CN109151383A - 一种基于bim隧道安全监控信息预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统，包括集成装置、数据采集装置、中央服务器、报警装置和门禁装置等。集成装置通过数据采集装置与中央服务器连接，中央服务器分别与报警装置和门禁装置连接。相比于传统危险预警技术，本发明对人员和车辆机械进行双向报警，并且通过GPS智能监控锁定技术将施工过程中的机械强行复位、锁住，从而保护施工人员的安全，更大程度上减小了安全事故的发生。更加利于管理人员准确、及时地掌握在隧道中施工人员、车辆机械的人数，便于及时发现问题，保证安全施工实现了对施工现场人员的全方位管理。结合BIM技术与安全预警技术，实现了对隧道机械施工的全方位监控管理，同时将安全事故发生概率降低。

Description

一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统

技术领域

本发明涉及隧道施工现场管理相关技术领域，具体涉及一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统。

背景技术

现今隧道施工规模越来越大，机械化程度越来越高。然而由于施工环境复杂，风险相对较高，隧道规模的增大，人员车辆管理难度也相应增大，因此施工人员与车辆机械的进出施工现场的安全管理问题依旧是隧道机械化施工的重中之重。

在现阶段的隧道施工过程中，有越来越多的施工人员和机械参与其中，由于其所接受的培训少、缺乏施工经验等原因造成施工过程中安全意识淡薄，而现有的管理系统无法实时地获取施工信息，更不能对施工信息和施工人员和车辆机械有一个全面、及时、准确的掌握，从而导致诸多安全事故的发生。如何改变目前隧道施工过程中安全管理落后的管理模式，实现管理的现代化、信息化、智能化成为管理者研究的重要课题。

建筑信息化模型(BIM)的英文全称是Building Information Modeling，是一个完备的信息模型，能够将工程项目在全寿命周期中各个不同阶段的工程信息、过程和资源集成在一个模型中，方便的被工程各参与方使用。通过三维数字技术模拟建筑物所具有的真实信息，为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型，使该模型达到设计施工的一体化，各专业协同工作，从而降低了工程生产成本，保障工程按时按质完成。

专利CN206557868U公开了一种港口车辆出入管理系统，此发明包括摄像头、RFID读写器、道闸装置、RFID标签、服务器、光载无线交换机以及车辆引导装置。本发明提供一种港口车辆出入管理系统，可以对进出港口车辆进行属性划分，采用RFID射频技术自动读取车辆信息以及进出权限，区域进出根据权限自动放行无需人工操作，而且设置自动引导装置，可以实现地图导航，而不会导致车辆走错方向，极大地提高了车辆进出管理效率。此项发明仅是对车辆进出进行控制，无法对车辆在施工现场进行全程监控，不具有系统化的管理措施；此项发明不具有危险报警功能，在隧道施工的复杂环境中易发生安全事故。

专利CN204969648U公开了一种多功能智能安全帽预警系统，系统包括传感器模块、RFID标签模块、RFID阅读器、蓝牙传输模块、振动器、电源模块、手机客户端和项目部数据分析平台；传感器模块和振动器连接蓝牙传输模块，电源模块连接传感器模块，振动器、RFID标签模块和蓝牙传输模块；传感器模块包括脉搏传感器、体温传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器，及时掌握人体生理状况，并通过蓝牙传输模块信息传递至手机客户端进行处理后由项目部数据分析平台发出激活指令给振动器以进行防跌倒预警；通过设置有源RFID标签并在施工现场布置RFID阅读器，实现人员识别和定位的功能。此项技术无法实现对人员进出施工现场的管理，无法实现施工人员全面化的管理；此项技术是针对施工人员身体情况发出预警信号，不具有对施工危险信号发出预警的功能；

专利CN206975697U实名制管理系统，此项发明提供一种实名制管理系统，包括分布在建筑工地外围的M个实名制管理通道，以及管理计算机；每个实名制管理通道道具有一箱体，每个箱体的其中两个侧面上分别设置有第一个进出口和第二个进出口；每个箱体内均匀设有N个闸机和一控制装置，其中，N个闸机并列地设置在箱体内，位于第一进出口和第二进出口之间，控制装置与该N个闸机连接，用以实现人员的读卡进出；管理计算机定期读取每个存储单元的存储数据，并实时更新每个人员的当前计酬周期内的考勤信息。此项发明适用于需要设置多个进出通道的大中型建筑工地，将闸机布设在统一标准化的箱体内，一次投入、重复使用、集成化程度高，且由管理计算机同时管控多个通道，实现无人化管理。此项技术仅能实现人员进出施工现场的管理，不具有系统化的统一安全预警管理等功能。

发明内容

本发明提供一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统，实现了对施工现场人员、机械、车辆的智能化、自动化安全管理。施工人员、车辆机械均配有相应的识别标示和定位的集成装置，人员、机械、车辆进入施工现场，中央服务器进行数据分析处理后，将进入隧道施工的人员身份、车辆机械型号、进出时间等显示到隧道洞口上方LED屏上去，并且在施工现场进出记录模块中自动进行存储记录，同时打开门禁系统。解决了施工现场各种人员车辆进出入的管理难题，从而实现施工现场出入自动化、智能化、信息化的管理。

通过中央处理系统中开发的车辆机械管理模块，可对不同类型机械车辆以及机械车辆进行不同的施工作业类型而进行不同的危险区域设置，报警装置和人员、车辆机械识别定位集成装置安装在安全帽中，当人员进入机械车辆的危险区域时，报警模块发出指令，报警装置即发出报警信号，报警装置包括语音报警和震动报警；危险区域根据危险程度的不同划分为不同的危险程度带，包括高危区域和危险区域；施工中的机械以及施工人员均接到危险警报提醒，提示施工人员远离危险区域；当人员在危险区域长时间滞留或施工人员进入到高危区域后，极易发生安全事故时，中央服务器中危险性分析模块将高危信息传输至车辆机械管理模块会强行将施工机械复位、锁定，最大程度上保证了隧道机械化施工过程中现场人员的人身安全。解决了机械化施工过程中，施工机械车辆由于视野盲区等原因对施工人员造成生命安全的威胁，实现隧道施工安全自动化管理。

1、利用信息化手段，BIM可视化显示，将人员身份、姓名、工作部门，车辆机械型号录入到中央处理系统中，可以实现全方位的对施工人员机械车辆的跟踪定位；

2、针对中央处理系统进行二次开发，建立人员管理模块、机械车辆管理模块、报警模块、施工现场进出记录管理模块、危险性分析模块；

3、施工人员车辆机械进出施工现场时，将进入隧道施工的人员身份、车辆机械型号、进出时间等显示到LED屏上去，并且在施工现场进出记录管理模块中自动进行存储记录，实现了实时掌握隧道施工人员、机械车辆进出隧道的情况以及在隧道中的位置，随时统计隧道内施工人员数量、位置及身份，实现考勤自动管理、自动定位功能。并结合视频系统监控隧道口和掌子面的施工人员以及施工车辆机械等实际情况。

4、当施工人员进入到高危区域时，施工人员与施工过程中机械较易发生安全事故时，危险性分析模块将数据传输至车辆机械管理模块，利用GPS智能监控锁定技术将施工过程中的机械强行复位、锁住，从而保护了施工人员的安全；

5、中央服务器将数据与BIM模型进行数据耦合，利用BIM技术，全方位自动化、智能化的进行安全管理。

附图说明

图1为本发明的一种基于BIM隧道施工安全监控信息预警系统的原理示意图。

图2为本发明危险区和高危区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述说明。

以下结合附图1-2对本发明进行进一步详细说明，本发明采用的技术方案为一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统，该系统用以提供一种基于BIM的隧道人员机械车辆进出施工现场的自动化管理以及现场施工人员与施工机械、车辆危险预警的方法，其中包括施工人员、机械相应的识别标示和定位的集成装置(以下简称“集成装置”)、数据采集装置、中央服务器、报警装置和门禁装置等。集成装置通过数据采集装置与中央服务器连接，中央服务器分别与报警装置和门禁装置连接。

集成装置利用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和机械车辆操作室中安装定位标签，同时在施工隧道中安装基站，同一区域中基站互不共线，覆盖整个隧道施工区域，定位标签同时发送信号至各个测距基站，通过各测距基站接收到定位标签同时发送信号的时间差来计算距离差，从而准确判定佩戴该定位标签的人员或车辆机械的三维位置；所安装的各个测距基站不共线，且各个测距基站设置的数量越多，范围越广，人员、机械车辆定位越准确。

在隧道隧道出入口处安装无线数据接收器，以及施工人员、机械车辆安装识别标识卡；施工人员、机械车辆识别卡不断地发射载有目标识别码的无线电射频信号，当施工人员、车辆机械进入到无线数据接收器的读取范围内后，无线数据接收器接收到施工人员、机械车辆定位标签发来的载波信号，经过无线数据接收器接收处理后，将载波信号进行分析、处理，并通过CAN总线方式将信号发送到地面通信接口装置，再转换成RS232信号送给中央服务器，中央服务器自动进行信号分析处理后，打开门禁系统，并将进入隧道施工的人员、身份、部门以及机械车辆类型，进出时间等显示到LED屏上去，从而实现隧道施工现场进出的自动化管理。

按照隧道施工的结构，在中央服务器中制作隧道BIM模型，BIM模型精度至少需要LOD300及以上，基于BIM模型建立中央处理系统；

对基于BIM建立的中央处理系统进行二次开发，开发人员管理模块、车辆机械管理模块、报警模块、危险性分析模块、门禁系统管理模块和施工现场进出管理模块。

将所有施工人员身份信息全部录入到人员管理模块中，将机械车辆信息全部录入到车辆机械管理模块中，中央服务器将施工人员身份信息和机械车辆信息与BIM模型进行数据耦合，实时显示人员、车辆机械在BIM模型中的准确位置。

将施工现场布置安装无线信号数据传输装置，对施工现场进行全面覆盖，施工人员识别装置和报警装置均安装在安全帽中，机械识别装置安装在机械操作室。当施工人员或机械车辆进入到隧道洞口附近时，无线信号数据传输装置采集到集成装置发出的数据信号，传输至中央处理系统。

中央处理系统中的人员管理模块和车辆机械管理模块，将施工人员和车辆机械的信息进行分析、识别，施工人员、车辆机械均识别通过后将信息传输至门禁管理模块；否则，发出报警信息，通知相关管理人员，或者管理人员手动对门禁管理模块发出指令，人为控制隧道施工现场进出管理。

门禁管理模块接收中央处理系统中的信息并发出指令，将指令发送到门禁管理装置，打开门禁；同时门禁管理模块将接收中央处理系统中的信息传输至施工现场出入管理模块，对施工现场的出入情况实时记录，包括施工人员身份、施工人员数量以及机械车辆类型、数量，进出时间等。

人员车辆机械进入施工现场后，自动关闭门禁，同时将进入隧道的施工人员身份、车辆机械型号、进出时间等显示到LED屏上去，从而实现施工现场出入的自动化管理。

危险性分析模块，根据车辆机械类型以及同一机械在施工过程中进行不同的施工作业，从而划分相对应的危险区域或者管理人员能够进行手动信息，包括危险区域和高危区域。

当施工人员进入到机械车辆危险区域时，危险性分析模块进行位置信息分析后，将危险信息传输至报警模块，对施工人员进行语音报警和震动报警；当施工人员进入到机械车辆高危区域时，危险性分析模块进行位置信息分析后，将高危信息传输至报警模块，对施工人员进行更大音量语音报警和更高强度的震动报警。

当人员长时间滞留在危险区域或施工人员进入到高危区域，极易发生安全事故时，危险性模块进行危险分析后将数据信息发送到车辆机械管理模块，车辆机械管理模块得到紧急危险信号后，强行将施工作业中的车辆机械复位、锁住，最大程度降低施工现场安全事故的发生。

当施工人员离开车辆机械施工危险区域后，危险性分析模块将危险解除指令发送至车辆机械管理模块，车辆管理模块得到危险解除信号后，解锁车辆机械，车辆机械恢复正常施工。

相比于传统危险预警技术，本发明对人员和车辆机械进行双向报警，并且通过GPS智能监控锁定技术将施工过程中的机械强行复位、锁住，从而保护施工人员的安全，更大程度上减小了安全事故的发生。

相比于传统施工人员管理方式，本发明更加利于管理人员准确、及时地掌握在隧道中施工人员、车辆机械的人数，便于及时发现问题，保证安全施工实现了对施工现场人员的全方位管理。

相比于传统隧道机械化施工的管理模式，本发明结合BIM技术与安全预警技术，实现了对隧道机械施工的全方位监控管理，同时将安全事故发生概率降低。

相比于传统的隧道施工过程中安全管理落后的管理模式，本发明实现了管理的现代化、信息化、智能化。

本发明以信息采集处理、无线数据传输、网络数据通讯、自动控制等多学科技术综合应用为一体的自动识别信息技术以及安全预警技术，为隧道建设安全管理提供了崭新的安全管理理念。

Claims (3)

1.一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统，其特征在于：包括施工人员、机械相应的识别标示和定位的集成装置、数据采集装置、中央服务器、报警装置和门禁装置等；集成装置通过数据采集装置与中央服务器连接，中央服务器分别与报警装置和门禁装置连接；

集成装置利用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和机械车辆操作室中安装定位标签，同时在施工隧道中安装基站，同一区域中基站互不共线，覆盖整个隧道施工区域，定位标签同时发送信号至各个测距基站，通过各测距基站接收到定位标签同时发送信号的时间差来计算距离差，从而准确判定佩戴该定位标签的人员或车辆机械的三维位置；所安装的各个测距基站不共线，且各个测距基站设置的数量越多，范围越广，人员、机械车辆定位越准确；

在隧道隧道出入口处安装无线数据接收器，以及施工人员、机械车辆安装识别标识卡；施工人员、机械车辆识别卡不断地发射载有目标识别码的无线电射频信号，当施工人员、车辆机械进入到无线数据接收器的读取范围内后，无线数据接收器接收到施工人员、机械车辆定位标签发来的载波信号，经过无线数据接收器接收处理后，将载波信号进行分析、处理，并通过CAN总线方式将信号发送到地面通信接口装置，再转换成RS232信号送给中央服务器，中央服务器自动进行信号分析处理后，打开门禁系统，并将进入隧道施工的人员、身份、部门以及机械车辆类型，进出时间等显示到LED屏上去，从而实现隧道施工现场进出的自动化管理；

按照隧道施工的结构，在中央服务器中制作隧道BIM模型，BIM模型精度至少需要LOD300及以上，基于BIM模型建立中央处理系统；

对基于BIM建立的中央处理系统进行二次开发，开发人员管理模块、车辆机械管理模块、报警模块、危险性分析模块、门禁系统管理模块和施工现场进出管理模块；

将所有施工人员身份信息全部录入到人员管理模块中，将机械车辆信息全部录入到车辆机械管理模块中，中央服务器将施工人员身份信息和机械车辆信息与BIM模型进行数据耦合，实时显示人员、车辆机械在BIM模型中的准确位置；

将施工现场布置安装无线信号数据传输装置，对施工现场进行全面覆盖，施工人员识别装置和报警装置均安装在安全帽中，机械识别装置安装在机械操作室；当施工人员或机械车辆进入到隧道洞口附近时，无线信号数据传输装置采集到集成装置发出的数据信号，传输至中央处理系统；

中央处理系统中的人员管理模块和车辆机械管理模块，将施工人员和车辆机械的信息进行分析、识别，施工人员、车辆机械均识别通过后将信息传输至门禁管理模块；否则，发出报警信息，通知相关管理人员，或者管理人员手动对门禁管理模块发出指令，人为控制隧道施工现场进出管理；

门禁管理模块接收中央处理系统中的信息并发出指令，将指令发送到门禁管理装置，打开门禁；同时门禁管理模块将接收中央处理系统中的信息传输至施工现场出入管理模块，对施工现场的出入情况实时记录，包括施工人员身份、施工人员数量以及机械车辆类型、数量，进出时间；

人员车辆机械进入施工现场后，自动关闭门禁，同时将进入隧道的施工人员身份、车辆机械型号、进出时间等显示到LED屏上去，从而实现施工现场出入的自动化管理；

危险性分析模块，根据车辆机械类型以及同一机械在施工过程中进行不同的施工作业，从而划分相对应的危险区域或者管理人员能够进行手动信息，包括危险区域和高危区域；

当施工人员进入到机械车辆危险区域时，危险性分析模块进行位置信息分析后，将危险信息传输至报警模块，对施工人员进行语音报警和震动报警；当施工人员进入到机械车辆高危区域时，危险性分析模块进行位置信息分析后，将高危信息传输至报警模块，对施工人员进行更大音量语音报警和更高强度的震动报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统，其特征在于：当人员长时间滞留在危险区域或施工人员进入到高危区域，极易发生安全事故时，危险性模块进行危险分析后将数据信息发送到车辆机械管理模块，车辆机械管理模块得到紧急危险信号后，强行将施工作业中的车辆机械复位、锁住，最大程度降低施工现场安全事故的发生。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM隧道安全监控信息预警系统，其特征在于：当施工人员离开车辆机械施工危险区域后，危险性分析模块将危险解除指令发送至车辆机械管理模块，车辆管理模块得到危险解除信号后，解锁车辆机械，车辆机械恢复正常施工。