Нашли ошибку на сайте?Сообщите нам:
НОВОСТИ
25.03.24
08.02.24
20.12.23
13.11.23
|
| |
|
Архив выпусков
Выпуск 3 (63), 2021
Вычисление объема работ на типовой технологической стоянке экскаватора для построения информационной модели
Кабанов В. Н.
Кабанов В. Н., д-р экон. наук, проф. кафедры технологии и организации строительного производства, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, Россия, г. Москва, e-mail: kabanovvn@yandex.ru | | | | | Постановка задачи. Построение информационных моделей строительных процессов невозможно без точного вычисления объема работ, выполняемого на типовой технологической стоянке (захватке). Цель работы состоит в разработке системы автоматизации вычислительных процедур, применяемых при определении объема земляных работ на типовой технологической стоянке экскаватора, которая используется в 4D- и 5D-BIM-моделях.
Результаты. Получены аналитические уравнения для вычисления объема земляных работ на одной технологической стоянке экскаватора с учетом технических характеристик землеройных машин, а также условий производства работ (категорий грунта по величине угла внутреннего трения).
Выводы. Аналитические зависимости объема работ на одной типовой технологической стоянке экскаватора от технических характеристик и условий производства работ (категорий грунта) могут применяться для формирования процедур автоматического вычисления объема работ, продолжительности и стоимости устройства котлованов. Величина объема работ на одной технологической захватке может применяться для формирования, оценки и выбора траектории движения экскаватора при устройстве котлована.
| | | | Ключевые слова: информационная модель, автоматизация, автоматическое вычисление объема работ, земляные работы, технологическая стоянка экскаватора. |
DOI: 10.36622/VSTU.2021.63.3.007 | | | Библиографический список 1. Бурый, Г. Г. Математическое моделирование процесса копания грунта сферическим ковшом / Г. Г. Бурый, И. К. Потеряев, С. Б. Скобелев, В. Ф. Ковалевский // Горное оборудование и электромеханика. — 2020. — № 4. — С. 53—58. — DOI: 10.26730/1816-4528-2020-4-53-58.
2. Савинкин, В. В. Обоснование оптимальных углов позиционирования рабочего органа оборудования экскаватора при эффективном копании грунта / В. В. Савинкин, В. Н. Кузнецова // Вестник машиностроения. — 2019. — № 1. — С. 23—28.
3. Сафронов, В. Н. Расчетная модель и программа расчета механической системы исполнительного органа гидравлического экскаватора / В. Н. Сафронов, Ю. В. Зайцев // Горное оборудование м электромеханика. — 2019. — 3 (143). — С. 33—38. — DOI: 10.26730/1816-4528-2019-3-33-38.
4. Сахапов, Р. Л. Спутниковые навигационные системы управления учебными динамическими моделями / Р. Л. Сахапов // Инновации в сельском хозяйстве. — 2019. — № 1. — С. 222—230.
5. Azar, E. R. Feasibility of in-plane articulation monitoring of excavator arm using planar marker tracking / E. R. Azar, C. Feng, V. R. Kamat // Journal of Information Technology in Construction. — 2015. — Vol. 20. — Р. 213—229.
6. Bender, F. A. Predictive operator modeling for virtual prototyping of hydraulic excavators / F. A. Bender, M. Mitschke, T. Bräunl, O. Sawodny // Automation in Construction. — 2017. — Vol. 84. — Р. 133—145. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2017.08.008.
7. Du, Yu. Virtual operator modeling method for excavator trenching / Yu. Du, M. Dorneich, B. L. Steward // Automation in Construction. — 2016. — Vol. 70. — Р. 14—25. — DOI: 10.1016/j.autcon.2016.06.013.
8. Guevremont, M. 4D Simulation of Rock Excavation Projects. / M. Guevremont, A. Hammad // Canadian Society of Civil Engineering Conference (CSCE) & ASCE Construction Research Conference (CRC) At. — 2019. — https://www.researchgate.net/publication/334248203_4D_Simulation_of_Rock_Excavation_Projects.
9. Kabanov V. Information modeling of the construction process (the case study of the construction of a civil building pit) / V. Kabanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2020. — Vol. 890. — Р. 012138. — DOI: 10.1088/1757-899X/890/1/012138.
10. Kim, J. Task planning strategy and path similarity analysis for an autonomous excavator. / J. Kim, D. Lee, J. Seo // Automation in Construction. — 2020 — Vol. 112. — DOI: 10.1016/j.autcon.2020.103108.
11. Lee, J. Development of Unmanned Excavator Vehicle System for Performing Dangerous Construction Work. / J. Lee, B. Kim, D. Sun, C. Han, Y. Ahn // Sensors — 2019. — Vol. 19. — Р. 4853. — DOI: https://doi.org/10.3390/s19224853.
12. Lee, S. S. Design of Flexible BIM System for Alignment-Based Facility. / S. S. Lee, M. J. Lee, J. Yo. Jeong // Journal of The Korean Society of Civil Engineers. — 2014. — Vol. 34. — Р. 677—685. — DOI: https://doi.org/10.12652/Ksce.2014.34.2.0677.
13. Litvin, O. Evaluation of Effect of the Excavator Cycle Duration on its Productivity / O. Litvin, Ya. Litvin // E3S Web Conf. — 2020. — Vol. 174. — DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017401010.
14. Moon, S. W. Developing a 3D BIM for earthwork construction / S. W. Moon // The 6th International Conference on Construction Engineering and Project Management. — 2015. — Р. 245—247.
15. Moon, S. Virtual graphic representation of construction equipment for developing a 3D earthwork BIM / S. Moon, J. Seo // Journal of Civil Engineering and Management. — 2017. — Vol. 23. — Р. 977—984. — DOI: 10.3846/13923730.2017.1348981.
16. Niskanen, I. 4D modeling of soil surface during excavation using a solid-state 2D profilometer mounted on the arm of an excavator. / I. Niskanen, V. Immonen, T. Makkonen, P. Keränen, P. Tyni, L. Hallman, M. Hiltunen, T. Kolli, Y. Louhisalmi, Ju. Kostamovaara, R. Heikkilä // Automation in Construction. — 2020. — Vol. 112. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2020.103112.
17. Patel, B. P. Evaluation of Bucket Capacity, Digging Force Calculations and Static Force Analysis of Mini Hydraulic Backhoe Excavator / B. P. Patel, J. M. Prajapati // Machine Design. — 2012 — Vol. 4. — Р. 59—66.
18. Sandzimier, R. J. A Data-Driven Approach to Prediction and Optimal Bucket-Filling Control for Autonomous Excavators / R. J. Sandzimier, H. H. Asada // IEEE Robotics and 2020 Automation Letters. — 2020. — Vol. 5. — Р. 2682—2689. — DOI: 10.1109/LRA.2020.2969944.
19. Sekizuka, R. System to Evaluate the Skill of Operating Hydraulic Excavators Using a Remote Controlled Excavator and Virtual Reality / R. Sekizuka, M. Ito, S. Saiki, Y. Yamazaki, Yu. Kurita // Frontiers in Robotics and AI. — 2020. — Vol. 6. — Р. 142. — DOI: 10.3389/frobt.2019.00142.
20. Seo, J. Task planner design for an automated excavation system / J. Seo, S. Lee, J. Kim, S-K. Kim // Automation in Construction — AUTOM CONSTR. — 2011. — Vol. 20. — Р. 954—966. — DOI: 10.1016/j.autcon.2011.03.013.
21. Suryo, S. Simulation of Excavator Bucket Pressuring Through Finite Element Method / S. Suryo, A. Bayuseno, J. Jamari, G. Ramadhan // Civil Engineering Journal. — 2018. —Vol. 4. — Р. 478. — DOI: 10.28991/cej-0309107.
22. Velikanov, V. S. Mining excavator working equipment load forecasting according to a fuzzy-logistic model / V. S. Velikanov // Journal of Mining Institute. — 2020. — Vol. 241. — Р. 29—36. — DOI: 10.31897/PMI.2020.1.29.
23. Vu, N. T. T. Path Planning for Excavator Arm: Fuzzy Logic Control Approach / N. T. T. Vu, N. P. Tran // Journal of robotics. — 2020. — Vol. 2020. — DOI: 10.1155/2020/8893260.
24. Yamamoto, H. Basic Technology toward Autonomous Hydraulic Excavator / H. Yamamoto, M. Moteki, H. Shao, T. Ootuki, H. Kanazawa, Yo. Tanaka // The 26th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC—2009). — 2009. — Р. 288—295. — DOI: 10.22260/ISARC2009/0021.
25. Zou, Z. Comprehensive theoretical digging performance analysis for hydraulic excavator using convex polytope method / Z. Zou, X Pang, J. Chen // Multibody Syst Dyn. — 2019. — Vol. 47. — Р. 137—164. — DOI: https://doi.org/10.1007/s11044-019-09686-0.
| | | | | Ссылка для цитирования Кабанов, В. Н. Вычисление объема работ на типовой технологической стоянке экскаватора для построения информационной модели / В. Н. Кабанов // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2021. - № 3 (63). - С. 73-82. - DOI: 10.36622/VSTU.2021.63.3.007. | | | | | | | | | English version | | | Calculation of the Amount of Work on a Typical Technological Parking Area Lot of an Excavator for Building an Information Model | Kabanov V. N. | | | | | Kabanov V. N., D. Sc. in Economics, Prof. of the Dept. of Technology and Organization of Construction Production, National Research University Moscow State University of Civil Engineering, Russia, Moscow, e-mail: kabanovvn@yandex.ru |
| | | Statement of the problem. The construction of information models of construction processes is impossible without an accurate calculation of the amount of work performed on a typical technological parking lot (gripper). The aim of the work is to automate the computational procedures used to calculate the amount of excavation work on a typical technological excavator parking lot, which is used in 4D and 5D BIM models.
Results. Analytical equations are obtained for calculating the volume of earthworks at one technological site of an excavator, taking into account the technical characteristics of earthmoving machines, as well as the conditions of work (the category of soil according to the value of the internal friction angle).
Conclusions. The analytical dependences of the volume of work on one typical technological site of an excavator on the technical characteristics and operating conditions (the category of soil) can be used to form procedures for automatically calculating the volume of work, the duration and cost of the construction of pits. The amount of work on a single technological gripper can be used to form, evaluate and select the trajectory of the excavator during the construction of the pit.
| | | | Keywords: information model, automation, automatic calculation of the volume of work, earthwork, technological parking of an excavator. |
DOI: 10.36622/VSTU.2021.63.3.007
References 1. Buryi, G. G. Matematicheskoe modelirovanie protsessa kopaniya grunta sfericheskim kovshom / G. G. Buryi, I. K. Poteryaev, S. B. Skobelev, V. F. Kovalevskii // Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. — 2020. — № 4. — S. 53—58. — DOI: 10.26730/1816-4528-2020-4-53-58.
2. Savinkin, V. V. Obosnovanie optimal'nykh uglov pozitsionirovaniya rabochego organa oborudovaniya ekskavatora pri effektivnom kopanii grunta / V. V. Savinkin, V. N. Kuznetsova // Vestnik mashinostroeniya. — 2019. — № 1. — S. 23—28.
3. Safronov, V. N. Raschetnaya model' i programma rascheta mekhanicheskoi sistemy ispolnitel'nogo organa gidravlicheskogo ekskavatora / V. N. Safronov, Yu. V. Zaitsev // Gornoe oborudovanie m elektromekhanika. — 2019. — 3 (143). — S. 33—38. — DOI: 10.26730/1816-4528-2019-3-33-38.
4. Sakhapov, R. L. Sputnikovye navigatsionnye sistemy upravleniya uchebnymi dinamicheskimi modelyami / R. L. Sakhapov // Innovatsii v sel'skom khozyaistve. — 2019. — № 1. — S. 222—230.
5. Azar, E. R. Feasibility of in-plane articulation monitoring of excavator arm using planar marker tracking / E. R. Azar, C. Feng, V. R. Kamat // Journal of Information Technology in Construction. — 2015. — Vol. 20. — Р. 213—229.
6. Bender, F. A. Predictive operator modeling for virtual prototyping of hydraulic excavators / F. A. Bender, M. Mitschke, T. Bräunl, O. Sawodny // Automation in Construction. — 2017. — Vol. 84. — Р. 133—145. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2017.08.008.
7. Du, Yu. Virtual operator modeling method for excavator trenching / Yu. Du, M. Dorneich, B. L. Steward // Automation in Construction. — 2016. — Vol. 70. — Р. 14—25. — DOI: 10.1016/j.autcon.2016.06.013.
8. Guevremont, M. 4D Simulation of Rock Excavation Projects. / M. Guevremont, A. Hammad // Canadian Society of Civil Engineering Conference (CSCE) & ASCE Construction Research Conference (CRC) At. — 2019. — https://www.researchgate.net/publication/334248203_4D_Simulation_of_Rock_Excavation_Projects.
9. Kabanov V. Information modeling of the construction process (the case study of the construction of a civil building pit) / V. Kabanov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — 2020. — Vol. 890. — Р. 012138. — DOI: 10.1088/1757-899X/890/1/012138.
10. Kim, J. Task planning strategy and path similarity analysis for an autonomous excavator. / J. Kim, D. Lee, J. Seo // Automation in Construction. — 2020 — Vol. 112. — DOI: 10.1016/j.autcon.2020.103108.
11. Lee, J. Development of Unmanned Excavator Vehicle System for Performing Dangerous Construction Work. / J. Lee, B. Kim, D. Sun, C. Han, Y. Ahn // Sensors — 2019. — Vol. 19. — Р. 4853. — DOI: https://doi.org/10.3390/s19224853.
12. Lee, S. S. Design of Flexible BIM System for Alignment-Based Facility. / S. S. Lee, M. J. Lee, J. Yo. Jeong // Journal of The Korean Society of Civil Engineers. — 2014. — Vol. 34. — Р. 677—685. — DOI: https://doi.org/10.12652/Ksce.2014.34.2.0677.
13. Litvin, O. Evaluation of Effect of the Excavator Cycle Duration on its Productivity / O. Litvin, Ya. Litvin // E3S Web Conf. — 2020. — Vol. 174. — DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017401010.
14. Moon, S. W. Developing a 3D BIM for earthwork construction / S. W. Moon // The 6th International Conference on Construction Engineering and Project Management. — 2015. — Р. 245—247.
15. Moon, S. Virtual graphic representation of construction equipment for developing a 3D earthwork BIM / S. Moon, J. Seo // Journal of Civil Engineering and Management. — 2017. — Vol. 23. — Р. 977—984. — DOI: 10.3846/13923730.2017.1348981.
16. Niskanen, I. 4D modeling of soil surface during excavation using a solid-state 2D profilometer mounted on the arm of an excavator. / I. Niskanen, V. Immonen, T. Makkonen, P. Keränen, P. Tyni, L. Hallman, M. Hiltunen, T. Kolli, Y. Louhisalmi, Ju. Kostamovaara, R. Heikkilä // Automation in Construction. — 2020. — Vol. 112. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2020.103112.
17. Patel, B. P. Evaluation of Bucket Capacity, Digging Force Calculations and Static Force Analysis of Mini Hydraulic Backhoe Excavator / B. P. Patel, J. M. Prajapati // Machine Design. — 2012 — Vol. 4. — Р. 59—66.
18. Sandzimier, R. J. A Data-Driven Approach to Prediction and Optimal Bucket-Filling Control for Autonomous Excavators / R. J. Sandzimier, H. H. Asada // IEEE Robotics and 2020 Automation Letters. — 2020. — Vol. 5. — Р. 2682—2689. — DOI: 10.1109/LRA.2020.2969944.
19. Sekizuka, R. System to Evaluate the Skill of Operating Hydraulic Excavators Using a Remote Controlled Excavator and Virtual Reality / R. Sekizuka, M. Ito, S. Saiki, Y. Yamazaki, Yu. Kurita // Frontiers in Robotics and AI. — 2020. — Vol. 6. — Р. 142. — DOI: 10.3389/frobt.2019.00142.
20. Seo, J. Task planner design for an automated excavation system / J. Seo, S. Lee, J. Kim, S-K. Kim // Automation in Construction — AUTOM CONSTR. — 2011. — Vol. 20. — Р. 954—966. — DOI: 10.1016/j.autcon.2011.03.013.
21. Suryo, S. Simulation of Excavator Bucket Pressuring Through Finite Element Method / S. Suryo, A. Bayuseno, J. Jamari, G. Ramadhan // Civil Engineering Journal. — 2018. —Vol. 4. — Р. 478. — DOI: 10.28991/cej-0309107.
22. Velikanov, V. S. Mining excavator working equipment load forecasting according to a fuzzy-logistic model / V. S. Velikanov // Journal of Mining Institute. — 2020. — Vol. 241. — Р. 29—36. — DOI: 10.31897/PMI.2020.1.29.
23. Vu, N. T. T. Path Planning for Excavator Arm: Fuzzy Logic Control Approach / N. T. T. Vu, N. P. Tran // Journal of robotics. — 2020. — Vol. 2020. — DOI: 10.1155/2020/8893260.
24. Yamamoto, H. Basic Technology toward Autonomous Hydraulic Excavator / H. Yamamoto, M. Moteki, H. Shao, T. Ootuki, H. Kanazawa, Yo. Tanaka // The 26th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC—2009). — 2009. — Р. 288—295. — DOI: 10.22260/ISARC2009/0021.
25. Zou, Z. Comprehensive theoretical digging performance analysis for hydraulic excavator using convex polytope method / Z. Zou, X Pang, J. Chen // Multibody Syst Dyn. — 2019. — Vol. 47. — Р. 137—164. — DOI: https://doi.org/10.1007/s11044-019-09686-0.
|
|
|
|
|
