本技术涉及建筑施工，更具体地说，涉及一种建筑墙体智能化开槽施工装置及方法。
背景技术：
1、在建筑水电安装工程施工过程中，对线管进行暗装时，需要将墙体进行开槽，由于墙体开槽数量多，采用人工手持切割机或剔打进行开槽时，费时费力。人工操作难以保证开槽的直线度和深度的一致性，特别是在面对复杂墙体结构时，更容易出现偏差。
2、现有技术公开号为cn116277541a的文献提供一种墙体智能开槽装置及使用方法；开槽装置包括移动底座、沿竖向设置且安装在移动底座上的竖向架、沿竖向做直线移动且与竖向架滑动配合的滑动架、用于驱动滑动架沿竖向移动的竖向驱动装置、安装在滑动架上的切割装置、安装在移动底座上且与切割装置配合使用的防尘装置、以及安装在竖向架上分别与防尘装置、竖向驱动装置、切割装置连接的控制箱。以及公开了使用方法，该发明能够有效的实现不同长度、宽度的槽进行开槽，结构简单实用性强。
3、上述中的现有技术方案虽然通过现有技术的结构可以实现有关的有益效果，但是仍存在以下缺陷：1、在对墙面切槽过程中，可能会碰到墙壁内的钢筋、水管或线缆。2、无法对墙壁开槽产生的后果进行评估，在对墙壁开槽后，可能会严重影响墙壁的承重等性能。无法提前识别并预警潜在的风险点，如承重能力变化、抗震性能降低和开裂风险等。
4、鉴于此，我们提出一种建筑墙体智能化开槽施工装置及方法。
技术实现思路
1、1.要解决的技术问题
2、本技术的目的在于提供一种建筑墙体智能化开槽施工装置及方法，解决了上述背景技术中提出的技术问题，实现了通过集成的数据收集模块和避让检测机构，能够精确获取墙体信息并快速识别出墙体内钢筋、水管、线缆等关键部件的位置；通过避让检测机构和路线规划模块的结合使用，确保了在开槽过程中能够避开墙体内的关键部件；开槽评估模块通过综合评估开槽对墙体结构和性能的影响，提前识别出潜在的风险点，降低了施工过程中的安全风险的技术效果。
3、2.技术方案
4、本技术技术方案提供了一种建筑墙体智能化开槽施工装置，包括：
5、数据收集模块：收集墙体相关的信息，包括墙体的材质、厚度、结构类型以及墙体内钢筋、水管或线缆等关键部件的部署位置；在开槽过程中，尽量避免损伤墙体结构中的钢筋等关键部件。
6、避让检测机构：包括墙体探测雷达检测仪，通过墙体探测雷达检测仪对墙体计划开槽区域进行扫描，通过雷达波在墙体中的反射和透射，分析墙体内钢筋、水管和线缆的分布情况(包括路线和精确位置)。
7、路线规划模块:对开槽的路线和位置进行规划，避开墙体内钢筋、水管和线缆等关键部件，确保开槽施工不会对墙体结构和内部设施造成破坏。
8、开槽评估模块：根据路线规划模块规划的开槽路线，结合墙体的结构类型、材质和厚度等因素，综合评估开槽对墙体整体结构和性能的影响；包括墙体承重能力的变化、抗震性能的降低以及开裂风险等。如果评估结果显示开槽施工对墙体结构和性能的影响很严重；需要调整开槽路线；
9、开槽机构：根据规划好的开槽路线在墙体上开槽。
10、plc控制模块，与开槽机构、避让检测机构、路线规划模块和开槽评估模块网络连接。
11、通过上述技术方案，通过集成的数据收集模块和避让检测机构，能够精确获取墙体信息并快速识别出墙体内钢筋、水管、线缆等关键部件的位置。这种精确性大大减少了传统施工中因盲目开槽导致的返工和修复工作；保护墙体结构与内部设施，避让检测机构和路线规划模块的结合使用，确保了在开槽过程中能够避开墙体内的关键部件。开槽评估模块通过综合评估开槽对墙体结构和性能的影响，提前识别出潜在的风险点，从而降低了施工过程中的安全风险，并可能减少因后期修复而增加的成本。
12、作为本发明一种可选方案，避让检测机构通过墙体探测雷达检测仪对墙体计划开槽区域进行扫描，分析墙体内钢筋、水管和线缆的分布情况，包括以下步骤：
13、一、现场勘查：对计划开槽的墙体区域进行初步勘查，了解墙体的材质、厚度、结构类型以及可能存在的障碍物。确定扫描的起点和终点，以及扫描的路线和间距。
14、二、雷达扫描：根据墙体的材质和厚度，调整墙体探测雷达检测仪的发射频率、增益、滤波等参数。设置扫描的分辨率和深度，以确保能够捕捉到墙体内钢筋、水管和线缆的反射信号。将墙体探测雷达检测仪的探头紧贴于墙体表面，沿着预定的扫描路线进行匀速移动。墙体探测雷达检测仪自动记录扫描过程中接收到的雷达波反射信号，并将其转化为图像或数据形式进行保存。
15、三、数据分析：使用专业的管线探测软件对扫描得到的数据进行处理，提取出钢筋、水管和线缆的反射信号。通过分析反射信号的强度、频率、相位等信息，确定钢筋、水管和线缆的精确位置、走向和深度。将处理后的数据转化为二维或三维图像，直观展示墙体内钢筋、水管和线缆的分布情况。
16、四、出具报告：根据扫描和分析结果，编制详细的检测报告，包括墙体内钢筋、水管和线缆的分布图、位置描述、深度信息等。
17、通过上述技术方案，能够精确识别并定位墙体内钢筋、水管和线缆的位置、走向及深度，为后续的路线规划和施工提供准确的数据支持，减少误判和误差。通过提前了解墙体内部结构，避免在施工过程中意外损坏关键部件，如钢筋、水管和线缆，从而预防施工事故，保障人员安全，减少财产损失。
18、作为本发明一种可选方案，路线规划模块根据避让检测机构分析的墙体内钢筋、水管和线缆的分布情况，对开槽的路线和位置进行规划，包括以下步骤：
19、一、数据处理：
20、对提供的数据进行处理，包括噪声去除，信号增强，以生成清晰的墙体内部图像。
21、二、规划避让关键部件：规划避开已知位置和走向的关键部件(如钢筋、水管、线缆)；
22、通过成本函数帮助量化避让难度：cost＝∑ni＝1(wi×di)；其中，cost为规划路线的总成本或难度指标。wi为第i个关键部件(例如钢筋、水管或线缆等)的权重，反映了该部件避让的重要性或难度，可以根据部件的重要性进行调整。di为规划路线与第i个关键部件之间的最小距离。n为墙体内关键部件的总数。
23、三、初步路线规划：启动专业的管线探测与分析软件，并加载处理后的图像数据。在软件界面上，利用提供的绘图工具(如线条、箭头、矩形框等)开始规划。根据图像中显示的钢筋、水管、线缆等关键部件的位置和走向，初步绘制出需要避让的区域。在避开已知关键部件的基础上，初步规划开槽的路线和位置。采用几何避障法规划路径；
24、四、核对避开关键部件：核对关键部件位置，仔细核对图像信息，确保规划的路线已经避开了所有已知的钢筋、水管和线缆等关键部件。特别注意交叉点、转角等可能隐藏关键部件的区域。如果发现规划路线与某个关键部件过于接近或存在冲突，及时进行调整。调整时，可能需要重新考虑路线的走向或开槽的位置，以确保完全避开关键部件。具体包括以下内容：
25、计算障碍物边界：(x-a)2+(y-b)2＝r2；式中，x,y为路线上某点的坐标。a,b为圆形障碍物中心的坐标。r为圆形障碍物的半径。通过计算障碍物边界确定墙体内圆形障碍物(如管道)的位置。
26、与圆形障碍物的交点计算：(x-a)2+(mx+c-b)2＝r2；式中，m为直线斜率，c为直线截距，即直线与y轴的交点的y坐标。通过公式计算直线开槽路径与圆形障碍物的交点。
27、路径调整：根据障碍物和交点计算新的绕障路径，公式如下:
28、newroute＝tangent(obstacle,intersection)；
29、tangent＝{(x,y)∣(y-y1)＝-[(x1-a)/(y1-b)*(x-x1)]}；式中，
30、newroute为调整后的路线。tangent表示计算障碍物边缘切线函数。obstacle表示障碍物的信息，可能包括形状、大小和位置。intersection为障碍物边界与路线的交点。其中，x1和y1分别圆上的某一点横坐标和纵坐标，也是切线将要经过的点坐标；(a,b)为圆心的坐标。
31、避障策略：计算避障所需增加的路径长度，确保安全距离。
32、davoid＝distance(route,obstacle)+safetymargin；式中，distance
33、为路线与障碍物之间的距离。safetymargin为确保安全而增加的额外缓冲距离。
34、五、使用路径平滑技术，优化避障后的路径。在软件中模拟避障路径，确保路径的合理性和安全性。
35、通过上述技术方案，通过精确分析墙体内钢筋、水管、线缆等关键部件的分布情况，并据此规划开槽路线，可大幅降低在施工过程中意外损坏这些重要部件的风险。这不仅避免了潜在的财产损失，还确保了施工人员的安全。
36、作为本发明一种可选方案，开槽评估模块根据路线规划模块规划的开槽路线，结合墙体的结构类型、材质和厚度等因素，综合评估开槽对墙体整体结构和性能的影响；包括以下步骤：
37、一、收集资料：
38、获取墙体的结构设计图纸、施工图纸、建筑材料报告等相关资料。了解墙体的结构类型(如承重墙、非承重墙、剪力墙等)、材质(如砖墙、混凝土墙、石膏板墙等)和厚度。仔细研究路线规划模块提供的开槽路线，了解其具体走向、长度、深度及位置。
39、二、现场勘查：对墙体进行现场勘查，观察墙体的外观、裂缝、破损等情况。对墙体进行必要的结构检测，如使用回弹仪检测混凝土的强度，使用超声波检测墙体的密实度等。
40、三、综合评估:包括承重能力评估、抗震性能评估和开裂风险评估；
41、承重能力评估：根据墙体的结构类型和材质，评估开槽施工对墙体承重能力的影响。特别注意承重墙和剪力墙的开槽位置，避免削弱墙体的承重能力。按照下式进行承重能力评估:
42、loadcapacity＝k×s×t；
43、k＝a×t+b×s+c；
44、其中，t为墙体厚度，表示墙体在开槽方向上的物理尺寸。s为材质强度，表示墙体材料的力学性能，如混凝土的抗压强度。k为根据墙体结构类型(如"承重墙"、"非承重墙"、"剪力墙"等)确定的系数，用于调整承重能力评估以符合不同结构的要求。a、b和c是常数，它们取决于具体的设计规范、荷载条件、抗震要求等因素,通过设计规范来确定。
45、loadcapacity为承重能力，表示墙体在开槽后能承受的最大荷载。
46、抗震性能评估：分析开槽施工对墙体抗震性能的影响；横向开槽可能破坏墙体的整体性，降低抗震能力，因此应尽量避免在承重墙上进行横向开槽。
47、按下列公式进行抗震性能评估：
48、seismicperformance＝seismiccoefficient×(1-α抗震×l)；
49、其中，seismiccoefficient为原始抗震系数，表示墙体原始的抗震性能指标。α抗震为开槽对抗震性能的影响系数，用于量化开槽对墙体抗震性能的影响。l为开槽长度，表示开槽的总长度。
50、开裂风险评估：评估开槽施工后墙体开裂的风险，考虑开槽的深度、宽度、长度以及墙体材料的应力分布情况，预测可能出现的开裂问题。
51、通过下列公式进行开裂风险评估：
52、crackrisk＝(d2×w2)×[1+(l/t)]γ/(t3×s)；
53、式中，d为开槽的深度。w为开槽的宽度。l为开槽的长度。t为墙体的厚度。s为材料的强度。γ为考虑长度影响的经验系数。
54、通过上述技术方案，综合评估开槽对墙体承重能力的影响，确保施工不会削弱墙体的承重能力，从而维护建筑物的整体结构安全。能够有效避免因施工不当导致的结构安全隐患。在开槽前对墙体进行全面的评估，包括承重能力、抗震性能和开裂风险等，有助于施工团队制定更加科学合理的施工方案，提升施工质量。通过现场勘查和必要的结构检测，及时发现墙体存在的问题和潜在风险，如裂缝、破损、强度不足等，从而在施工前采取相应的措施进行修复或加固，降低施工过程中的风险。
55、作为本发明一种可选方案，采用数据分析方法确定经验系数γ，包括以下步骤：
56、数据收集:收集墙体开槽的相关数据，包括但不限于开槽的深度、宽度、长度、墙体厚度、材质强度，以及开槽后墙体的开裂情况。
57、数据预处理:通过清洗数据，处理缺失值、异常值和错误数据。通过标准化或归一化数据，以消除不同量纲的影响。可以加快模型训练速度，并帮助避免由于不同量纲导致的偏差。
58、特征选择:选择与墙体开裂风险高度相关的特征。确定哪些特征(变量)将被用于模型，例如开槽的深度、宽度、长度、墙体厚度、材质强度。
59、建立初始模型:根据问题的性质和数据的特性选择合适的模型类型。
60、crackrisk＝β0+β1d+β2w+β3l+β4(l/t)γ+ε。
61、式中，crackri sk为墙体开槽后的开裂风险，通常是我们想要预测或评估的响应变量。β0为截距项，它是模型中当所有自变量为零时的开裂风险的基础水平。β1,β2,β3,β4分别代表开槽深度、宽度、长度和长度与厚度比例的系数，它们表示各自变量对开裂风险的影响强度。d为开槽深度，指从墙体表面到开槽底部的垂直距离。w为开槽宽度，指开槽的水平尺寸。l为开槽长度，指开槽的总长度。t为墙体厚度，指墙体在开槽方向的尺寸。γ为经验系数，用于调整模型中长度与厚度比例项的非线性效应。ε为误差项，代表模型无法解释的随机变异或噪声。
62、选择统计方法或回归分析:根据数据特性和模型需求，选择合适的统计方法或回归分析技术，如线性回归、多项式回归、非线性回归等。
63、模型拟合:使用所选的回归分析方法拟合模型，确定系数γ的值。拟合过程中需要调整模型参数，以最小化预测误差。
64、模型评估:使用统计指标(如r2分数、均方误差mse等)评估模型的拟合优度。
65、模型诊断:验证模型是否满足回归分析的基本假设，这是确保模型有效性的关键步骤。如果发现模型不满足某些假设，需要重新考虑模型选择或数据预处理步骤。检查模型是否满足回归分析的假设，如残差的正态性、方差齐性、独立性等。
66、交叉验证:采用交叉验证方法(如k折交叉验证)评估模型的稳定性和泛化能力。
67、敏感性分析:进行敏感性分析，了解γ值变化对模型预测的影响。
68、模型更新:根据模型评估和验证的结果，更新模型结构或参数。
69、专家验证:将模型结果提交给领域专家进行验证，获取反馈。
70、最终确定:综合数据分析结果、模型评估、交叉验证和专家意见，最终确定γ的值。
71、作为本发明一种可选方案，开槽机构包括：智能移动底座、立柱、升降滑块、电动伸缩杆、电动转盘和切槽机构；
72、智能移动底座上固定设置有立柱；智能移动底座为整个切槽机构的基础和移动平台，智能移动底座能够根据预设路径或外部指令进行精确的位置移动，确保切槽机构能够到达工作区域的任意指定位置。集成了传感器、控制系统和驱动电机，以实现自主导航或远程控制。
73、立柱上可转动的设置有丝杆；智能移动底座上固定设置有电动机；电动机的输出端与丝杆同轴固定连接；
74、立柱上可滑动的设置有升降滑块；升降滑块与丝杆螺纹配合连接设置；
75、升降滑块上固定设置有电动伸缩杆；
76、电动伸缩杆的活动杆上固定设置有电动转盘；电动伸缩杆提供额外的长度调整能力，使切槽机构能够在一定范围内进行前后微调，以适应不同位置的需求。电动伸缩杆具有快速响应、易于控制和定位准确的特点。
77、电动转盘的输出端固定设置有切槽机构。通过调整电动转盘的旋转角度和速度，可以实现对切槽方向和深度的精确控制。
78、智能移动底座上固定设置有配重块。通过配重块确保在移动过程中保持稳定，防止因重心偏移导致的倾覆或晃动。
79、在电动伸缩杆上固定设置有激光测距仪，用于测量切槽机构到地面的高度；
80、电动转盘上固定设置有位移感应器，用于监测切槽机构的切槽深度。
81、通过上述技术方案，智能移动底座可带动切槽机构移动位置，启动电动机带动丝杆转动，丝杆带动升降滑块上下移动，升降滑块带动电动伸缩杆移动，从而带动切槽机构进行上下移动；电动转盘可带动切槽机构转动，进行横向切槽或竖向切槽。
82、作为本发明一种可选方案，切槽机构包括电机、刀架、刀片、主动带轮、从动带轮和传动带；
83、刀架固定设置在电动转盘的输出端；刀架具备良好的刚性和稳定性，以承受切槽过程中产生的切削力和振动。
84、刀架上可转动的设置有从动带轮；从动带轮上同轴固定设置有刀片固定轴；刀片固定轴上可拆卸的固定设置有刀片；
85、刀架上固定设置有电机，电机的输出端同轴固定设置有主动带轮；
86、主动带轮和从动带轮之间设置有传动带。
87、切槽机构上固定设置有压力感应器，可以实时监测切槽机构与墙壁之间的接触力，确保切槽作业在预定的参数范围内进行。
88、通过上述技术方案，启动电机带动主动带轮转动，主动带轮通过传动带带动从动带轮转动，从动带轮通过刀片固定轴带动刀片转动，进行切槽的操作。
89、作为本发明一种可选方案，智能移动底座上方固定设置有收集箱，收集箱上固定设置有负压抽吸泵；负压抽吸泵的输出端与收集箱连通；
90、电动伸缩杆的活动杆末端固定设置有灰尘承接盒；
91、灰尘承接盒通过软管与负压抽吸泵的输入端连通；
92、灰尘承接盒位于刀片的下方。
93、通过上述技术方案，在切槽过程中，刀片旋转并切割工件，同时产生大量的灰尘和碎屑。灰尘承接盒对废料进行承接。负压抽吸泵启动并产生负压环境，通过软管将灰尘承接盒中的废料抽吸到收集箱中。
94、本发明提供一种建筑墙体智能化开槽施工方法，包括以下步骤：
95、s1、避让检测机构通过墙体探测雷达检测仪对墙体计划开槽区域进行扫描，通过雷达波在墙体中的反射和透射，分析墙体内钢筋、水管和线缆的分布情况(包括路线和精确位置)。
96、s2、路线规划模块对开槽的路线和位置进行规划，避开墙体内钢筋、水管和线缆等关键部件，确保开槽施工不会对墙体结构和内部设施造成破坏。
97、s3、开槽评估模块根据路线规划模块规划的开槽路线，结合数据收集模收集的墙体的结构类型、材质和厚度等因素，综合评估开槽对墙体整体结构和性能的影响；包括墙体承重能力的变化、抗震性能的降低以及开裂风险等。如果评估结果显示开槽施工对墙体结构和性能的影响很严重；需要调整开槽路线；
98、s4、将开槽机构移动到需要开槽的位置，选择安装合适宽度的刀片；
99、s5、开槽机构根据规划好的开槽路线在墙体上开槽；包括以下步骤：
100、s51、电动机带动丝杆转动，丝杆带动升降滑块上下移动，升降滑块带动电动伸缩杆移动，从而带动切槽机构进行上下移动到合适高度，使刀片处于切槽起点位置；
101、s52、启动电动转盘带动切槽机构转动，使刀片转动到横向或竖向。
102、s53、启动电动伸缩杆和电机，电机带动刀片转动，电动伸缩杆带动刀片向墙壁内伸入到需要的深度；
103、s54、按照规划好的路线进行开槽的操作；
104、s55、同时，启动负压抽吸泵，负压抽吸泵通过软管将灰尘承接盒承接的灰尘抽吸到收集箱中，避免污染环境。
105、3.有益效果
106、本技术技术方案中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
107、1、本发明通过集成的数据收集模块和避让检测机构，能够精确获取墙体信息并快速识别出墙体内钢筋、水管、线缆等关键部件的位置。这种精确性大大减少了传统施工中因盲目开槽导致的返工和修复工作，从而提高了施工效率；保护墙体结构与内部设施。
108、2、避让检测机构和路线规划模块的结合使用，确保了在开槽过程中能够避开墙体内的关键部件，如钢筋、水管和线缆，有效防止了施工中对这些重要设施的破坏。
109、3、开槽评估模块通过综合评估开槽对墙体结构和性能的影响，提前识别出潜在的风险点，如承重能力变化、抗震性能降低和开裂风险等。这有助于施工团队在施工前采取相应措施进行调整或加固，从而降低了施工过程中的安全风险，并可能减少因后期修复而增加的成本。
110、4、通过灰尘承接盒对开槽过程纵的灰尘进行承接，负压抽吸泵通过软管将灰尘承接盒中的废料抽吸到收集箱中。不仅改善了工作环境和空气质量，保护工人的身体健康。
1.一种建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：步骤s5包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：步骤s1包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：步骤s2包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：步骤s24包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：步骤s3包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：采用数据分析方法确定经验系数γ，包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：所述开槽机构包括：智能移动底座、立柱、升降滑块、电动伸缩杆、电动转盘和切槽机构；
9.根据权利要求8所述的建筑墙体智能化开槽施工方法，其特征在于：切槽机构包括电机、刀架、刀片、主动带轮、从动带轮和传动带；
10.一种建筑墙体智能化开槽施工装置，包括：数据收集模块、避让检测机构、路线规划模块、开槽评估模块、开槽机构和plc控制模块；其特征在于：
