CN108364123A - 一种基于bim技术的施工机械管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的施工机械管理装置，该装置包括电子指示牌、传感器端、定位器、网络服务端和后台服务端；电子指示牌用于向施工机械上的定位器发送指定位置的地理坐标值；传感器端用于获取施工机械工作状态和安全状态数据；网络服务端用于传感器端、定位器与后台服务端之间的数据交互；本发明通过将BIM技术运用到建筑施工现场机械管理中，在BIM模型中记录所需管理的现场施工机械基本信息，结合传感器、物联网等技术，对施工机械的使用过程进行实时跟踪和信息记录，有利于管理人员了解施工机械使用的实时状态，提高施工机械使用效率，也可以根据设备的实际状态提前预测施工机械可能发生的故障，加强有效维护，降低施工机械维护费用。

Description

一种基于BIM技术的施工机械管理装置

技术领域

本发明涉及施工机械管理领域，具体地，涉及一种基于BIM技术的施工机械管理装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展，国家对建筑行业的投资在加大。一方面建筑工程正以前所未有的高速度、高质量向前推进，另一方面建筑工程施工机械化程度越来越高。为了加快工程进度，确保工程质量，为企业求得更广阔的生存空间，各建设部门纷纷购置了大批先进的工程机械设施。基于BIM的施工机械设施管理装置可以协助管理人员进行科学地管理、合理化地组织施工机械，对现有机械设施进行全方位的可视化管理。BIM和物联网技术的引入有助于克服地域、时域限制，实现机械设备信息的互通，实现机械设施管理的最优化，进而达到各种施工机械设施的效益最大化，这是完成建筑工程施工的关键。BIM和物联网技术，作为建筑工程现阶段备受关注的新兴信息技术，可以为施工机械管理提供高效、快捷的管理途径。1、BIM技术介绍

建筑信息模型(Building Information Modeling)，即BIM，简单地说就是指基于相同的标准，能够集成从建筑设计阶段一直到运营维护阶段的全生命周期过程中与建筑工程项目相关的信息模型。BIM模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，进而实现有效管理的新型模式。它是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在这里，信息的内涵不仅仅是几何形状描述的视觉信息，还包含大量的非几何信息，如材料的耐火等级、材料的传热系数、构件的造价、采购信息等。实际上，BIM就是通过数字化技术，在计算机中建立一座虚拟建筑，提供一个单一的、完整一致的、有逻辑的建筑信息库。

2、传统施工机械管理存在的问题

现行建筑工程施工机械设施管理大多采用的是静态管理模式，这不利于施工机械的有效利用。静态管理模式下的施工机械管理存在如下问题：

(1)施工机械设施宏观管理严重不足

随着建筑工程突飞猛进的发展，对建筑工程的质量与进度的要求也越来越高，施工组织单位已将设施力量作为施工队伍的施工能力之一，成为施工队伍竞标资格的重要指标。然而，其重视仅仅只是机械本身，而忽视了“机械设施管理”，这在客观上只重视了机械设施管理中的“机械设施”这一硬件，而忽视了“管理”这一关键的组成部分。

(2)施工机械设施盲目配置，设施更新滞后

因为投资主体是上级部门，下属单位往往不考虑实际需要，盲目争投资、争设施。由于施工单位在购置设施时缺乏科学的技术、经济分析，尽管一些设施在闲置，却仍不断引进更先进的设施，从而造成更新设施资金短缺。

(3)“重使用、轻管理、轻保养”的短期行为严重

由于施工项目一次性的特点，项目经理部往往从本项目经济利益考虑，为追求质量、进度与效益，对设施的使用自然是费用越低越合理；为了超工期、抢进度，只是拼命使用机械，而忽视了设施的保养维修，不愿拿出资金维修设施，造成设施带病运转。其结果是项目完成了，设施也垮了，使下一个施工项目不得不花大量的时间和资金恢复设施，影响企业的持续发展和整体效益，也使设施修理费错位，项目核算不真实。

(4)施工机械设施利用率低下，供需失调

各施工部门的机械管理各自为阵，自成一体，无法进行统一的调配，施工机械设施不能按工程的需要进行协调合作，统筹安排使用，因而机械设施难以全面地投入到工程中。

(5)施工机械设施档案分散混乱

由于建筑工程施工企业中设施所有权的归属层次不同，使得设施档案也分散在不同层次的设施管理部门。由于各层次设施管理部门人员的配备不尽相同，管理力度差别甚大，个别部门或基层甚至没有设施管理人员或只配备兼职人员，造成设施无人管理或管理力量不足，使得有些设施损坏、丢失却无人问津，造成了资产的不明流失。

3、BIM在解决施工机械管理中的作用

针对现有施工机械管理领域存在的问题，建筑工程施工具有点多面广的特点，工作流动分散、生产单位繁杂，所拥有的机械设施经常互相调配，因流动作业而进行频繁地移位，这就给管理和核算带来了一定难度。仅仅依靠原有的静态管理模式，靠单一的过帐设卡，求得帐、卡、物相符，已经不适应市场经济发展的需要。BIM的应用可以实现机械设施的动态管理提供信息化管理途径，为机械的选型、购置、安装、使用、保修、改造、更新直至报废的全过程提供信息化的管理措施，对延长机械设施使用寿命、提高机械综合效能提供帮助。

(1)BIM应用可以加强机械设施的集中管理

将企业设施状况及各施工项目对设施的要求等信息录入三维建筑信息模型当中，按照优化配置、动态管理原则调配设施，协调各方面的关系。

(2)在BIM模型中实行机械设施、零件统一采购的信息化管理

合理的选购机械设施是机械设施动态管理的重要环节，购置设施时不仅仅要着眼于设施的性能更要考虑已有设施的维修和更新。在BIM模型中可以对机械设施专业配件供应商信息进行整合，在选购过程中实现购买需求与设施信息之间高效快速的匹配与比较，使施工机械设施的质量和价格都能够实现最优化。施工机械设施使用过程中必然需要进行维修和更新，BIM模型中完善的施工机械设施配件信息与供应商信息可以为施工机械使用过程提供准确的设施信息。

(3)BIM模型可以使施工机械设施技术档案无纸化，加强设施信息管理

机械设施动态管理要求对每台机械设施都要建立技术档案，其主要内容应包括修理记录、交接班记录、维护保养记录以及保养和修理计划等项目。传统模式下的施工机械档案管理都是纸质形式，很容易出现机械档案信息更新不及时、信息丢失和损毁等，导致施工机械设施管理困难重重。基于BIM的施工机械设施管理可以实现技术档案的无纸化，使得施工机械设施信息的更新、调用、查询更加方便快捷。

(4)加强设施动态管理的调控

基于BIM的施工机械设施管理可以在三维建筑信息模型中实现施工机械设施位置、使用状态、危险预警等信息的实时性管理。

发明内容

针对现有施工机械管理领域存在的问题，本发明提供一种基于BIM技术的施工机械管理装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于BIM技术的施工机械管理装置，该装置包括电子指示牌、传感器端、定位器、网络服务端和后台服务端；所述电子指示牌分散布置于施工现场，所述传感器端和定位器固定在施工机械上；

所述电子指示牌用于向施工机械上的定位器发送指定位置的地理坐标值，协助定位器进行现场施工机械的实时定位；

所述传感器端，用于收集固定在施工机械上特定位置的传感器芯片所获取的施工机械工作状态和安全状态数据；

所述定位器，用于接收、识别电子指示牌发送的的地理坐标射频信号，并将信息进行转码和加密处理，可通过多个电子指示牌精确定位施工机械在施工现场的实时地理坐标信息；

所述网络服务端，用于传感器端、定位器与后台服务端之间的数据交互，包括传感器端向后台服务端的数据传输、定位器向后台服务端的数据传输；

所述后台服务端，由逻辑服务器和存储服务器组成；所述逻辑服务器用于BIM模型的处理、施工机械的位置显示、施工机械的工作状态显示；所述存储服务器用于存储BIM模型、传感器数据、施工机械信息、施工机械状态数据；施工现场的指定施工机械与BIM模型中的虚拟三维机械模型一一对应，现场采集的施工机械相关信息将会在BIM模型中得到实时、直观地表现；施工现场的实际地理坐标与BIM模型中的三维坐标系是统一的，BIM模型中的虚拟三维机械模型可以根据收集到的施工现场信息，对施工机械的运行状态进行实时显示；

所述BIM模型的处理，主要包括BIM模型的转换和轻量化，具体包括以下过程：

(1)将BIM软件所建立的BIM模型转为IFC格式文件，再通过IFC解析器提取模型的几何信息；

(2)将模型几何信息导入专业网页图像轻量化引擎，重新生成实体模型；

(3)向实体模型添加施工现场场地、施工机械的相关信息，生成施工现场布置模型；

基于BIM模型的施工机械的位置显示，主要包括以下过程：

(1)逻辑服务器接收来自定位器的施工机械位置数据，并对数据进行解密；

(2)将施工机械位置数据导入施工现场布置模型中；

(3)通过施工机械位置数据对施工机械模型的位置进行实时调整；

基于BIM模型的施工机械的工作状态显示，主要包括以下过程：

(1)逻辑服务器接收来自传感器端的施工机械状态数据，并对数据进行解密；

(2)将施工机械状态数据导入施工现场布置模型中；

(3)在施工机械模型上显示施工机械的实时状态。

进一步地，所述电子指示牌由RFID芯片和坐标指示牌组成；电子指示牌分散布置于施工现场，其位置可由施工现场情况具体设置，要求分布均匀，能够对施工现场信号全覆盖，并且不影响施工的正常进行，不阻碍施工机械的进出场；

所述RFID芯片采用2.4GHz有源RFID芯片，用于发射指定点位地理坐标数据；

所述坐标指示牌用合金钢制作，用于固定RFID芯片以及标示电子指示牌的编号。

进一步地，所述传感器端由传感器芯片、处理器、信号发射器和封装外壳组成；

所述传感器芯片包括力学传感器、温度传感器、位移传感器、油量传感器等，所述传感器芯片被安置于施工机械指定位置，由导线连接至处理器；

所述处理器由AD转换芯片和单片机组成，其中AD转换芯片用于传感器信号的AD转换，单片机采用80C51单片机，用于传感器信号的处理和加密，单片机将接收到的传感信号转化为可被网络服务端接收的无线信号并发射；

所述信号发射器用于传感器端向网络服务端发送传感器信号；

所述封装外壳采用合金钢材质，封装外壳上具有传感器端的标示编码，处理器和信号发射器位于封装外壳内，受封装外壳保护。

进一步地，所述定位器由RFID读写器、处理器、信号发射器和封装外壳组成；

所述RFID读写器采用2.4G有源RFID读写器，用于接收、识别、放大2.4GHz有源RFID芯片发射的射频信号；

所述处理器由AD转换芯片和单片机组成，其中AD转换芯片用于射频信号的AD转换，单片机采用80C51单片机，用于射频信号的处理和加密，单片机将接收到的射频信号转化为可被网络服务端接收的无线信号并发射；

所述信号发射器用于定位器向网络服务端发送射频信号；

所述封装外壳采用合金钢材质，封装外壳上具有定位器的标示编码，处理器和信号发射器位于封装外壳内，受封装外壳保护。

进一步地，所述网络服务端由信号接发器、信号放大器和交换机组成，用于传感器端、定位器与后台服务端之间的数据交互，包括传感器端向后台服务端的数据传输、定位器向后台服务端的数据传输。

本发明的有益效果是：本发明通过将BIM技术运用到建筑施工现场机械管理中，在BIM模型中记录所需管理的现场施工机械基本信息，结合传感器、物联网等技术，对施工机械的使用过程进行实时跟踪和信息记录，有利于管理人员了解施工机械使用的实时状态，提高施工机械使用效率，也可以根据设备的实际状态提前预测施工机械可能发生的故障，加强有效维护，降低施工机械维护费用。具体包括：

1.本发明采用传感器技术，通过网络服务端向后台服务端发送信号，实现了对机械设备的全方位、实时监控；

2.由于传感器布置的灵活性，可以根据不同机械设备，不同要求，布置不同的传感器，因此，本发明具有极大的灵活性，能很好适应现代施工机械化的要求；

3.对机械的油耗、电耗、工作状态等数据的定量化管理更容易，并且，电子化方法的采用可以自动生成相关表单系统，相对于传统的人工填写以及纸质表单具有更好的系统性和信息化特点；

4.对施工机械进行自动化定位，方便了现场管理，有利于施工管理人员进行现场规划；

5.由于本装置对定位器、电子标示牌进行了编号，有利于现场与项目部的对接，有利于解决传统方法中管理与现场脱节的问题；

6.将BIM技术与传感器技术、物联网技术等结合，实现了施工机械数据档案的数字化、无纸化管理，实现了施工机械实时数据的记录和更新；

7.将BIM技术与施工组织管理理论相结合，通过信息技术的使用，对传统施工现场机械管理进行优化，使得现场施工机械管理更加系统、高效。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为本发明装置的结构详图；

图3为电子指示牌在施工现场的布置图；

图4为施工机械的结构详图；

图中，施工机械1、电子指示牌2、后台服务端3、定位器4、传感器端5、传感器芯片6、第一封装外壳7、网络服务端8、RFID芯片9、坐标指示牌10、第一处理器11、第一信号发射器12、第二封装外壳13、RFID读写器14、第二处理器15、第二信号发射器16、信号接发器17、信号放大器18、交换机19、逻辑服务器20、存储服务器21。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于BIM技术的施工机械管理装置，该装置包括电子指示牌2、传感器端5、定位器4、网络服务端8和后台服务端3；如图3所示，所述电子指示牌分2散布置于施工现场，如图4所示，所述传感器端5和定位器4固定在施工机械1上；所述网络服务端8和后台服务端3放置于项目部，接收来自施工现场的信号，并对施工现场进行控制；所述施工机械1主要指吊车、挖掘机、起重机等施工现场常用的大型设备；

所述电子指示牌2用于向施工机械上1的定位器4发送指定位置的地理坐标值，协助定位器4进行现场施工机械的实时定位；

所述传感器端5，用于收集固定在施工机械1上特定位置的传感器芯片6所获取的施工机械1工作状态和安全状态数据；

所述定位器4，用于接收、识别电子指示牌2发送的的地理坐标射频信号，并将信息进行转码和加密处理，可通过多个电子指示牌2精确定位施工机械1在施工现场的实时地理坐标信息；要求便于拆卸以更换电源，在施工机械1移动时，定位器4固定于施工机械1上并随施工机械移动，以对施工机械1的位置进行实时定位；

所述网络服务端8，用于传感器端5、定位器4与后台服务端3之间的数据交互，包括传感器端5向后台服务端3的数据传输、定位器4向后台服务端3的数据传输；

所述后台服务端3，由逻辑服务器20和存储服务器21组成；所述逻辑服务器20采用高性能PC，用于BIM模型的处理、施工机械的位置显示、施工机械的工作状态显示；所述存储服务器21用于存储BIM模型、传感器数据、施工机械信息、施工机械状态数据；施工现场的指定施工机械与BIM模型中的虚拟三维机械模型一一对应，现场采集的施工机械相关信息将会在BIM模型中得到实时、直观地表现；施工现场的实际地理坐标与BIM模型中的三维坐标系是统一的，BIM模型中的虚拟三维机械模型可以根据收集到的施工现场信息，对施工机械的运行状态进行实时显示；

所述BIM模型的处理，主要包括BIM模型的转换和轻量化，具体包括以下过程：

(1)Revit、Bently等不同系列BIM软件所建立的BIM模型格式各不相同，难以实现互通，经过标准化处理后，将其转为IFC格式文件，再通过IFC解析器提取模型的几何信息；

所述IFC格式文件是指使用IFC标准的模型数据文件；

所述IFC(Industry Foundation Classes data model,IFC)标准是一套与BIM软件平台无关的开放数据格式，它是一个基于面向对象(Object-Oriented)思想的数据模型，采用EXPESS语言描述建筑工程信息；EXPRESS是一种产品数据标准化数据语言；

(2)将模型几何信息导入专业网页图像轻量化引擎，重新生成实体模型；

(3)向实体模型添加施工现场场地、施工机械的相关信息，生成施工现场布置模型；

基于BIM模型的施工机械的位置显示，主要包括以下过程：

(1)逻辑服务器接收来自定位器的施工机械位置数据，并对数据进行解密；

(2)将施工机械位置数据导入施工现场布置模型中；

(3)通过施工机械位置数据对施工机械模型的位置进行实时调整；

基于BIM模型的施工机械的工作状态显示，主要包括以下过程：

(1)逻辑服务器接收来自传感器端的施工机械状态数据，并对数据进行解密；

(2)将施工机械状态数据导入施工现场布置模型中；

(3)在施工机械模型上显示施工机械的实时状态，包括油耗量、使用时长、异常状态等。

所述传感器端5、定位器4、网络服务端8、后台服务端3之间采用无线互联网技术提供实时数据的上传和下载。

如图2所示，所述电子指示牌2由RFID芯片9和坐标指示牌10组成；电子指示牌2分散布置于施工现场，其位置可由施工现场情况具体设置，要求分布均匀，能够对施工现场信号全覆盖，并且不影响施工的正常进行，不阻碍施工机械1的进出场；

所述RFID芯片9采用2.4GHz有源RFID芯片，用于发射指定点位地理坐标数据；

所述坐标指示牌10用合金钢制作，用于固定RFID芯片9以及标示电子指示牌2的编号。

如图2所示，所述传感器端5由传感器芯片6、第一处理器11、第一信号发射器12和第一封装外壳7组成；

所述传感器芯片6包括力学传感器、温度传感器、位移传感器、油量传感器等，不同功能的传感器芯片6依据需要分别固定于特定位置，以实时检测施工机械1的使用状态，所述传感器芯片6由导线连接至第一处理器11，用于收集施工机械力学、温度、位移等信息；

所述第一处理器11由AD转换芯片和单片机组成，其中AD转换芯片用于传感器信号的AD转换，单片机采用80C51单片机，用于传感器信号的处理和加密，单片机将接收到的传感信号转化为可被网络服务端8接收的无线信号并发射；

所述第一信号发射器12用于传感器端5向网络服务端8发送传感器信号；

所述第一封装外壳7采用合金钢材质，第一封装外壳7上具有传感器端5的标示编码，第一处理器11和第一信号发射器12位于第一封装外壳7内，受第一封装外壳7保护。

如图2所示，所述定位器4由RFID读写器14、第二处理器15、第二信号发射器16和第二封装外壳13组成；

所述RFID读写器14采用2.4G有源RFID读写器，用于接收、识别、放大2.4GHz的有源RFID芯片9发射的射频信号；

所述第二处理器15由AD转换芯片和单片机组成，其中AD转换芯片用于射频信号的AD转换，单片机采用80C51单片机，用于射频信号的处理和加密，单片机将接收到的射频信号转化为可被网络服务端接收8的无线信号并发射；

所述第二信号发射器16用于定位器4向网络服务端8发送射频信号；

所述第二封装外壳13采用合金钢材质，第二封装外壳13上具有定位器4的标示编码，第二处理器15个第二信号发射器16位于第二封装外壳13内，受第二封装外壳13保护。

所述网络服务端8由信号接发器17、信号放大器18和交换机19组成，用于传感器端5、定位器4与后台服务端3之间的数据交互，包括传感器端5向后台服务端3的数据传输、定位器4向后台服务端3的数据传输。

上述实施例为本发明的一个优选实施方式，是对本发明内容及其应用的进一步说明，不应理解为本发明仅适用于上述实施例。凡基于本发明原理和发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

Claims (5)

1.一种基于BIM技术的施工机械管理装置，其特征在于，该装置包括电子指示牌、传感器端、定位器、网络服务端和后台服务端；所述电子指示牌分散布置于施工现场，所述传感器端和定位器固定在施工机械上；

所述电子指示牌用于向施工机械上的定位器发送指定位置的地理坐标值，协助定位器进行现场施工机械的实时定位；

所述传感器端，用于收集固定在施工机械上特定位置的传感器芯片所获取的施工机械工作状态和安全状态数据；

所述定位器，用于接收、识别电子指示牌发送的的地理坐标射频信号，并将信息进行转码和加密处理，可通过多个电子指示牌精确定位施工机械在施工现场的实时地理坐标信息；

所述网络服务端，用于传感器端、定位器与后台服务端之间的数据交互，包括传感器端向后台服务端的数据传输、定位器向后台服务端的数据传输；

所述后台服务端，由逻辑服务器和存储服务器组成；所述逻辑服务器用于BIM模型的处理、施工机械的位置显示、施工机械的工作状态显示；所述存储服务器用于存储BIM模型、传感器数据、施工机械信息、施工机械状态数据；施工现场的指定施工机械与BIM模型中的虚拟三维机械模型一一对应，现场采集的施工机械相关信息将会在BIM模型中得到实时、直观地表现；施工现场的实际地理坐标与BIM模型中的三维坐标系是统一的，BIM模型中的虚拟三维机械模型可以根据收集到的施工现场信息，对施工机械的运行状态进行实时显示；

所述BIM模型的处理，主要包括BIM模型的转换和轻量化，具体包括以下过程：

(1)将BIM软件所建立的BIM模型转为IFC格式文件，再通过IFC解析器提取模型的几何信息；

(2)将模型几何信息导入专业网页图像轻量化引擎，重新生成实体模型；

(3)向实体模型添加施工现场场地、施工机械的相关信息，生成施工现场布置模型；

基于BIM模型的施工机械的位置显示，主要包括以下过程：

(1)逻辑服务器接收来自定位器的施工机械位置数据，并对数据进行解密；

(2)将施工机械位置数据导入施工现场布置模型中；

(3)通过施工机械位置数据对施工机械模型的位置进行实时调整；

基于BIM模型的施工机械的工作状态显示，主要包括以下过程：

(1)逻辑服务器接收来自传感器端的施工机械状态数据，并对数据进行解密；

(2)将施工机械状态数据导入施工现场布置模型中；

(3)在施工机械模型上显示施工机械的实时状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的施工机械管理装置，其特征在于，所述电子指示牌由RFID芯片和坐标指示牌组成；电子指示牌分散布置于施工现场，其位置可由施工现场情况具体设置，要求分布均匀，能够对施工现场信号全覆盖，并且不影响施工的正常进行，不阻碍施工机械的进出场；

所述RFID芯片采用2.4GHz有源RFID芯片，用于发射指定点位地理坐标数据；

所述坐标指示牌用合金钢制作，用于固定RFID芯片以及标示电子指示牌的编号。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的施工机械管理装置，其特征在于，所述传感器端由传感器芯片、处理器、信号发射器和封装外壳组成；

所述传感器芯片包括力学传感器、温度传感器、位移传感器、油量传感器等，所述传感器芯片被安置于施工机械指定位置，由导线连接至处理器；

所述处理器由AD转换芯片和单片机组成，其中AD转换芯片用于传感器信号的AD转换，单片机采用80C51单片机，用于传感器信号的处理和加密，单片机将接收到的传感信号转化为可被网络服务端接收的无线信号并发射；

所述信号发射器用于传感器端向网络服务端发送传感器信号；

所述封装外壳采用合金钢材质，封装外壳上具有传感器端的标示编码，处理器和信号发射器位于封装外壳内，受封装外壳保护。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的施工机械管理装置，其特征在于，所述定位器由RFID读写器、处理器、信号发射器和封装外壳组成；

所述RFID读写器采用2.4G有源RFID读写器，用于接收、识别、放大2.4GHz有源RFID芯片发射的射频信号；

所述处理器由AD转换芯片和单片机组成，其中AD转换芯片用于射频信号的AD转换，单片机采用80C51单片机，用于射频信号的处理和加密，单片机将接收到的射频信号转化为可被网络服务端接收的无线信号并发射；

所述信号发射器用于定位器向网络服务端发送射频信号；

所述封装外壳采用合金钢材质，封装外壳上具有定位器的标示编码，处理器和信号发射器位于封装外壳内，受封装外壳保护。

5.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的施工机械管理装置，其特征在于，所述网络服务端由信号接发器、信号放大器和交换机组成，用于传感器端、定位器与后台服务端之间的数据交互，包括传感器端向后台服务端的数据传输、定位器向后台服务端的数据传输。