CN106595565B - 一种基于bim的智能化监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的智能化监测系统，所述系统包括GPS及传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基于BIM技术的后台服务管理模块，所述基于BIM技术的后台服务管理模块包括数据库、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块、健康监测模块和显示模块。本发明可以实现基坑的实时化监测，通过BIM和GIS系统实现基坑可视化显示，通过VR、AR技术实现虚拟与现实情况的结合，通过健康监测模块实现对基坑的潜在风险进行预警、报警，进而安全、顺利的完成基坑的施工。

Description

一种基于BIM的智能化监测系统

技术领域

本发明涉及一种监测系统，尤其涉及一种基于BIM的智能化监测系统。

背景技术

随着城市化进程的加快和建筑水平的提高，基坑工程在总体数量、开挖深度和使用领域方面得到了高速发展。传统的基坑健康监测以报表配合二维曲线、图形的方式显示变形趋势，发现问题后反馈并采取必要的补救措施，保证基坑的健康运行。但是，这种方法的缺点是耗时耗力，不利于基坑变形的快速判断，靠人工阅读，易发生疏漏情况，无法直查看整体基坑的变形趋势，迅速排除危险源，不利于基坑的健康监测。通常基坑监测主要是对基坑围护结构和周边环境的健康监测，如何真实而准确地记录基坑现场工况，实时自动监测基坑支护和周边环境的变形，并及时反映给工程技术人员，当变形超过控制值即使没有丰富经验的技术人员也可快速准确地采取控制措施，同时跟踪基坑后续状况，这是一个值得探讨的问题。

BIM技术(建筑信息模型)是数字技术在建筑工程中的直接应用，解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。地理信息技术（GIS）是以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息的计算机技术，目前GIS技术已经在各个行业推广应用并快速发展。VR技术（虚拟现实）和AR技术（增强现实）借助计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，借助现实设备虚拟对象与真实环境融为一体，呈现效果真实的新环境，具有虚拟结合、实时交互和三维注册的特点，在各领域也有广发的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和目前各领域应用推广的前景技术，提供一种基于BIM的智能化监测系统，利用BIM和GIS、VR和AR技术，实现对基坑的实时监测，通过GIS技术实现空间图形显示和空间信息查询与分析，通过VR和AR技术实现现场的可视化和直观化，并实现现场虚拟场景、虚拟和真实场景结合模拟的可视化。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于BIM的智能化监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：GPS及传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基于BIM技术的后台服务管理模块和显示模块，所述的数据采集模块包括数据采集装置和短距离无线发射接收装置，所述的基于BIM技术的后台服务管理模块包括数据库模块、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块和健康监测模块、基础信息模块，所述的显示模块包括手机显示、计算机显示和平板电脑显示。

所述传感器模块包括基坑监测所需的变形监测传感器、内力监测传感器、裂缝监测传感器和地下水位传感器，所述的传感器在既有的数字接口和通信协议的基础上加装自组网通信模块，所述GPS模块可以对基坑监测的测点进行准确定位，将GPS模块和传感器模块结合，不仅可以将监测数据传输到数据采集模块，而且还能将监测数据与所对应的监测点的具体位置即具体坐标一一对应构成整体数据进行传输。

所述的数据采集模块包括数据采集装置和短距离无线发射接收装置，所述的数据采集装置内置符合IEEE 802.15.4无线协议的ZigBee嵌入式模块，所述的数据采集模块能够监测数据进行自动采集、存储和预处理，剔除大量的无效和无用的数据；所述的数据采集模块和GPS模块、传感器模块组成多级分布式无线通信网系统，所述传感器节点可根据施工需要任意增加删减节点，不影响整个系统的正常工作。

所述的数据库模块能够将通过无线远程传输模块传输过来的数据进行处理保存及数据形式的转换，以供后续其他处理模块使用；所述基础信息模块包括地勘基础资料，基坑周边环境包括地下管线、周边建构筑物等资料，基坑设计二维CAD模型以及其他建立BIM模型时所需要的基础资料；所述的BIM模块能够基于基础信息模块的基础资料建立3D空间模型，也能够基于3D空间模型结合时间信息，构成4D模型，并能够将数据库中监测信息导入所建模型中，将模型中理论设计和实际监测相结合，更直观反映基坑现场存在的问题；所述的GIS信息模块主要是获取基坑周边信息，所述的GIS信息能够与BIM模型结合，实现基坑的三维可视化展示，从而更加有效地实现基坑施工的全面健康的监测和分析；所述的VR、AR模块能够与BIM信息模块相结合实现对基坑虚拟场景、现实虚拟结合场景提供平台和条件，实现对基坑健康及分析的进一步条件；所述的健康监测模块能够根据数据库模块或者BIM信息模块提供的数据进行进一步的分析处理得到基坑监测存在风险项目的数据并与模块本身所设安全阈值对比，得出相应的预警、警报结果，此后进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考。

所述的数据库模块、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块和健康监测模块、基础信息模块均可以以BIM模块为基础实现各个模块之间的互通和数据的传输，且各个模块之间数据是相互关联的，即对其中一个模块的数据进行修改或者完善，其他模块的数据将自动进行修改。

所述的显示模块包括手机显示、计算机显示和平板电脑显示，所述的显示模块是与基于BIM技术的后台服务管理模块相连，能够将后台服务管理模块的数据进行显示分析，手机显示和平板电脑显示让管理人员即使不在施工现场也能够对现场基坑的各种情况了如指掌，并对项目进行管理指导、进行相关的决策和决定。

与现有技术相比，本发明的有意效果是：

1、可以直观的表现基坑围护结构的变形情况，通过添加时间轴的4D变形动画可以准确判断基坑的变形趋势。

2、可以快速定位基坑围护结构的危险点，并根据变形趋势及现状及时作出应以预案。

3、辅助施工管理，非监测专业人员同样可以看懂基坑变形情况。

4、结合已有的基坑围护结构的变形历史判断未来一段时间的变形趋势，对危险位置提前预警重点监测，有利于施工管理人员和业主方的工程决策。

5、不仅能够实现查看测点数据即状态（报警与否），为优化设计、施工方案提供技术支持，还能突破传统基于监控量测信息平台实现人机交互，进行可视化的动态查看和管理，即使不在现场也能对现场的基坑情况全面掌握并进行管理和指导，保证整个基坑的施工安全、顺利的进行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明基于BIM的智能化监测系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所揭示的一种基于BIM的智能化监测系统，包括：GPS及传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基于BIM技术的后台服务管理模块和显示模块，数据采集模块包括数据采集装置和短距离无线发射接收装置，基于BIM技术的后台服务管理模块包括数据库模块、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块和健康监测模块、基础信息模块，显示模块包括手机显示、计算机显示和平板电脑显示。

传感器模块包括基坑监测所需的变形监测传感器、内力监测传感器、裂缝监测传感器和地下水位传感器，传感器在既有的数字接口和通信协议的基础上加装自组网通信模块，GPS模块对基坑监测的测点进行准确定位，将GPS模块和传感器模块结合，将监测数据与所对应的监测点的具体位置即具体坐标一一对应构成整体数据传输到数据采集装置。

数据采集模块包括数据采集装置和短距离无线发射接收装置，数据采集装置内置符合IEEE 802.15.4无线协议的ZigBee嵌入式模块，数据采集模块和GPS模块、传感器模块组成多级分布式无线通信网系统，传感器节点可根据施工需要任意增加删减节点，不影响整个系统的正常工作。数据采集模块将监测数据进行自动采集、存储和预处理后，剔除大量的无效和无用的数据，然后将数据传输给无线发射接收装置，无线发射接收装置接收后再经过无线远程传输系统将数据传输给后台服务管理模块中的数据库模块。

数据库模块将通过无线远程传输模块传输过来的数据进行处理保存，以供下载、查看及后续其他处理模块使用；基础信息模块包括地勘基础资料，基坑周边环境包括地下管线、周边建构筑物等资料，基坑设计二维CAD模型以及其他建立BIM模型时所需要的基础资料； BIM模块能够基于基础信息模块的基础资料建立3D空间模型，也能够基于3D空间模型结合时间信息，构成4D模型，并能够将数据库中监测信息导入所建模型中，将模型中理论设计和实际监测相结合，由于监测数据是经过准确定位后的数据，将其与BIM模型中建立的基坑模型准确吻合； GIS信息模块主要是获取基坑周边信息， GIS信息能够与BIM模型结合，实现基坑的三维可视化展示； VR、AR模块能够与BIM信息模块相结合实现对基坑虚拟场景、现实虚拟结合场景提供平台和条件；健康监测模块能够根据数据库模块或者BIM信息模块提供的数据进行进一步的分析处理得到基坑监测存在风险项目的数据并与模块本身所设安全阈值对比，得出相应的预警、警报结果，并进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考。

数据库模块、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块和健康监测模块、基础信息模块均可以以BIM模块为基础实现各个模块之间的互通和数据的传输，且各个模块之间数据是相互关联的，即对其中一个模块的数据进行修改或者完善，其他模块的数据将自动进行修改。

显示模块包括手机显示、计算机显示和平板电脑显示，显示模块是与基于BIM技术的后台服务管理模块相连，将后台服务管理模块的数据进行显示分析，手机显示和平板电脑这些移动显示设备更是让管理人员即使不在施工现场也能够对现场基坑的各种情况进行全面掌控，并对项目进行管理指导、进行相关的决策和决定。

本发明基于BIM的智能化监测系统的实现方法包括以下步骤：

首先项目设计人员已地勘报告、周边环境、经有限元计算软件计算转换成二维CAD图纸为基础信息，将基坑的二维地勘资料和二维CAD图纸、周边环境等转换成三维模型，完成BIM模型的建立，并在网络平台上共享，以供施工、监理和建设单位能够同步查看，当施工中发生变更时，对BIM模型进行同步修改，其他各个模块数据也同步修改。然后对施工现场进行踏勘布设监测点并同时布设与GPS技术相结合的监传感器设备，并建立控制网，包括数据采集模块、无线远程传输模块、基于BIM技术的后台服务管理模块和显示模块，在基坑施工过程中，控制网是不断更新和变化的。监测数据经过数据采集模块、无线传输模块最后传输到后台服务管理模块的数据库中，接着项目人员即可对后台服务模块进行各取所需的操作。

通过BIM模块，能够将数据库的监测数据导入，并与BIM模型结合，实现基坑的实际监测与理论模型的紧密结合，能够实现对基坑现在的即时呈现并能呈现基坑进一步的发展趋势，对基坑方案和基坑风险提供了更好的平台和条件。

通过BIM模块和GIS模块结合可以实现基坑独特的视觉效果，看到周边乃至整个城市环境与本基坑的管线，同时为项目全过程解决方案提供了三维可视化展示、数据实时提取、多决绝方案必选等提供了强大的三维可视化支持，通过地理信息系统各参与方从宏观角度分析项目、协同管理施工现场。

通过BIM模块和VR模块、AR模块结合，提高项目的人机互动，模拟可预见的项目真是场景，是项目参与人员对将要进行的工作内容有基于现实场景的可视化预览，提高项目参与人员对项目工作的理解，通过VR、AR技术即可方便地实用手机、平板电脑等便携式移动装备进行基坑的可视化展示，包括虚拟可视化和虚实结合的可视化，实现管理人员即使不在现场的情况下对施工、监测、抢险工作进行指导。

通过健康监测模块可实现对基坑监测过程中的风险和潜在危险提供预警、报警功能，并针对相关预警项目提供进一步的预警方案和应对措施，大大节省了实际监测中遇到风险后再实施处理措施的人力、财力资料和时间储备。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示而作出不背离本发明实质的替换及修饰，因此，本发明保护范围不限于实施例所揭示的内容，也包括各种不背离本发明实质的替换及修饰。

Claims (4)

1.一种基于BIM的智能化监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：GPS及传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基于BIM技术的后台服务管理模块和显示模块，所述的数据采集模块包括数据采集装置和短距离无线发射接收装置，所述的基于BIM技术的后台服务管理模块包括数据库模块、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块和健康监测模块、基础信息模块，所述的显示模块包括手机显示、计算机显示和平板电脑显示；

所述的数据库模块能够将通过无线远程传输模块传输过来的数据进行处理保存及数据形式的转换，以供后续其他处理模块使用；所述基础信息模块包括地勘基础资料，基坑周边环境包括地下管线、周边建构筑物等资料，基坑设计二维CAD模型以及其他建立BIM模型时所需要的基础资料；所述的BIM模块能够基于基础信息模块的基础资料建立3D空间模型，也能够基于3D空间模型结合时间信息，构成4D模型，并能够将数据库中监测信息导入所建模型中，将模型中理论设计和实际监测相结合，更直观反映基坑现场存在的问题；所述的GIS信息模块主要是获取基坑周边信息，所述的GIS信息能够与BIM模型结合，实现基坑的三维可视化展示，从而更加有效地实现基坑施工的全面健康的监测和分析；所述的VR、AR模块能够与BIM信息模块相结合实现对基坑虚拟场景、现实虚拟结合场景提供平台和条件，实现对基坑健康及分析的进一步条件；所述的健康监测模块能够根据数据库模块或者BIM信息模块提供的数据进行进一步的分析处理得到基坑监测存在风险项目的数据并与模块本身所设安全阈值对比，得出相应的预警、警报结果，此后进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考；

所述的数据库模块、BIM模块、GIS信息模块、VR、AR模块和健康监测模块、基础信息模块均可以以BIM模块为基础实现各个模块之间的互通和数据的传输，且各个模块之间数据是相互关联的，即对其中一个模块的数据进行修改或者完善，其他模块的数据将自动进行修改。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的智能化监测系统，其特征在于：所述传感器模块包括基坑监测所需的变形监测传感器、内力监测传感器、裂缝监测传感器和地下水位传感器，所述的传感器在既有的数字接口和通信协议的基础上加装自组网通信模块，所述GPS模块可以对基坑监测的测点进行准确定位，将GPS模块和传感器模块结合，不仅可以将监测数据传输到数据采集模块，而且还能将监测数据与所对应的监测点的具体位置即具体坐标一一对应构成整体数据进行传输。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的智能化监测系统，其特征在于：所述的数据采集模块包括数据采集装置和短距离无线发射接收装置，所述的数据采集装置内置符合IEEE802.15.4无线协议的ZigBee嵌入式模块，所述的数据采集模块能够监测数据进行自动采集、存储和预处理，剔除大量的无效和无用的数据；所述的数据采集模块和GPS模块、传感器模块组成多级分布式无线通信网系统，所述传感器节点可根据施工需要任意增加删减节点，不影响整个系统的正常工作。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的智能化监测系统，其特征在于：所述的显示模块包括手机显示、计算机显示和平板电脑显示，所述的显示模块是与基于BIM技术的后台服务管理模块相连，能够将后台服务管理模块的数据进行显示分析，手机显示和平板电脑显示让管理人员即使不在施工现场也能够对现场基坑的各种情况了如指掌，并对项目进行管理指导、进行相关的决策和决定。