CN108756292A - 一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，接收传感器现场采集的压力、应力、位移和角度数据，应用于建筑体及顶升机构的三维虚拟现实模型中；基于所述三维虚拟现实模型进行平行实验，得到下一步的最佳顶升策略；根据所述最佳顶升策略，向顶升机构控制模块发送顶升控制指令；重复执行该过程直至完成顶升。本发明在建筑物顶升系统的顶层工作，提供智能化的预警及精准控制策略，无需改变顶升系统的固有硬件结构。

Description

一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法及系统

技术领域

本发明属于建筑同步顶升控制领域，具体涉及一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法及系统。

背景技术

随着我国经济社会的大跨越发展以及城镇化基础设施程度的进一步深入完善，城市改造及城市规划的热潮逐渐兴起，建筑迁移技术得到了飞速发展。建筑物顶升作为建筑物迁移中的一个关键步骤，面临巨大的挑战，如何精确、高效和安全的完成顶升过程是目前亟待解决的问题。

目前，基于智能方法的顶升系统虽有所发展，但相对不完善，比如既有专利“一种建筑物顶升系统和顶升方法CN201210268988.0”“基于计算机控制的桥梁整体置换液压同步顶升装置CN201320344094.5”，所述方法仅仅提供了基于计算机的控制方法，只侧重于顶升机构的控制，而无法通过模拟仿真实验提供详细的顶升方案，也无法实时监控异常情况的发生。既有文献(硕士毕业论文“液压同步顶升系统设计及控制策略研究”)研究了建筑的顶升系统及方法并进行了仿真模拟，但其仿真模拟侧重于顶升机构的局部模拟，且是基于数学方法的简化模拟，无法对建筑物顶升的复杂动态过程进行全局一体化仿真，也无法对建筑物顶升过程中全部细节进行3D刻画，从而无法对现实中的顶升过程进行精确复现，也无法提供合理的全过程动态顶升方案。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制系统及方法，通过各种智能传感器、无线传输模块、三维激光扫描器等设备，并结合最新的BIM技术，将建筑信息模型与顶升过程相结合，在BIM模型中进行实时监控及平行实验，监控建筑及顶升机构的各种信息和异常情况，获取每一个执行周期的最佳顶升行程，最后实现同步顶升过程的智能化精准控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，包括以下步骤：

接收传感器现场采集的压力、应力、位移和角度数据，应用于建筑体及顶升机构的三维虚拟现实模型中；

基于所述三维虚拟现实模型和现场采集的数据进行平行实验，得到第一个执行周期的最佳顶升策略；

根据所述最佳顶升策略，向顶升机构控制模块发送顶升控制指令，进入下一执行周期；重复进行平行实验和顶升，直至完成整个顶升行程。

进一步地，所述三维虚拟现实模型的构建方法包括：

获取建筑及顶升机构的点云数据；

基于所述点云数据对建筑体和顶升机构进行三维重构；

添加建筑构件及顶升机构的施工设施信息。

进一步地，所述建筑构件包括屋架、梁、板、柱和墙等施工设施信息包括构件的几何数据、物理信息以及构件之间的相互作用关系，顶升机构的施工设施信息包括其产品型号、使用寿命、强度和损耗情况等参数。

进一步地，所述根据平行实验确定顶升策略包括：

将顶升过程划分为多个周期，位移传感器、压力传感器、应力传感器和角度传感器的安装位置均匹配到模型的相应位置上；

通过三维实体有限元仿真分析方法，模拟在千斤顶处施加向上变化的强迫位移；

分析在不同位移和顶升速度时建筑表面变形和应力分布特征，获取最优的理论控制参数，即下一执行周期的最佳顶升行程；

基于理论控制参数执行顶升，获取各传感器的测量数值；

采用所述测量数值来修正理论数值，并基于修正后的模型作为当前状态，模拟在千斤顶处施加向上变化的强迫位移，根据以上步骤进行下一个执行周期最佳顶升行程的仿真。

进一步地，所述顶升过程包括垂直顶升过程和纠偏顶升过程。

进一步地，同步顶升过程中，接收现场传感器实时采集的数据，出现异常情况时报警。

进一步地，出现异常情况时，将此时接收的现场数据更新到三维虚拟现实模型，进行平行实验，确定最佳纠正方案。

进一步地，所述异常情况包括：

异常行程：实际行程与决策行程误差超过一定范围；

压力异常：千斤顶所受压力超过其额定承受能力；

建筑体的结构损伤。

进一步地，所述建筑体的结构损伤通过图像识别算法进行监测。

一个或多个实施例提供了一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制系统，包括：

底层现场控制层，用于采集同步顶升过程中现场传感器数据和建筑体图像数据；

网络传输层，用于底层现场控制层和顶层监控层之间的数据传输；

顶层监控层，基于所述的方法控制顶升过程，以及在顶升过程中，基于现场实时数据进行异常监测。

本发明的有益效果

1、本发明基于物联网技术进行信息采集，可以对实时采集上来的数据进行分析，挖掘异常行程与压力等数据，进行异常预警，以实现智能化识别和监测；

2、利用物联网采集上来的数据在BIM中构建建筑及顶升机构的一体化虚拟现实模型，将顶升过程细分为多个阶段，每一个阶段均在BIM模型中进行平行实验，得到每一个执行周期最佳动态顶升行程，有利于在顶升过程中问题的把控，实现建筑物顶升过程的智能化精准控制；

3、本发明在建筑物顶升系统的顶层工作，通过现场传感器数据、三维仿真数据和建筑图像数据，从多个维度保证了顶升过程的准确可靠，提供智能化的预警及精准控制策略，无需改变顶升系统的固有硬件结构。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为建筑物顶升系统工作流程图；

图2为建筑物顶升系统结构图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制系统，本实施例公开了一种基于物联网技术的建筑物同步顶升系统与方法，包括底层现场控制层、网络传输层和顶层监控层。

所述底层现场控制层位于整个框架的最底层，由顶升机构控制模块和信息采集模块组成。

顶升机构控制模块用于接收控制指令，控制顶升机构的行程。

信息采集模块用于采集千斤顶所受压力、千斤顶位移以及建筑横梁应力等数据参数，并将数据上传。

信息采集模块包括位移传感器、压力传感器、应力传感器和角度传感器。位移传感器用来测量千斤顶的行程距离，压力传感器用来检测各受力点的压力，应力传感器布置在建筑的各关键截面，可及时对应力和变形量进行监测，角度传感器用来检测楼体的倾斜程度。

所述数据采集模块还采集建筑体的图像数据，监测顶升过程中是否出现结构损伤。包括多个摄像头，所述多个摄像头能够对进行同步顶升的建筑体进行全面监控，拍摄的图像数据上传至顶层监控层。

所述网络传输层由通信模块构成,该模块同时与其它所有模块通信，将采集到的数据上传平行实验模块、BIM虚拟现实模块和智能数据分析预警模块，将平行实验获取的最佳顶升策略下传到顶升机构控制模块。与各模块之间通过WIFI方式进行无线通信。

所述顶层监控层由平行实验模块、BIM虚拟现实模块和智能数据分析模块构成。

所述平行实验模块与BIM虚拟现实模块通信，在已建立的一体化三维虚拟现实模型基础上进行平行实验，得到每一个执行周期的最佳顶升行程。执行周期从接受顶升行程指令开始，到该指令执行完毕结束。

所述BIM虚拟现实模块利用物联网技术采集上来的点云数据进行三维建模，构建建筑及顶升机构的一体化BIM三维虚拟现实模型，并与平行实验模块和数据采集与通信模块通信。

所述数据智能分析预警模块对实时采集的信息进行智能分析，挖掘异常的行程、压力等数据并及时预警。

一种基于物联网技术的建筑物同步顶升系统及方法基于BIM虚拟现实模块，将建筑信息模型与顶升过程进度相结合，构建三维建筑模型，实时监控建筑及其施工设备的各种信息和异常情况：

步骤1：采用三维扫描设备获取建筑体和周围环境的点云数据，基于点云数据对所述建筑体和周围环境进行三维建模；

步骤2：接收传感器采集的压力、应力、位移和角度等现场数据，将施工现场的情况更新于构建的建筑及顶升机构的一体化三维虚拟现实模型中；

步骤3：在已建立的一体化三维虚拟现实模型基础上进行平行实验，在三维虚拟现实模型中模拟建筑物的顶升过程，得到每一个顶升周期的最佳顶升行程；

步骤4：根据所述最佳顶升策略，向顶升机构控制模块发送控制指令，执行顶升；完成顶升任务后，返回步骤2。

所述步骤1具体包括：

步骤1.1：获取点云数据

采用三维激光雷达获得建筑及顶升机构的点云数据；

步骤1.2：三维模型建立

基于所述点云数据对建筑体和顶升机构进行三维重构；

步骤1.3：三维模型优化

添加建筑构件及顶升机构的施工设施信息；

建筑构件包括屋架、梁、板、柱和墙等施工设施信息包括构件的几何数据、物理信息以及构件之间的相互作用关系，顶升机构的施工设施信息包括其产品型号、使用寿命、强度和损耗情况等参数。在已建立的模型基础上根据经验值补充缺失值信息，优化三维虚拟现实模型。

在三维虚拟现实模型的基础上，在BIM软件中对整个顶升过程进行平行实验。平行实验模块通过数据采集与通信模块与现实系统中的顶升机构控制模块相连，接收数据采集与通信模块采集上来的数据，在BIM虚拟现实模型上进行顶升模拟实验，确定最佳顶升策略，并将可执行的控制指令下传给顶升机构控制模块，对顶升机构进行控制。

所述步骤3具体包括：

对于垂直顶升过程，实验在不同顶升行程时各顶升装置受力情况以及建筑物所受应力情况，确定下一执行周期的最佳顶升行程；对于纠偏顶升过程，实验顶升装置的顶升行程取值变化时其受力情况及建筑物形变情况，获取各执行周期的最佳顶升行程。

确定最佳顶升行程具备包括：

将顶升过程划分为多个周期，位移传感器、压力传感器、应力传感器和角度传感器的安装位置均匹配到模型的相应位置上；

通过三维实体有限元仿真分析方法，模拟在千斤顶处施加向上变化的强迫位移；

分析在不同位移和顶升速度时建筑表面变形和应力分布特征，获取最优的理论控制参数，即下一执行周期的最佳顶升行程；

基于理论控制参数执行顶升，获取各传感器的测量数值；

采用所述测量数值来修正理论数值，并基于修正后的模型作为当前状态，模拟在千斤顶处施加向上变化的强迫位移，根据以上步骤进行下一个执行周期最佳顶升行程的仿真。

数据智能分析预警模块，接收同步顶升过程中实时采集到的各种传感器数据，以及建筑体图像数据；对实时采集的信息进行智能分析，挖掘异常数据，出现异常情况并报警后，异常位置均可在三维虚拟现实模型中复现，一方面方便现场施工人员及时定位异常位置，另一方面可在此基础上进行平行实验，模拟顶升过程，确定最佳纠正方案。

所述异常情况包括：

(1)异常行程：当实际行程与决策行程误差超过一定范围时，系统需报警，并在三维虚拟现实模型中定位故障的顶升装置；

(2)压力异常：千斤顶所受压力超过其额定承受能力时预警；

(3)建筑体在顶升过程中由于受力不匀容易造成不同程度的结构损伤，利用计算机视觉时刻监测楼体结构，通过图像识别算法时刻检测建筑体损伤，当楼体出现裂缝等损伤时及时报警并终止顶升任务。

在顶升过程中，出现异常情况时可直接在BIM模型上标记显示出并异常报警。

本申请通过各种智能传感器、无线传输模块和三维激光扫描器等设备，按建筑同步顶升控制系统约定的协议，将实时采集到的数据上传至数据处理中心。结合最新的BIM技术，将建筑信息模型与工程进度相结合，构建三维建筑模型，在BIM模型中进行实时监控及平行实验，监控建筑及顶升机构的各种信息和异常情况，获取每一个执行周期的最佳顶升行程，最后实现同步顶升过程的智能化精准控制。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，

接收传感器现场采集的压力、应力、位移和角度数据，应用于建筑体及顶升机构的三维虚拟现实模型中；

基于所述三维虚拟现实模型和现场采集的数据进行平行实验，得到第一个执行周期的最佳顶升策略；

根据所述最佳顶升策略，向顶升机构控制模块发送顶升控制指令，进入下一执行周期；重复进行平行实验和顶升，直至完成整个顶升行程。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，所述三维虚拟现实模型的构建方法包括：

获取建筑及顶升机构的点云数据；

基于所述点云数据对建筑体和顶升机构进行三维重构；

添加建筑构件及顶升机构的施工设施信息。

3.如权利要求2所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，所述建筑构件包括屋架、梁、板、柱和墙等施工设施信息包括构件的几何数据、物理信息以及构件之间的相互作用关系，顶升机构的施工设施信息包括其产品型号、使用寿命、强度和损耗情况等参数。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，所述根据平行实验确定顶升策略包括：

将顶升过程划分为多个周期，位移传感器、压力传感器、应力传感器和角度传感器的安装位置均匹配到模型的相应位置上；

通过三维实体有限元仿真分析方法，模拟在千斤顶处施加向上变化的强迫位移；

分析在不同位移和顶升速度时建筑表面变形和应力分布特征，获取最优的理论控制参数，即下一执行周期的最佳顶升行程；

基于理论控制参数执行顶升，获取各传感器的测量数值；

采用所述测量数值来修正理论数值，并基于修正后的模型作为当前状态，模拟在千斤顶处施加向上变化的强迫位移，根据以上步骤进行下一个执行周期最佳顶升行程的仿真。

5.如权利要求4所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，所述顶升过程包括垂直顶升过程和纠偏顶升过程。

6.如权利要求1所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，同步顶升过程中，接收现场传感器实时采集的数据，出现异常情况时报警。

7.如权利要求6所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，出现异常情况时，将此时接收的现场数据更新到三维虚拟现实模型，进行平行实验，确定最佳纠正方案。

8.如权利要求6所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，所述异常情况包括：

异常行程：实际行程与决策行程误差超过一定范围；

压力异常：千斤顶所受压力超过其额定承受能力；

建筑体的结构损伤。

9.如权利要求8所述的一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制方法，其特征在于，所述建筑体的结构损伤通过图像识别算法进行监测。

10.一种基于物联网技术的建筑同步顶升控制系统，其特征在于，包括：

底层现场控制层，用于采集同步顶升过程中现场传感器数据和建筑体图像数据；

网络传输层，用于底层现场控制层和顶层监控层之间的数据传输；

顶层监控层，基于权利要求1-7任一项所述的方法控制顶升过程，以及在顶升过程中，基于现场实时数据进行异常监测。