CN109460939A - 一种基于3dgis+bim技术的市政工程施工安全控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统及方法，包括3DGIS+BIM技术施工安全控制模块、服务器模块、VR交互模块、施工安全事故应急处理模块、施工危险源辨识模块、施工期结构受力安全监控模块、施工人员机械安全控制模块连接、3DGIS技术施工人员安全监控模块和施工机械操作安全监控模块；本发明通过3DGIS+BIM技术施工安全控制模块建立市政工程施工期三维3DGIS+BIM模型，可以实现市政工程施工全过程动态监控和安全控制，让施工管理者全局掌握，并基于3DGIS+BIM技术实现市政工程施工的电子化、信息化管理。

Description

一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统及 方法

技术领域

本发明涉及市政工程施工安全控制领域，特别是一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统及方法。

背景技术

随着我国城市化建设节奏加快，市政工程数量和规模越来越大，遏制施工安全事故的发生是保证市政工程施工进度的前提。我国市政工程施工主要具备3个特点：1）工期普遍较为集中，有效施工时间较短，为了在短时间内完成更多的工作量，安全事故发生概率也在不断增大；2）施工场地有限，工序交叉协调较为困难，对施工安全管理带来极大的挑战；3）市政工程通常位于城市中心区域，一旦发生施工安全事故极易造成重大经济损失和恶劣社会影响。目前市政工程施工中安全意识薄弱、安全管理存在缺陷、安全制度不健全，尚未形成完整的市政工程施工安全控制方法，很大程度上制约了市政工程的发展，难以满足目前飞速发展的城市化建设。

BIM技术已成为市政工程建设和管理工作中的重要技术支撑，也是施工信息化管理的重要标识。构建一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，使施工方能够准确掌握施工现场人员和机械的操作规范和是否满足安全要求，避免不合规行为操作引起的安全事故；同时，实时掌握施工过程中市政建筑的受力情况并及时对施工现场可能出现的危险进行预判和评估，增强整个市政工程项目施工环节安全的可预知性和可控性，能显著提高市政建设的数字化、可视化和智能化水平。

因此，构建一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统及方法很有必要。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统及方法，以避免市政工程施工过程中的人为或自然因素引起的安全事故，保证市政工程的施工进度和质量要求。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，包括3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，以及与所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块相连接的服务器模块、VR交互模块和施工安全事故应急处理模块，所述服务器模块分别与施工危险源辨识模块、施工期结构受力安全监控模块和施工人员机械安全控制模块连接，所述施工人员机械安全控制模块与3DGIS技术施工人员安全监控模块和施工机械操作安全监控模块相连；其中：

所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，集成有市政工程施工现场结构物细部构造、施工图纸、材料信息，静态显示包括工程施工进展情况与周围地形地貌，动态显示包括现场施工人员分布情况和施工机械工作情况；用于与所述VR交互模块互联，建立3DGIS+BIM模型用于实现施工管理人员在市政工程施工期3DGIS+BIM模型的实景体验并辅助做出安全事故的预防措施；所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块还用于接受服务器模块的辅助决策信息并在存在安全隐患时对服务器模块下达指令；

所述VR交互模块，用于实现将市政工程施工现场3DGIS+BIM模型引入VR设备中，使施工管理人员通过虚拟场景置身于施工现场，在VR设备中实现模拟决策和安全事故应急方案制定功能；

所述服务器模块，用于储存所述施工危险源辨识模块提供的施工现场危险信息、包括施工现场可能存在的安全隐患，对不同危险源进行评级并对可能出现的安全问题进行分析预测，将分析结果传输给所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块；同时还作为所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块的控制核心，用于实现施工现场数据及时上传和互联互通，接受所述施工期结构受力安全监控模块提供的施工现场结构物的内力评价结果，同时，还接受施工人员机械安全控制模块提供的施工人员和施工机械操作规范性情况；

所述施工危险源辨识模块，集成有庞大的危险源数据库并不断更新，用于记录储存市政工程施工现场存在的危险源并分析潜在危险性和触发因素，同时结合不同施工阶段和不同气候条件对危险源进行分类，将危险源分析结果上传至所述服务器模块；

所述施工人员机械安全控制模块，用于记录储存现场施工人员相关信息和机械的运行和操作情况，出现安全隐患时发出预警要求现场检查人员通知纠正并上传至所述服务器模块；

所述3DGIS技术施工人员安全监控模块，用于实时掌握施工人员的分布位置，并通过所述施工人员机械安全控制模块上传至所述服务器模块将施工人员相关位置信息在3DGIS+BIM模型上进行动态标识，所述3DGIS技术施工人员安全监控模块集成有自动扫描装置，用于对现场施工人员的安全帽佩戴和工作服穿着情况进行识别，出现违规操作时将信息上传至所述施工人员机械安全控制模块；且用于监测当施工人员位置信息长时间无变化时，所述3DGIS技术施工人员安全监控模块发出预警并通过所述施工人员机械安全控制模块上传至所述服务器模块，以使施工负责人安排检查人员前往相应位置查看施工人员生命体征是否正常；

所述施工机械操作安全监控模块，用于实时掌握施工机械运作和操作规范情况，在施工机械出现故障或操作违规时发出警报，并将相关信息上传至所述施工人员机械安全控制模块；

所述施工期结构受力安全监控模块，用于实时掌握施工期结构的内力信息，对内力变化情况进行分析预测，并对结构受力安全进行评判，结构内力可能出现安全问题时发出警报并将相关信息上传至所述服务器模块；

所述施工安全事故应急处理模块，集成有安全事故处理措施数据库，用于接受3DGIS+BIM技术施工安全控制模块发出的人工决策指令，在出现施工安全事故时制定应急方案。

进一步，所述施工期结构受力安全监控模块获取市政工程施工期结构内力信息是选用振弦式传感器，将所有振弦式传感器接入一台振弦式数据采集仪进行数据的读取和记录，振弦式数据采集仪与所述施工期结构受力安全监控模块连接并将市政工程施工期结构内力信息传输至施工期结构受力安全监控模块。

另外，本发明还提供了一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制方法，使用上述基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，具体步骤如下：

S1、通过3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，获取根据施工图纸和实际环境所成的市政工程施工期3DGIS+BIM模型，并将市政工程施工期3DGIS+BIM模型传至所述服务器模块；

S2、基于S1步骤，所述施工危险源辨识模块结合自身集成的危险源数据库，记录储存施工现场存在的危险源并分析潜在危险性和触发因素，同时结合不同施工阶段和不同气候条件对危险源进行分类，将危险源分析结果上传至所述服务器模块；

S3、基于S2步骤，所述服务器模块对不同危险源进行评级并对可能出现的安全问题进行分析预测，将分析结果传输给所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块以做出处理决策；

S4、所述3DGIS技术施工人员安全监控模块获取施工人员分布位置，结合自身集成的自动扫描装置对现场施工人员的安全帽佩戴和工作服穿着情况进行识别，将实时位置信息和操作规范情况上传至所述所述施工人员机械安全控制模块；

S5、所述施工机械操作安全监控模块，实时掌握施工机械运作和操作规范情况，在施工机械出现故障或操作违规时发出警报，并将相关信息上传至所述施工人员机械安全控制模块；

S6、基于S4至S5步骤，所述施工人员机械安全控制模块接受并储存现场施工人员相关信息和机械的运行和操作情况，出现安全隐患时发出预警要求现场检查人员通知纠正并上传至所述服务器模块；

S7、基于S6步骤，所述服务器模块对现场施工人员相关信息和施工机械运行操作情况进行储存备案；

S8、基于S1步骤，施工期结构受力安全监控模块实时记录施工期结构的内力状态，对内力变化情况进行分析预测，并对结构受力安全进行评判，结构内力可能出现安全问题时发出警报并将相关信息上传至所述服务器模块；

S9、基于S8步骤，服务器模块将施工期结构内力信息在3DGIS+BIM模型上进行标识，并上传至所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块；

S10、基于S9步骤3DGIS+BIM融合的交互设计，通过VR交互模块实现市政工程施工现场仿真，使施工管理者如身临其境，在VR设备中实现模拟视察和施工安全控制；

S11、在出现安全事故时，施工安全事故应急处理模块接受所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块发出的人工决策指令，结合自身集成的安全事故处理措施数据库制定应急方案。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明的核心为3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，通过建立市政工程施工期三维3DGIS+BIM模型，可以实现市政工程施工全过程动态监控和安全控制，让施工管理者全局掌握，并基于3DGIS+BIM技术实现市政工程施工的电子化、信息化管理；

2）基于3DGIS+BIM的市政工程施工安全控制技术，实现施工期危险源、施工人员机械操作规范情况和施工期结构物内力状态的信息化管理，提高市政工程的施工水平；

3）基于3DGIS+BIM技术，对市政工程施工中可能存在的安全问题进行及时处理，尽可能的保证人身和财产安全。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本实施例的一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，包括3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1，以及与所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1相连接的服务器模块2、VR交互模块3和施工安全事故应急处理模块9，所述服务器模块2分别与施工危险源辨识模块5、施工期结构受力安全监控模块8和施工人员机械安全控制模块4连接，所述施工人员机械安全控制模块4与3DGIS技术施工人员安全监控模块6和施工机械操作安全监控模块7相连；其中：

所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1，集成有市政工程施工现场结构物细部构造、施工图纸、材料信息，静态显示包括工程施工进展情况与周围地形地貌，动态显示包括现场施工人员分布情况和施工机械工作情况；用于与所述VR交互模块3互联，建立3DGIS+BIM模型用于实现施工管理人员在市政工程施工期3DGIS+BIM模型的实景体验并辅助做出安全事故的预防措施；所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1与服务器模2块互连，用于接受服务器模块2的辅助决策信息并在存在安全隐患时对服务器模块2下达指令；

所述VR交互模块3，用于实现将市政工程施工现场3DGIS+BIM模型引入VR设备中，使施工管理人员通过虚拟场景置身于施工现场，在VR设备中实现模拟决策和安全事故应急方案制定功能；

所述服务器模块2，用于储存所述施工危险源辨识模块5提供的施工现场危险信息、包括施工现场可能存在的安全隐患，对不同危险源进行评级并对可能出现的安全问题进行分析预测，将分析结果传输给所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1；同时还作为所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1的控制核心，用于实现施工现场数据及时上传和互联互通，接受所述施工期结构受力安全监控模块8提供的施工现场结构物的内力评价结果，同时，还接受施工人员机械安全控制模块4提供的施工人员和施工机械操作规范性情况；

所述施工危险源辨识模块5，集成有庞大的危险源数据库并不断更新，用于记录储存市政工程施工现场存在的危险源并分析潜在危险性和触发因素，同时结合不同施工阶段和不同气候条件对危险源进行分类，将危险源分析结果上传至所述服务器模块2；

所述施工人员机械安全控制模块4，与所述3DGIS技术施工人员安全监控模块6和所述施工机械操作安全监控模块7相连，用于记录储存现场施工人员相关信息和机械的运行和操作情况，出现安全隐患时发出预警要求现场检查人员通知纠正并上传至所述服务器模块2；

所述3DGIS技术施工人员安全监控模块6，与所述施工人员机械安全控制模块4相连，用于实时掌握施工人员的分布位置，并通过所述施工人员机械安全控制模块4上传至所述服务器模块2将施工人员相关位置信息在3DGIS+BIM模型上进行动态标识，此外，所述3DGIS技术施工人员安全监控模块6集成有自动扫描装置，用于对现场施工人员的安全帽佩戴和工作服穿着情况进行识别，出现违规操作时将信息上传至所述施工人员机械安全控制模块4；且能够监测当施工人员位置信息长时间无变化时，所述3DGIS技术施工人员安全监控模块6发出预警并通过所述施工人员机械安全控制模块4上传至所述服务器模块2，以使施工负责人安排检查人员前往相应位置查看施工人员生命体征是否正常；

所述施工机械操作安全监控模块7，与所述施工人员机械安全控制模块4相连，用于实时掌握施工机械运作和操作规范情况，在施工机械出现故障或操作违规时发出警报，并将相关信息上传至所述施工人员机械安全控制模块4；

所述施工期结构受力安全监控模块8，与所述服务器模块2互联互通，用于实时掌握施工期结构的内力信息，对内力变化情况进行分析预测，并对结构受力安全进行评判，结构内力可能出现安全问题时发出警报并将相关信息上传至所述服务器模块2；

所述施工安全事故应急处理模块9，与所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1相连，集成有安全事故处理措施数据库，还可接受3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1发出的人工决策指令，在出现施工安全事故时制定应急方案；

本实施例中，施工期结构受力安全监控模块8获取市政工程施工期结构内力信息是选用振弦式传感器，将所有振弦式传感器接入一台振弦式数据采集仪进行数据的读取和记录，振弦式数据采集仪与所述施工期结构受力安全监控模块8连接并将市政工程施工期结构内力信息传输至施工期结构受力安全监控模块8。

采用上述实施例的基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统的提出的一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制方法，包括如下步骤：

S1、通过3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1，获取根据施工图纸和实际环境所成的市政工程施工期3DGIS+BIM模型，并将该模型传至所述服务器2模块；

S2、基于S1步骤，所述施工危险源辨识模块5结合自身集成的危险源数据库，记录储存施工现场存在的危险源并分析潜在危险性和触发因素，同时结合不同施工阶段和不同气候条件对危险源进行分类，将危险源分析结果上传至所述服务器模块2；

S3、基于S2步骤，所述服务器模块2对不同危险源进行评级并对可能出现的安全问题进行分析预测，将分析结果传输给所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1以做出处理决策；

S4、所述3DGIS技术施工人员安全监控模块6获取施工人员分布位置，结合自身集成的自动扫描装置对现场施工人员的安全帽佩戴和工作服穿着情况进行识别，将实时位置信息和操作规范情况上传至所述所述施工人员机械安全控制模块4；

S5、所述施工机械操作安全监控模块7，实时掌握施工机械运作和操作规范情况，在施工机械出现故障或操作违规时发出警报，并将相关信息上传至所述施工人员机械安全控制模块4；

S6、基于S4至S5步骤，所述施工人员机械安全控制模块4接受并储存现场施工人员相关信息和机械的运行和操作情况，出现安全隐患时发出预警要求现场检查人员通知纠正并上传至所述服务器模块2；

S7、基于S6步骤，所述服务器模块2对现场施工人员相关信息和施工机械运行操作情况进行储存备案；

S8、基于S1步骤，施工期结构受力安全监控模块8实时记录施工期结构的内力状态，对内力变化情况进行分析预测，并对结构受力安全进行评判，结构内力可能出现安全问题时发出警报并将相关信息上传至所述服务器模块2；

S9、基于S8步骤，服务器模块2将施工期结构内力信息在3DGIS+BIM模型上进行标识，并上传至所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1；

S10、基于S9步骤3DGIS+BIM融合的交互设计，通过VR交互模块3实现市政工程施工现场仿真，使施工管理者如身临其境，在VR设备中实现模拟视察和施工安全控制；

S11、基于上述步骤，在出现安全事故时，施工安全事故应急处理模块9接受所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块1发出的人工决策指令，结合自身集成的安全事故处理措施数据库制定应急方案。

综述，通过本发明的实施，能够为市政工程施工期的安全隐患进行控制，并在出现施工安全问题时制定应急措施，以保证市政工程的正常施工进度。

本实施例中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，其特征在于，包括3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，以及与所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块相连接的服务器模块、VR交互模块和施工安全事故应急处理模块，所述服务器模块分别与施工危险源辨识模块、施工期结构受力安全监控模块和施工人员机械安全控制模块连接，所述施工人员机械安全控制模块与3DGIS技术施工人员安全监控模块和施工机械操作安全监控模块相连；其中：

所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，集成有市政工程施工现场结构物细部构造、施工图纸、材料信息，静态显示包括工程施工进展情况与周围地形地貌，动态显示包括现场施工人员分布情况和施工机械工作情况；用于与所述VR交互模块互联，建立3DGIS+BIM模型用于实现施工管理人员在市政工程施工期3DGIS+BIM模型的实景体验并辅助做出安全事故的预防措施；所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块还用于接受服务器模块的辅助决策信息并在存在安全隐患时对服务器模块下达指令；

所述VR交互模块，用于实现将市政工程施工现场3DGIS+BIM模型引入VR设备中，使施工管理人员通过虚拟场景置身于施工现场，在VR设备中实现模拟决策和安全事故应急方案制定功能；

所述服务器模块，用于储存所述施工危险源辨识模块提供的施工现场危险信息、包括施工现场可能存在的安全隐患，对不同危险源进行评级并对可能出现的安全问题进行分析预测，将分析结果传输给所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块；同时还作为所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块的控制核心，用于实现施工现场数据及时上传和互联互通，接受所述施工期结构受力安全监控模块提供的施工现场结构物的内力评价结果，同时，还接受施工人员机械安全控制模块提供的施工人员和施工机械操作规范性情况；

所述施工危险源辨识模块，集成有庞大的危险源数据库并不断更新，用于记录储存市政工程施工现场存在的危险源并分析潜在危险性和触发因素，同时结合不同施工阶段和不同气候条件对危险源进行分类，将危险源分析结果上传至所述服务器模块；

所述施工人员机械安全控制模块，用于记录储存现场施工人员相关信息和机械的运行和操作情况，出现安全隐患时发出预警要求现场检查人员通知纠正并上传至所述服务器模块；

所述3DGIS技术施工人员安全监控模块，用于实时掌握施工人员的分布位置，并通过所述施工人员机械安全控制模块上传至所述服务器模块将施工人员相关位置信息在3DGIS+BIM模型上进行动态标识，所述3DGIS技术施工人员安全监控模块集成有自动扫描装置，用于对现场施工人员的安全帽佩戴和工作服穿着情况进行识别，出现违规操作时将信息上传至所述施工人员机械安全控制模块；且用于监测当施工人员位置信息长时间无变化时，所述3DGIS技术施工人员安全监控模块发出预警并通过所述施工人员机械安全控制模块上传至所述服务器模块，以使施工负责人安排检查人员前往相应位置查看施工人员生命体征是否正常；

所述施工机械操作安全监控模块，用于实时掌握施工机械运作和操作规范情况，在施工机械出现故障或操作违规时发出警报，并将相关信息上传至所述施工人员机械安全控制模块；

所述施工期结构受力安全监控模块，用于实时掌握施工期结构的内力信息，对内力变化情况进行分析预测，并对结构受力安全进行评判，结构内力可能出现安全问题时发出警报并将相关信息上传至所述服务器模块；

所述施工安全事故应急处理模块，集成有安全事故处理措施数据库，用于接受3DGIS+BIM技术施工安全控制模块发出的人工决策指令，在出现施工安全事故时制定应急方案。

2.根据权利要求1所述的基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，其特征在于：所述施工期结构受力安全监控模块获取市政工程施工期结构内力信息是选用振弦式传感器，将所有振弦式传感器接入一台振弦式数据采集仪进行数据的读取和记录，振弦式数据采集仪与所述施工期结构受力安全监控模块连接并将市政工程施工期结构内力信息传输至施工期结构受力安全监控模块。

3.一种基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制方法，其特征在于，使用如权利要求1或2所述的基于3DGIS+BIM技术的市政工程施工安全控制系统，具体步骤如下：

S1、通过3DGIS+BIM技术施工安全控制模块，获取根据施工图纸和实际环境所成的市政工程施工期3DGIS+BIM模型，并将市政工程施工期3DGIS+BIM模型传至所述服务器模块；

S2、基于S1步骤，所述施工危险源辨识模块结合自身集成的危险源数据库，记录储存施工现场存在的危险源并分析潜在危险性和触发因素，同时结合不同施工阶段和不同气候条件对危险源进行分类，将危险源分析结果上传至所述服务器模块；

S3、基于S2步骤，所述服务器模块对不同危险源进行评级并对可能出现的安全问题进行分析预测，将分析结果传输给所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块以做出处理决策；

S4、所述3DGIS技术施工人员安全监控模块获取施工人员分布位置，结合自身集成的自动扫描装置对现场施工人员的安全帽佩戴和工作服穿着情况进行识别，将实时位置信息和操作规范情况上传至所述所述施工人员机械安全控制模块；

S5、所述施工机械操作安全监控模块，实时掌握施工机械运作和操作规范情况，在施工机械出现故障或操作违规时发出警报，并将相关信息上传至所述施工人员机械安全控制模块；

S6、基于S4至S5步骤，所述施工人员机械安全控制模块接受并储存现场施工人员相关信息和机械的运行和操作情况，出现安全隐患时发出预警要求现场检查人员通知纠正并上传至所述服务器模块；

S7、基于S6步骤，所述服务器模块对现场施工人员相关信息和施工机械运行操作情况进行储存备案；

S8、基于S1步骤，施工期结构受力安全监控模块实时记录施工期结构的内力状态，对内力变化情况进行分析预测，并对结构受力安全进行评判，结构内力可能出现安全问题时发出警报并将相关信息上传至所述服务器模块；

S9、基于S8步骤，服务器模块将施工期结构内力信息在3DGIS+BIM模型上进行标识，并上传至所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块；

S10、基于S9步骤3DGIS+BIM融合的交互设计，通过VR交互模块实现市政工程施工现场仿真，使施工管理者如身临其境，在VR设备中实现模拟视察和施工安全控制；

S11、在出现安全事故时，施工安全事故应急处理模块接受所述3DGIS+BIM技术施工安全控制模块发出的人工决策指令，结合自身集成的安全事故处理措施数据库制定应急方案。