是满足智能机械开发研究工作中对测试 平台高频次多方位的测试需求，又能不断探索优化各类建筑机械施工工序和施 工调度安排，提高效率并优化成本，对促进广东省机器人产业发展示范区建设 有积极意义。 本项目研究建筑机器人测试环境构造系统，能够基于BIM 技术生成建筑工 程并模拟各种工况（气候气象变化、光照变化、施工突发状况等）。研究跨平 台的建筑机器人仿真生成模块，能够模拟多种机器人控制平台，按要求生成被 试机器人虚拟模型，嵌入建筑测试环境进行仿真，能够结合VR 技术，实现测 试场景全监控，可视化模拟。并具备完善接口，能够接入实机机器人，进行仿 真。研究建筑机器人多机协同工艺仿真模块，能够对各类各型号建筑机器人协 同工艺、施工工序、施工调度安排进行虚拟仿真。研究建筑工程实体虚拟场景 的动态交互式仿真技术，并结合VR 技术，可视化展示机器人施工作业情况。 并利用AI 技术，智能评估建筑机器人个体作业状态、协同工作情况等，智能 评估建筑机器人施工状况、建筑工程质量状态、风险控制状况等。研究探索现 有国际（国家）标准、行业规范、附加安全标准，探索建筑机器人安全生产的 相关技术指标和规范。 具备通过仿真系统，加载各种测试子模块，对建筑机器人所需满足的各方 面指标，性能进行的综合仿真测试。测试模块分为以下五类： 1.基础模块：涵盖产品的物理数据（尺寸、重量）、外观数据（材质，颜 色）、安全、环保（有害物质）等； 2.力学模块：各种动力学静力学指标，包括结构性和机械行走部分性能等； 3.电气模块：包括各项电气指标，安全性指标，可靠性指标等； 4.通信模块：各种通信接口，I/O 交互接口，性能指标，传感器可靠性指 标，电磁兼容指标等； 5.智能模块：包括建筑机器人定位系统，运动轨迹，移动自组网，集群调 度。 仿真系统目标在于解决建筑机器人设计、生产、测试环节中可能出现的各 种问题。利用AI 技术提高仿真效率，系统根据被试机器人情况，智能组合测 试项目，智能结果分析，并提供智能辅助设计参考。 系统应具备以下特点： 1.仿真测试环境准确。通过BIM 技术结合指标库建设，全面准确的提供真 实环境的模拟，提供建筑机器人在高度仿真环境下的各类测试数据。同时，针 对被试建筑机器人的各项产品定位、工作环境，智能搭配测试模块及测试内容。 2.智能分析仿真测试结果。对被试建筑机器人的分析报告进行智能分析， 综合各项指标，从外观到产品质量，从性能到故障率各方面，给出合理化建议 及方案，帮助解决问题，加速产品设计开发流程。此外，通过智能分析与学习 测试报告，系统进行自我迭代改进，提供更准确智能场景测试。 考核指标： 面向各类建筑机器