CN108615204A - 一种基于bim和uwb的建筑临边洞口安全管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM和UWB的建筑临边洞口安全管理系统及方法，管理系统包括UWB人员定位模块，中央服务器，可视化显示模块，安全预警模块和智能搜救模块；UWB人员定位模块通过UWB无载波通信技术实现人员三维定位；中央服务器将人员定位信息与BIM模型进行数据耦合，并分析人员是否处于危险区域；可视化显示模块实时显示人员在BIM模型中的准确位置；安全预警模块对人员进行危险报警提示；智能搜救模块针对发生意外的人员确定最短营救路线，并显示于BIM模型上。本发明能够实时精确定位人员三维位置，并与预设的危险区域进行对比分析，对施工人员进行语音告警，从而有效防范危险的发生，有助于减少人员伤亡，实现工地智能化安全管理。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程人员安全管理技术领域，具体的，涉及一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统及方法。
背景技术
随着我国建筑业的飞速发展，许多大型复杂工程项目日益增多，在注重建筑数量与质量的同时，建筑施工过程中的安全管理越来越成为备受关注的一个重要问题。随着社会的不断进步，安全生产的概念已经深入人心，人们对安全生产的要求也越来越高。在事故多发的建筑行业，如何保证施工人员的人身安全是施工单位关心的头等大事。临边洞口作为施工现场最易坠落的危险区域，有效的设置防护与安全预警显得尤为重要。然而就目前而言，大多数施工单位仍然采取的是简单的围栏或是电子围栏进行防护，仅能从视觉层面对施工人员进行提示，高空坠落现象时有发生。
BIM以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，是实现信息化管理的重要工具；UWB是一种无载波通讯技术，可实现精确的短距离定位。利用BIM技术和UWB技术的优势，对临边洞口部位进行实时监控和提前对人员进行安全预警，实现工地智能化安全管理就显得十分迫切。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于BIM和UWB的建筑临边洞口安全管理系统及方法，对靠近临边洞口区域的施工人员进行安全预警和智能搜救。
为实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，包括UWB人员定位模块，中央服务器，可视化显示模块，安全预警模块和智能搜救模块；UWB人员定位模块通过UWB无载波通信技术实现人员三维定位；中央服务器将人员定位信息与BIM模型进行数据耦合，并分析判定人员是否处于危险区域；可视化显示模块实时显示人员在BIM模型中的准确位置；安全预警模块对人员进行危险报警提示；智能搜救模块针对发生意外的人员确定最短营救路线，并显示于BIM模型上。
优选地，UWB人员定位模块包括人员微标签和若干个微基站；人员微标签设置在人员佩戴的安全帽上，微基站设置在施工现场。
优选地，中央服务器接收UWB人员定位模块发送的数据，并与已建立的BIM模型进行数据耦合，将人员定位信息链接到BIM模型上；并将预设的临边洞口危险区域与施工人员位置进行比对，判断是否处于危险区域，向安全预警模块反馈信息，发送指令。
优选地，可视化显示模块显示包含临边洞口危险区域的BIM模型、施工人员实时位置和最短营救路线。
优选地，安全预警模块依照中央服务器的指令，对进入临边洞口危险区域的人员进行报警；安全帽上安装有信号接收器和报警装置，信号接收器用于接收中央服务器反馈的指令，报警装置包括语音报警装置与震动报警装置。
优选地，智能搜救模块确定通往人员坠落的三维位置的各种路线，并筛选出最短营救路线，节省搜救时间。
一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理方法，采用上述的管理系统，具体包括以下步骤：
S1、建立包含临边洞口危险区域的施工场地BIM模型，并根据距离危险中心点距离的远近划分不同的危险程度带。
S2、在安全帽上安装人员微标签，在施工现场安装微基站，通过测距基站与任意测距标签间的不同距离进行人员三维定位。
S3、将人员三维位置及监测信息添加到BIM模型中并进行可视化显示。
S4、智能分析人员所处位置，对处于危险区域的人员进行报警。
S5、施工人员一旦发生意外，显示器立即显示最短营救路线，及时展开搜救。
优选地，危险程度带划分为三个等级：危险中心点直径3米范围内的为危险区域，危险中心点直径3到5米范围内的为不安全区域；危险中心点直径5米以外的区域为安全区域。
优选地，基站与标签之间通过窄脉冲传输数据，标签发送信号至基站，通过测距基站与任意测距标签间的不同距离进行人员定位，并通过以太网将数据回传至数据处理模块。
优选地，施工现场至少包含三个基站，并且三个基站不共线。
优选地，中央服务器通过对比预设的危险区域与人员所处位置，来智能判断人员是否进入危险区域。
优选地，可视化显示模块可以实时查看模拟人员在BIM模型中的位置，并在有发生意外时显示最短营救路线。
优选地，报警装置包括语音报警与震动报警；危险区域比不安全区域的语音音量和震动强度大，以更好的提示和预警施工人员。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，能够实时精确定位人员三维位置，并与预设的危险区域进行对比分析，对施工人员进行语音告警，从而有效防范危险的发生；并对发生意外的施工人员快速确定最短营救路线，有助于减少人员伤亡，实现工地智能化安全管理。
附图说明
图1为本发明系统原理图；
图2为UWB定位系统示意图；
图3为临边洞口危险区域带划分图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，包括UWB人员定位模块，中央服务器，可视化显示模块，安全预警模块和智能搜救模块；UWB人员定位模块通过UWB无载波通信技术实现人员三维定位；中央服务器将人员定位信息与BIM模型进行数据耦合，并智能分析人员是否处于危险区域；可视化显示模块实时显示人员在BIM模型中的准确位置；安全预警模块对人员进行危险报警提示；智能搜救模块针对发生意外的人员确定最短营救路线，并显示于BIM模型上。
如图2所示，UWB人员定位模块，利用UWB无载波通讯技术，依靠纳秒至微秒级的非正弦窄脉冲传输数据。在施工人员佩戴的安全帽上安装微标签，在临边洞口周围区域设置至少三个微基站，标签同时发送信号至若干基站，通过各测距基站接收到该信号的时间差来计算距离差，从而准确判定佩戴该标签人员的三维位置。所安装测距基站不共线，且基站设置的数量越多，范围越广，人员定位越准确。
如图3所示，对临边洞口周围划分危险区域带。以正方形所示位置为临边洞口即容易坠落部位，距临边洞口中心点半径3米的范围内设定为危险区域，距临边洞口中心点半径3米到5米之间范围设定为不安全区域，半径5米之外为安全区域。在建立的BIM模型中添加该危险区域带，一旦施工人员进入危险区域带中，显示器即高亮闪烁显示提醒管理人员注意。值得注意的是，中央服务器将施工人员实时位置与预设的危险区域带进行比对，当判定为进入危险区域后，立即发送指令至安全预警模块，启动报警。施工人员越靠近危险中心点，语音报警的音量越大，震动报警的震动强度越大。
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于上述安全管理系统的施工安全管理方法，包括以下步骤：
(1)、建立包含临边洞口危险区域的施工场地BIM模型，并根据距离危险中心点距离的远近划分不同的危险程度带。
利用BIM建模软件如revit软件建立包含临边洞口危险区域的施工场地BIM模型，模型精度至少需要LOD300及以上，包含临边洞口具体尺寸信息；对临边洞口周围划分危险区域带时，距临边洞口中心点半径3米的范围内设定为危险区域，距临边洞口中心点半径3米到5米之间范围设定为不安全区域，半径5米之外为安全区域。离临边洞口越近说明危险程度越高。
(2)、在安全帽上安装人员微标签，在施工现场安装微基站，通过测距基站与任意测距标签间的不同距离进行人员三维定位。
微标签发射信号，微基站接受信号，信号之间通过UWB无载波通信传输。基于TDOA定位原理，通过各测距基站接收到该信号的时间差来计算距离差，从而准确判定佩戴该标签人员的三维位置。
(3)、将人员三维位置添加到BIM模型中并进行可视化显示。
中央服务器接收UWB人员定位模块发送的数据，并与建立好的BIM模型进行数据耦合，将人员三维定位信息链接到BIM模型上。可视化显示模块可以实现BIM模型的查看、编辑等操作，并实时监测BIM模型中模拟人员位置。
(4)、智能分析人员所处位置，对处于危险区域的人员进行报警。
中央服务器通过对比预设的危险区域与人员所处位置，来智能判断人员是否进入危险区域。报警装置包括语音报警与震动报警；危险区域比不安全区域的语音音量和震动强度大，以更好的提示和预警施工人员。
(5)、施工人员一旦发生意外，显示器立即显示最短营救路线，及时展开搜救。
施工人员发生意外后，其安全帽上的微标签与周围微基站对人员进行准确的三维定位，并通过显示器显示其在BIM模型中的准确三维位置。智能搜救模块确定通往该三维位置的各种路线，并筛选出最短营救路线，节省搜救时间。值得注意的是，在夜间进行营救时，由于光线较暗难以确定营救路线，该模块为营救人员提供更好的路线指导。
Claims (10)
1.一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，其特征在于：包括UWB人员定位模块，中央服务器，可视化显示模块，安全预警模块和智能搜救模块；UWB人员定位模块通过UWB无载波通信技术实现人员三维定位；中央服务器将人员定位信息与BIM模型进行数据耦合，并分析判定人员是否处于危险区域；可视化显示模块实时显示人员在BIM模型中的准确位置；安全预警模块对人员进行危险报警提示；智能搜救模块针对发生意外的人员确定最短营救路线，并显示于BIM模型上。
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，其特征在于：UWB人员定位模块包括人员微标签和若干个微基站；人员微标签设置在人员佩戴的安全帽上，微基站设置在施工现场。
3.根据权利要求1所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，其特征在于：中央服务器接收UWB人员定位模块发送的数据，并与已建立的BIM模型进行数据耦合，将人员定位信息链接到BIM模型上；并将预设的临边洞口危险区域与施工人员位置进行比对，判断是否处于危险区域，向安全预警模块反馈信息，发送指令。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，其特征在于：可视化显示模块显示包含临边洞口危险区域的BIM模型、施工人员实时位置和最短营救路线。
5.根据权利要求1所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，其特征在于：安全预警模块依照中央服务器的指令，对进入临边洞口危险区域的人员进行报警；安全帽上安装有信号接收器和报警装置，信号接收器用于接收中央服务器反馈的指令，报警装置包括语音报警装置与震动报警装置。
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理系统，其特征在于：智能搜救模块确定通往人员坠落的三维位置的各种路线，并筛选出最短营救路线，节省搜救时间。
7.利用权利要求1所述管理系统进行的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理方法，其特征在于：具体包括以下步骤，
S1、建立包含临边洞口危险区域的施工场地BIM模型，并根据距离危险中心点距离的远近划分不同的危险程度带；
S2、在安全帽上安装人员微标签，在施工现场安装微基站，通过测距基站与任意测距标签间的不同距离进行人员三维定位；
S3、将人员三维位置及监测信息添加到BIM模型中并进行可视化显示；
S4、智能分析人员所处位置，对处于危险区域的人员进行报警；
S5、施工人员一旦发生意外，显示器立即显示最短营救路线，及时展开搜救；
危险程度带划分为三个等级：危险中心点直径3米范围内的为危险区域，危险中心点直径3到5米范围内的为不安全区域；危险中心点直径5米以外的区域为安全区域；
基站与标签之间通过窄脉冲传输数据，标签发送信号至基站，通过测距基站与任意测距标签间的不同距离进行人员定位，并通过以太网将数据回传至数据处理模块；
施工现场至少包含三个基站，并且三个基站不共线。
8.根据权利要求7所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理方法，其特征在于：中央服务器通过对比预设的危险区域与人员所处位置，来智能判断人员是否进入危险区域。
9.根据权利要求7所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理方法，其特征在于：可视化显示模块可以实时查看模拟人员在BIM模型中的位置，并在有发生意外时显示最短营救路线。
10.根据权利要求7所述的一种基于BIM和UWB的临边洞口安全管理方法，其特征在于：报警装置包括语音报警与震动报警；危险区域比不安全区域的语音音量和震动强度大，以更好的提示和预警施工人员。
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